Проектно-исследовательская работа «КсАнины кристаллы»

Содержание

Введение 3

Глава 1. Удивительный мир кристаллов 3

1.1. Из истории кристаллов 4

1.2. Что такое кристаллы 4

1.3. Мы живём в мире кристаллов 4

1.4. Применение кристаллов 5

Глава 2.   Как вырастить кристаллы 5

2.1. Выращивание кристаллов поваренной соли и медного купороса 6

2.2. Выращивание сростков кристаллов (друз) 6

2.3. Выращивание кристаллов дихромата калия 6

2.4. Выращивание друзы кристаллов с помощью набора для опытов 6

2.5. Выращивание кристаллических узоров с помощью набора для опытов 7

Заключение 7

Список источников информации и интернет - ресурсов 8

Приложение  9

 

Введение

В природе, которая нас окружает, много интересных, красивых и таинственных вещей. Зимой интересно наблюдать, как падают снежинки! На уроке географии нам рассказали, что они состоят из кристаллов льда! На Новый год украшая наш класс кто-то поставил в вазу чудесные еловые веточки, припорошенные снегом! Снег на веточках не таял, хотя нам рассказывали о свойствах льда и снега превращаться в воду, если они попадают в тепло. Учитель раскрыла секрет «инея». Оказалось, что это кристаллы соли!

Услышав слово «кристалл» мы думаем, что это только алмазы и изумруды, но это не так! Кристаллов очень много вокруг нас! Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы даже употребляем их в пищу, как соль или сахар, лечимся ими и сами частично состоим из кристаллов.

Нам стало интересно узнать, можно ли вырастить кристаллы самим? А, если да, то из чего? Вот так и появился наш проект «КсАнины кристаллы».

Актуальность темы: «Кристалл» - это чудо природы. Получить кристалл самим – это сотворить чудо. Для нас это новое и необычное дело, даже таинственное. Кто знает, что у нас получится? Как будут выглядеть наши «авторские» кристаллы? Хочется проявить себя, проверить свои способности, а эта тема как раз и дает такую возможность.

Практическая значимость проекта состоит в создании коллекции «КсАнины кристаллы», подготовке презентации с фотографиями выращенных нами кристаллов. Результаты исследования могут быть использованы на уроках, во внеклассных мероприятиях.

Объект исследования: кристаллы.

Предмет исследования: процесс кристаллизации.

Цель работы: вырастить кристаллы в домашних условиях.

Задачи работы:

изучить литературу по теме;

познакомиться со способами выращивания кристаллов;

освоить методику выращивания кристаллов;

провести наблюдения за процессом кристаллизации;

подготовить презентацию и коллекцию кристаллов;

выработать рекомендации по выращиванию кристаллов;

выступить с результатами проекта перед одноклассниками.

Методы исследования: сбор информации; анализ информации по теме исследования; наблюдение; эксперимент.

Гипотеза: предполагаем, что настоящий кристалл можно вырастить в домашних условиях.

 

Глава I. Удивительный мир кристаллов

1.1. Из истории кристаллов

Представление древних о кристаллах было похоже на легенды. Удивительное сходство кристаллов льда и горного хрусталя было подмечено очень давно. Слово «кристаллос» в переводе с греческого первоначально означало «лёд», а в дальнейшем «горный хрусталь». В древности и в средние века думали, что кристаллы горного хрусталя и кристаллы льда – одно и то же, только лёд замерзает у нас на глазах, а горный хрусталь – лишь при особенно сильном морозе. Предполагали, что лёд становится хрусталём через тысячу лет, а хрусталь становится алмазом через тысячу веков.

Первые сведения о горном хрустале мы находим у римского учёного Плиния Старшего (I век н. э.) [1]. В древности кристаллы наделялись множеством таинственных свойств: исцелять от болезней, предохранять от яда, влиять на судьбу человека. Считали, что кристалл аметиста навевает счастливые сны. Сапфир помогает при укусах скорпионов, алмаз бережёт от болезней. Древние обитатели Америки – инки – поклонялись как божеству большому кристаллу зелёного изумруда [2]. Так рассуждать могли только в те времена, когда ещё не умели проверять свои утверждения опытом.

1.2.Что такое кристаллы

Криста́ллы — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку [3]. Изучением кристаллов занимается наука – кристаллография. Кристаллиза́ция — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. [3]. Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром существуют выражения: «прозрачный, как кристалл», «кристально чистый». Таблетки – это спрессованные кристаллы. Усвоение, растворение таблеток зависит от того, какими гранями покрыты эти микрокристаллики. Витамины, оболочка нервов, белки, и вирусы – это все кристаллы. В недрах земли люди порой находят камни, имеющие удивительную форму. Кажется, что их кто-то специально выпиливал, затем полировал, чтобы они приобрели именно такую форму. Трудно поверить, что они образовались сами без участия человека. Именно такие камни с природной, не сделанной руками человека, правильной, симметричной, многогранной формой и называются кристаллами. Кристаллы, которые зарождаются на подложке группами или поодиночке, срастаясь, образуют друзы.     Друза - группа плотно сросшихся кристаллов, ограниченная головками и гранями составляющих её кристаллов с одной стороны, и субстратом, на который они нарастают, - с другой [4].

1.3. Мы живём в мире кристаллов

Кристаллы - это не только драгоценные камни. Медная проволочка или алюминиевая кнопка состоят из материала, имеющего кристаллическое строение. Кристаллы замершей воды, лед и снег, известны всем. Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл. Плотная масса льда состоит из множества отдельных кристаллов. После морозных ночей по утрам в лесу и в поле часто можно наблюдать, как на земле вырастает "ледяная трава". Каждый стебелек такой травы - это прозрачный шестигранный кристаллик льда. Кристаллики льда, причудливыми узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут погубить самолет. Обледенение - страшный враг самолетов - тоже результат роста кристаллов. Частички, из которых состоит кристалл, в разных веществах выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн [Приложение 1].

Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. В них очень часто можно увидеть сталактиты - свешивающиеся с потолка "сосульки" разных размеров, и сталагмиты - "сосульки", растущие из пола пещеры [5] [Приложение 2]. Мы часто встречаемся с применением жидких кристаллов. Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким приборам относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и другие устройства.

Поскольку окружающий нас мир состоит из кристаллов, то мы живем в мире кристаллов.

1.4. Применение кристаллов

Природные кристаллы всегда вызывали любопытство у людей. Кристаллы издавна используются для изготовления украшений и ювелирных изделий. Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни [5]. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Рубин очень твердый и гладкий, из него делают опоры для маятников в механических часах. Если вы посмотрите на часы, на многих написано «17 камней» или «11 камней». Вот эти – то «камни» и есть рубиновые кристаллы, из которых делают опоры для осей. Кристалл кварца используется в телефонных трубках. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и другие детали оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках. Неотъемлемой частью нашей жизни стали мобильные телефоны. Цифровые фото - и видеокамеры уже вытеснили пленочные фотоаппараты, жидкокристаллические телевизоры и мониторы постепенно изживают старые [5].

Глава 2. Как вырастить кристаллы

Выращивание кристаллов – это очень интересный и увлекательный процесс [5,6,7,8,9]. В рекомендациях по выращиванию кристаллов приводятся, как правило, общие условия выполнения этого процесса [Приложение 3]. Мы расскажем о своих опытах.

2.1. Выращивание кристаллов поваренной соли и медного купороса.

Нальём в сосуд 200 мл горячей вскипячённой воды. Насыплем туда вещество, из которого мы собираемся растить кристаллы (медный купорос, пищевую соль) и тщательно размешаем. Сделаем раствор пересыщенным (так, чтобы в нем больше нельзя было растворить соли), а затем профильтруем его. Опустим в раствор нитку так, чтобы она не касалась стенок и дна банки. Далее поставим сосуд с ниткой остывать, и уже через несколько часов появятся наросшие на нитку кристаллики. Пару дней они подрастали. Потом мы вынули из раствора обросшую кристалликами нитку. Далее подогрели раствор до кипения, стараясь растворить осадок соли на дне сосуда (если этого не будет хватать надо до насыщения раствора, добавить еще соли). После того, как донасытится раствор, дать ему выстояться 3-5 часов, а затем опустить туда нитку с кристалликами. Уже через пару дней заметили значительный для кристаллика рост. С каждым днём он увеличивался. Так мы вырастили кристаллы поваренной соли и медного купороса [Приложение 4].

2. 2. Выращивание сростков кристаллов (друз)

Это - один из самых быстрых способов выращивания кристаллов. Для начала мы приготовили перенасыщенный раствор соли в горячей воде. После охлаждения раствора в него внесли затравку - подвешенный на ниточке гранит. Уже через 5-10 часов большое количество кристалликов появилось на затравке и на дне стакана. Раствор оставили в покое на несколько дней, затем вынули нитку с кристаллом, раствор нагрели, добавили воды и соли. После охлаждения в него вновь опустили нитку с уже подросшим кристаллом. Через 2 недели получили друзы кристаллов [Приложение 5].

2. 3. Выращивание кристаллов дихромата калия.

Это желтые кристаллы ромбической системы, устойчивые на воздухе. Кристаллы выращиваются подобным образом, так же, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор соли, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли [Приложение 6].

2. 4. Выращивание друзы кристаллов с помощью набора для опытов.

В природе кристаллы растут очень медленно, почти тысячу лет, но в домашних условиях можно сократить этот процесс всего до нескольких недель. А с помощью наборов для опытов можно получить удивительные и разнообразные кристаллы ещё быстрее.

Для выращивания друзы кристаллов мы воспользовались готовым набором «Волшебные кристаллы». В состав набора "Волшебные кристаллы" входит руководство с подробными описаниями для новичков и все необходимые для проведения научного эксперимента материалы. Перед выращиванием мы внимательно ознакомилась с инструкцией и далее четко следовали ее указаниям. Предложенные для работы порошки нетоксичны, однако при несоответствующем использовании могут нанести вред. Мы проводили опыты под присмотром и с помощью взрослых. Процесс выращивания кристаллов не сложен. Нужно высыпать в контейнер порошок, залить его горячей водой и, дождавшись полного растворения, установить каменную основу засыпав затравочные кристаллы. После всех проведенных манипуляций крайне важно не тревожить контейнер и тогда примерно через 1-2 недели, по мере испарения влаги, по стенкам поползут вверх губчатые узоры из пористой соли. Через месяц у нас получилась друза из кристаллов [Приложение 7].

2. 5. Выращивание кристаллических узоров с помощью набора для опытов.

Для получения кристаллических узоров мы использовали набор "Кристаллические узоры". Согласно инструкции мы растворили желатин, добавили в одну часть сульфат меди, а в другую хлорид аммония. Полученный раствор вылили в чашку Петри тонким слоем и оставили на сутки. После испарения воды образовалась плёнка и в одной и в другой чашке. Но красивые ветвистые сине-голубые кристаллы из сульфата меди у нас не вышли. А вот белые от хлорида аммония получились [Приложение 8]!

Заключение

Работая над проектом, мы узнали, что кристалл – это твердое состояние вещества, имеет определенную форму, цвет и определенное количество граней. Познакомились с разнообразием и применением кристаллов. В процессе работы научились работать с разной литературой о кристаллах, освоили некоторые способы выращивания кристаллов, наблюдали за ростом кристаллов; усвоили основные этапы и важные правила выращивания кристаллов, изготовили наглядное пособие «КсАнины кристаллы» [Приложение 9]. Для выращивания кристаллов использовали: поваренную соль, хлорид аммония, сульфат меди, желатин, дихромат калия. Кристаллы получились разной формы. Также попробовали, используя ерши для чистки трубок, сделать объемные фигурки и вырастить кристаллы на картоне [Приложение 9].

Выращивание кристаллов - процесс - занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Для появления кристалла необходимо соблюдать точные инструкции и правила техники безопасности, быть терпеливыми и трудолюбивыми. К сожалению, есть некоторые особенности хранения полученных кристаллов. Чтобы предохранить их от разрушения, нужно покрыть кристаллы бесцветным лаком.

В ходе работы над проектом мы нашли ответы на поставленные вопросы, сумели вырастить кристаллы, рассказали одноклассникам и другим ребятам об итогах своей работы. Многим понравилась работа, некоторые заинтересовались экспериментами. Таким образом, мы считаем, что цель и задачи, поставленные в начале работы, достигнуты. Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы можно вырастить в домашних условиях.

Приобретенные знания, умения и навыки обязательно пригодятся нам в дальнейшей учёбе.

В изученной нами литературе мы нашли информацию о том, как можно изготовить кристалл-дезодорант из алюмо - калиевых квасцов, как вырастить «сталактит» и «сталагмит» [10]. Мир кристаллов оказался удивителен и разнообразен. В результате у нас возникли и другие вопросы, которые требуют дальнейшего более глубокого изучения. Поэтому планируем и дальше заниматься изучением данной темы и продолжить работу над проектом.

Список источников информации и интернет - ресурсов

 

[1]. Горный хрусталь | Волшебный мир драгоценных камней ... 4goodluck.org/blogs/... [2]. Сказки о кристаллах mirkristallov.com/skazki-o-... [3]. Кристаллы — Википедия ru.wikipedia.org/wiki/, Кристаллизация — ru.wikipedia.org/wiki/... [4]. Минералы: друзы, шётки кристаллов, закон...geo.web.ru›mindraw/cristall2.htm

[5]. Мир кристаллов. — Режим доступа: http://www.mirkristallov.com/

[6]. Ольгин О.М. Давайте похимичим! М.:Дет.лит., 2001.

[7]. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. М.: АСТ-ПРЕСС. 1999.

[8]. Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия. — Режим доступа: http://www.kristallikov.net/page6.html

[9]. Сайт на английском языке. Здесь много информации о выращивании кристаллов (с фотографиями). — Режим доступа: http://www.waynesthisandthat.com/crystals.htm#fast - fast

[10]. Стефанович С. 1001 дело, которое нужно успеть сделать до того, как повзрослеешь. Австралия, 2009.

 

Приложение 1

Кристаллы, которые можно увидеть только в микроскоп.

Гигантские кристаллы.

 

Приложение 2

Сталактиты и сталагмиты.

Сталактит - каменная сосулька, свисающая с потолка пещеры. Сталагмит - та же сосулька, но растущая с пола пещеры. Сталагнат - сросшийся сталактит с сталагмитом.

 

Приложение 3

Рекомендации по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях разделим на основные этапы:
1. Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендуем использовать кипячённую воду (т.е. не содержащую примесей других солей).

2. Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал.

3. Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите, например, к карандашу и положите его на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор. Кристаллик опустите в насыщенный раствор.

4. Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
5. Оставьте раствор на несколько дней.

Советы тем, кто хочет вырастить кристаллы соли.

Соль лучше брать крупного помола, для засолки.

Если раствор охлаждать быстро, то кристаллы тоже будут расти быстро, но их форма может оказаться неправильной. Если же раствор охлаждать медленно, то форма кристаллов будет правильной.

Кристаллики нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора. Никогда не берите кристалл руками: на руках постоянно присутствует слой кожного сала, который при попадании на растущую грань кристалла препятствует росту этой грани. Для того чтобы достать кристалл, очень удобно использовать пинцет.  

 

Приложение 4

Выращивание кристаллов поваренной соли и медного купороса

К работе готовы. Готовим насыщенный раствор соли.

Фильтрую раствор соли. Всё для роста кристалла готово!

Вот они кристаллы соли!

 

Подготовка насыщенного раствора медного купороса.

Вот так росли кристаллы медного купороса!

 

Приложение 5

Выращивание сростков кристаллов (друз)

Выращивание друзы кристаллов соли на камне родоните.

Выращивание друзы кристаллов соли на затравке из гранита.

Приложение 6

Выращивание кристаллов дихромата калия

Техника безопасности соблюдена! Раствор готов!

Через 20 минут! Через три часа! Спустя неделю.

Насыщенный раствор готов. Затравка сделана. Через 40 минут.

Выращивание кристаллов дихромата калия на ершиках для чистки трубок.  

Выращивание кристаллов соли на ершиках для чистки трубок.

Приложение 7

Выращивание друзы кристаллов с помощью набора для опытов.  

Подготовка раствора из набора. Вот он результат! Прошло 30 дней.

Приложение 8

Выращивание кристаллических узоров с помощью набора для опытов.

Готовим раствор из сульфата меди и хлорида аммония с желатином.

Растворы в чашках Петри.

Результат работы. Кристаллы появились через сутки.

Приложение 9

Наглядное пособие «КсАнины кристаллы»

Выращивание кристаллов поваренной соли на картоне.