Презентация к проекту "В глубь кристалла"

Проект «В глубь кристалла»

Подготовили :

Дульцева Анастасия Александровна

7Б класс

Сливачева Юлия Игоревна 7Б класс

Руководитель :

Кущенко Геннадий Васильевич,

учитель физики

МБОУ Большелогская СОШ

• Цели проекта :

П ознакомится с разнообразием кристаллов, вырастить кристаллы из растворов различных веществ и сравнить их свойства, определить условия для выращивания кристаллов, создать демонстрационный материал для изучения физических свойств кристаллических тел учащимися общеобразовательной школы.

• Задачи:

• Вырастить кристаллы поваренной соли и сахара, медного купороса, гидрофосфата аммония, льда.
• Исследовать особенности и скорость роста кристаллических тел.
• Исследовать свойства кристаллических тел.
• Проанализировать полученный результат эксперимента.

• Рассмотреть применение кристаллов в науке и технике.
• Создать фотогалерею выращенных кристаллов и презентацию.

Теоретические сведения о кристаллах

• Интересно происхождения слова «кристалл» (оно звучит почти одинаково на всех европейских языках). Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос» (то есть – лед); это слово происходит от греческого « криос » – холод, мороз. В то время учёные предположили, что лед, находясь, длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое описал стихами:
• Ярой альпийской зимой лед превращается в камень. Солнце не в силах затем камень такой растопить .

Теоретические сведения о кристаллах

• Кристалл – это однородное анизотропное тело, в котором частицы (ионы, атомы, молекулы) расположены в пространстве правильно построенными цепочками, плоскими сетками и трехмерными решетками; эти частицы совершают колебания относительно положения равновесия». Твердым телам или кристаллам, присуще периодически повторяемое в пространстве расположение атомов, ионов, молекул. Иначе говоря, кристаллическая решетка. У кристаллических твердых тел существует четыре вида пространственных решеток:

• Теоретические сведения о кристаллах

• Ионная решетка . В узлах этой решетки в определенном порядке чередуются ионы противоположных знаков, удерживающиеся в положении устойчивого равновесия электростатическими силами. Например, такая пространственная решетка у соли (NaCl).

Теоретические сведения о кристаллах

• Атомная решетка. В узлах этой решетки находятся нейтральные атомы, взаимодействия между которыми происходит через общие для каждых двух соседних атомов электронные пары (ковалентная связь). Примером служит алмаз и графит.
• Молекулярная решетка . В узлах данной решетки расположены нейтральные молекулы, удерживающие молекулярными силами притяжения. Например, такую кристаллическую решетку имеют: H2, N2, O2, CO2, HO2 .
• Металлическая решетка . В узлах этой решетки находятся положительные ионы, взаимодействие между, которыми осуществляется через общественные, свободные электроны.

• Свойства кристаллов

• Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами . Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами . Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.

• Свойства кристаллов

• Монокристалл – отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решетку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решеткой и условиями кристаллизации. Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает хорошо выраженную естественную огранку. При ещё большей скорости кристаллизации вместо монокристалла образуются однородные поликристаллы, состоящие из множества мелких монокристаллов.

• Свойства кристаллов

• Поликристалл – агрегат мелких кристаллов какого либо вещества, иногда называемых из за неправильной формы кристаллами или кристаллическими зернами. Он отличается от монокристалла тем, что состоит из множества разноориентированных мелких монокристаллов. Свойства поликристалла обусловлены свойствами, состоянием его кристаллических зерен, их среднего размера, строением межзеренных границ .

• Свойства кристаллов

• Анизотропность – выражается в неодинаковости физических свойств кристалла(твёрдость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света, скорость химических реакций на кристалл какого либо растворителя).
• Однородность – выражается в том, что любые элементарные объёмы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость , и т.д.. Таким образом кристаллы есть однородное, но в тоже время анизотропное тело.

• Свойства кристаллов

• Способность к самоогранению – выражается в том, что любой обломок кристалла в соответствующей для его роста среде, с течением времени покрывается гранями. Кристаллические решетки металлов часто имеют форму шестигранной призмы (цинк, магний), гранецентрированного куба (медь, золото) или объемно центрированного куба (железо).
• Постоянная температура плавления - выражается в том, что при нагревании кристалла температура повышается до определённого предела. При дальнейшем нагревании вещество начинает плавится, а температура некоторое время остается постоянной, также всё тепло идет на разрушение кристаллической решетки.

• Эксперимент по выращиванию кристаллов

• Выращивание кристаллов физико-химический процесс. Растворимость веществ можно отнести к физическим явлениям, так как происходит разрушение кристаллической решётки. Другой физический процесс – диффузия, когда происходит самопроизвольное перемешивание веществ. Однако зачастую мы наблюдаем и химические процессы: гидролиз и сольватацию.

• Эксперимент по выращиванию кристаллов

• Существуют два простых способа выращивания кристаллов из пересыщенного раствора: путем охлаждения насыщенного раствора или путем его выпаривания. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры — уменьшается. При охлаждении насыщенного раствора в нем будет находиться избыточное количество вещества. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, то есть раствор будет пересыщенным. С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, и выпадает в виде кристаллов, число которых тем больше, чем большее число центров кристаллизации содержащихся в растворе. Центрами кристаллизации могут служить пылинки, мелкие кристаллики, кусочки керамической плитки. Если дать выпавшим кристалликам подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры.

• Эксперимент по выращиванию кристаллов

• Чтобы вырастить кристалл нам понадобится:
• Составные компоненты- вода, соль (сахар), другие химические реактивы, краситель.
• Приборы – сосуд для выращивания, основа(кусочек плитки, суровая нитка и др.).
• Этапы эксперимента
• Разогреть 200 мл воды
• Добавить химический реактив(соль, сахар)
• Перемешать до полного растворения, добавить еще реактива и перемешать, чтобы получить раствор более насыщенным
• Залить раствор в сосуд так, чтобы оставшаяся соль не попала в него
• Выбрать кристалл соли побольше и аккуратно положить в сосуд
• Закрыть раствор крышкой, оставить кристалл расти в комнате
• Следить за кристаллом, вести наблюдательные записи, делать выводы!

Нами выращен кристалл поваренной соли

• Поликристалл гидрофосфата аммония выращен к наступающему 2017 году

• Кристалл сахара

• Кристалл сахара

• Кристалл сахара

• Кристалл медного купороса

• Итоговый результат эксперимента

• Мы внимательно рассмотрели с помощью лупы, выращенные нами кристаллы и пришли к следующим выводам :
• Кристаллы разных веществ отличаются друг от друга своими формами.
• Эти твердые тела - поликристаллы. Они состоят из множества кристаллов беспорядочно ориентированных относительно друг друга.
• Отдельные части кристалла повторяют друг друга, образуя красивую симметричную фигуру.
• Грани ровные. Углы между отдельными гранями кристаллов одинаковы.
• Цвет кристаллов различен, это зависит от примесей.

• Применение кристаллов

• Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Примерно 80% применяемых в технике алмазов идет на заточку инструментов и резцов "сверхтвердых сплавов". Алмазы служат опорными камнями (подшипниками) в хронометрах высшего класса для морских судов и в других особо точных навигационных приборах. На алмазных подшипниках не обнаруживается никаких следов износа даже после 25 миллионов оборотов.

• Алмазный инструмент

• Применение кристаллов

• Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность. А вся часовая промышленность работает на искусственных руби­нах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, капрона, нейлона. В 1960 году был создан первый лазер на рубине.

• Применение кристаллов рубина

• Применение кристаллов

• Другим замечательным минералом, применяемым в технике, является кварц. Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон, горный хрусталь — все это разновидности кварца. Бездефектные кристаллы горного хрусталя идут на изготовление призм, спектрографов, поляризующих пластинок. Пьезоэлектрический эффект в кристал­лах широко применяются для вос­произведения, записи и передачи звука. Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигате­лей при взрыве в них горячих газов.

• Кварцевый резонатор

• Применение кристаллов

• В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид - это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. По­ляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно прихо­дится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от за­леденевшего снежного поля. Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины.

• Поляроидные очки

• Применение кристаллов

• Большинство полупроводниковых электронных приборов изготовлено из кристаллов германия или кремния. Из монокристаллов германия или кремния вырезают множество пластинок шириной в доли миллиметра, которые протравливают и полируют. Кремниевые пластинки используются для создания интегральных схем. Современный уровень технологии позволяет на пластине кремния площадью несколько квадратных миллиметров разместить десятки тысяч электронных элементов. (10) Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую.

• Полупроводниковая пластина (кремний на сапфире)

• Солнечная батарея

• Вывод

• Таким образом, мы создали демонстрационный материал по изучению темы: «Свойства кристаллов» для учащихся общеобразовательных организаций. Его можно применять на уроках физики, природоведения ,географии и биологии. Этот материал может быть показан на классных часах и при проведении внеурочных занятий при организации проектной деятельности, направленной на формирование исследовательского стиля мышления учащихся, что способствует повышению интереса детей к изучаемому материалу, через иллюстрирование и использование современных педагогических технологий.

• Спасибо за внимание!