На уроці «Навколишній світ» ми проходили тему «Кам'яне царство» і провели досвід «Освіта кристалів солі». Мене зацікавило, які ж ще бувають кристали? Як вони з'являються? Чи можна виростити кристал в домашніх умовах? Як довго знадобиться часу для вирощування кристалів? Якого кольору будуть кристали?
В мережі Інтернет я побачив безліч кристалів різних форм і забарвлень, дізнався, що кристали зустрічаються нам всюди. Ми ходимо по кристалів, будуємо з кристалів, обробляємо кристали на заводах, вирощуємо їх у лабораторіях, широко застосовуємо в техніці і науці, їмо кристали, лікуємося ними.
Я поставив перед собою мету - виростити кристали будинку.
Гіпотеза дослідження. якщо вирощувати кристали по інструкції, то виростити кристали в домашніх умовах можливо.
- вивчити літературу по темі проекту;
- познайомитися зі способами вирощування кристалів;
- освоїти методику вирощування кристалів;
- провести спостереження за процесом кристалізації;
- створити презентацію по темі проекту;
- виступити на шкільній конференції.
Об'єкт дослідження: кристали
Предмет дослідження: процес кристалізації
- робота з джерелами інформації
- спостереження
- експеримент
- фіксування результатів
Глава 1. Загальні відомості з питання.
1.1 Кристали, що зустрічаються в природі.
Кристали здавна привертали увагу людей своєю красою, правильною формою, загадковістю. Кристали - від грецького krystallos (спочатку означали лід) -це речовини, в яких дрібні частки "упаковані" в певному порядку. В результаті при зростанні кристалів на їх поверхні мимовільно виникають плоскі грані, а самі кристали які проявляються у багатьох геометричну форму.
Багато кристали є продуктами життєдіяльності організмів.
Деякі види молюсків мають здатність нарощувати на сторонніх тілах, що потрапили в раковину, перламутр. За 5 - 10 років утворюється дорогоцінний камінь перли, що має полікристалічне будова. У морській воді розчинено багато різних солей. Мільярди організмів, що населяють моря, будують свої раковини і скелети з вуглекислого кальцію і кремнезему. Випадаючи в осад, раковини і скелети померлих організмів утворюють потужні пласти так званих осадових порід. Рифи і цілі острови в океанах складені з кристаликів вуглекислого кальцію, що становлять основу скелета безхребетних тварин - коралових поліпів.
Кристали льоду і снігу.
Іноді кристали утворюються прямо з парів, а не з рідини. У цьому випадку вони бувають особливо правильні. Прикладом цього є утворення інею і сніжинок з водяної пари повітря. Одна сніжинка-це група кристалів, утворена більш ніж з двохсот крижаних частинок. Снігові кристали утворюються з розташованих в бездоганному порядку молекул води.
Кристали в хмарах.
Кристалики льоду, химерними візерунками яких ми милуємося в сніжинки, можуть в кілька хвилин погубити літак. Обледеніння - страшний ворог літаків - теж результат росту кристалів.
Тут ми маємо справу з ростом кристалів з переохолоджених парів. У верхніх шарах атмосфери водяні пари або краплі води можуть довго зберігатися в переохолодженому стані. Переохолодження в хмарах доходить до -30˚C. Але як тільки в ці переохолоджені хмари вривається летить літак, негайно ж починається бурхлива кристалізація. Миттєво літак виявляється обліплені купою швидко зростаючих кристалів льоду.
Кристали в печерах
Всі природні води - в океанах, морях, озерах, струмках і підземних джерелах - є природними розчинами, всі вони розчиняють зустрічаються їм породи, і у всіх цих розчинах відбуваються складні явища кристалізації.
Особливо цікава кристалізація підземних вод в печерах. Крапля за краплею просочуються води і падають зі склепінь печери вниз. Кожна краплина при цьому частково випаровується і залишається на стелі печери речовина, яке було в ній розчинено. Так поступово утворюється на стелі печери маленький горбок, що виростає потім в бурульку. Ці бурульки складені з кристаликів. Одна за одною краплі мірно падають день за днем, рік за роком, століття за століттями. Звук їх падіння глухо лунає під склепіннями. Бурульки все витягуються і витягуються, а назустріч їм починають рости вгору такі ж довгі стовпи бурульок з дна печери. Іноді бурульки, що ростуть зверху (сталактити) і знизу (сталагміти), зустрічаються, зростаються разом і утворюють колони. Так виникають в підземних печерах візерункові, кручені гірлянди, химерні колонади.
Кристали у Всесвіті
В хмарах, в глибинах Землі, на вершинах гір, в піщаних пустелях, в озерах, морях і океанах, в доменних печах, в апаратах хімічних заводів, в наукових лабораторіях, в клітинах рослин, в живих і мертвих організмах - скрізь зустрілися ми з кристалами . Немає такого місця на Землі, де б не було кристалів, де б не відбувалися весь час виникнення, зростання і руйнування кристалів. Метеорити, посланці з зоряного світу, теж складаються з кристалів. В космічних прибульців - метеоритах - зустрічаються кристали, відомі на Землі, і кристали мінералів, на Землі не зустрічаються.
1.2. Застосування кристалів в науці і техніці.
У давні часи вважалося, що кристали являють собою рідкість. Дійсно, знаходження в природі великих однорідних кристалів - явище нечасте. Однак мелкокристаллические речовини зустрічаються досить часто. Так, наприклад, майже всі гірські породи: граніт, пісковики вапняк - кристалічності.
В даний час вивченням різноманіття кристалів займається наука кристалографія.
Кристалографія - це наука про будову, симетрії, фізико-хімічних властивостей, освіті та зростанні кристалів, яка зародилася в 18 столітті.
Застосування кристалів в науці і техніці такі численні і різноманітні, що їх важко перерахувати. Можна навести кілька прикладів.
Найтвердіший і найрідкісніший з природних мінералів - алмаз. Сьогодні алмаз в першу чергу камінь-працівник, а не камінь-прикраса.
Завдяки своїй винятковій твердості алмаз грає величезну роль в техніці. Алмазними пилами розпилюють камені. Колосальне значення має алмаз при бурінні гірських порід, в гірських роботах. Алмазним порошком шліфують і полірують тверді камені, загартовану сталь, тверді й надтверді сплави. Сам алмаз можна різати, шліфувати і гравірувати теж тільки алмазом. Найбільш відповідальні деталі двигунів в автомобільному та авіаційному виробництві обробляють алмазними різцями і свердлами.
Рубін і сапфір відносяться до найкрасивіших і найдорожчим з дорогоцінних каменів. У всіх цих каменів є й інші якості, більш скромні, але корисні. Вся годинна промисловість працює на штучних рубінах. На напівпровідникових заводах найтонші схеми малюють рубіновими голками. У текстильної та хімічної промисловості рубінові нітеводітелі витягають нитки зі штучних волокон, з капрону, з нейлону.
Нове життя рубіна - це лазер, чудовий прилад наших днів. У 1960 р. був створений перший лазер на рубін. Виявилося, що кристал рубіна посилює світло. Лазер світить яскравіше тисячі сонць.
Потужний промінь лазера легко пропалює листовий метал, зварює металеві дроти, пропалює металеві труби, свердлить найтонші отвори в твердих сплавах, алмазі. Ці функції виконує твердий лазер, де використовується рубін, гранат.
В очній хірургії застосовується найчастіше лазери на рубіні.
Сапфір прозорий, тому з нього роблять пластини для оптичних приладів. Основна маса кристалів сапфіра йде в напівпровідникову промисловість.
Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон - все це різновиди кварцу. Дрібні зернятка кварцу утворюють пісок. А найкрасивіша, сама чудова різновид кварцу - це і є гірський кришталь, тобто прозорі кристали кварцу. Тому з прозорого кварцу роблять лінзи, призми та ін. Деталі оптичних приладів.
Особливо дивовижні електричні властивості кварцу. Якщо стискати або розтягувати кристал кварцу, на його гранях виникають електричні заряди. Цей - п'єзоелектричний ефект в кристалах широко застосовуються для відтворення, запису і передачі звуку.
Кожен з нас хоч раз чув поєднання «Кристали Сваровскі». Штучно створені кришталеві кристали Swarovski - це вишукана прикраса. Їх вартість часто перевищує імітовані "справжні" камені (топаз, смарагд, сапфір, діамант, рубін) .Засновник кришталевої імперії Даніель Сваровскі в 1890 роках винайшов новий склад для вирощування кришталю небувалою досі прозорості і блиску, який до цих пір зберігається в найсуворішому секреті. Прикраси від Swarovski стають прекрасною альтернативою дорогим діамантам.
Перелік видів застосування кристалів вже досить довгий і безперервно зростає.
1.3. Про що говорять легенди.
Ні, не переказати казок, переказів і легенд, складених людьми про камені з найдавніших пір! Як багата фантазія людини, який склав про кристалах стільки чудових красивих небилиць!
Тільки уявіть собі: щоб засліпити отруйну змію, досить показати їй яскраво-зелений камінь - смарагд (рис.10. А щоб позбутися від поганих снів, треба носити на пальці кільце з рубіном (рис.2). Ваш кінь стане витривалим і слухняним, якщо в його вуздечку вплести синій камінчик - бірюзу (рис.3). Є, виявляється, камені, які охороняють людину від хвороб, від злодіїв, від землетрусів.
Звичайно, будь-який з вас, почувши ці наївні казки, просто посміхнеться. А був час, коли будь-який з легендою люди вірили беззаперечно, коли за кольорові камені платили величезні гроші, щоб не тільки прикрасити ними свої одягу, а й врятуватися з їхньою допомогою від "лихого ока", від хвороб, від пожеж і повеней. І було це тому, що люди не знали походження різних каменів, бачили в кожному з них чудо і придумували безліч всяких небилиць, властивих нібито різнобарвним мінералів.
Вивчаючи матеріали про чарівні властивості кристалів, я склав таблицю «Лікувальні властивості кристалів» (Додаток 1).
Висновки по 1 главі.
Вивчивши, теоретичний матеріал я дізнався:
- Кристал, в перекладі з грецької мови означає «лід», «гірський кришталь».
- Кристал - це твердий стан речовини.
- Вивченням кристалів займається наука - кристалографія.
- Про різноманітність кристалів.
- Про застосування кристалів в науці і техніці.
- Про способи вирощування штучних кристалів.
ГЛАВА 2. Вирощування кристалів в домашніх умовах
2.1. Як виходять кристали.
Завдяки науці кристалографії відомі багато способів штучного вирощування кристалів. Як же кристали зростають. Вирощування кристалів виробляють різними способами. Я прочитав про два методи вирощування кристалів. Наприклад, охолоджуючи насичений розчин. Зі зниженням температури розчинність речовин зменшується (в основному, це стосується безводної солі), і вони, як кажуть, випадають в осад. Спочатку в розчині і на стінках посудини з'являються крихітні кристали-зародки. Коли охолодження повільне, а в розчині немає твердих домішок (скажімо, пилу), зародків утворюється небагато, і поступово вони перетворюються в красиві кристали правильної форми. При швидкому охолодженні виникає багато дрібних кристаликів, майже ніякої з них не має правильну форму, адже їх росте безліч, і вони заважають один одному.
Вирощування кристалів можна здійснити і в інший спосіб - поступовим видаленням води з насиченого розчину - виправними. І в цьому випадку, чим повільніше видаляється вода, тим краще виходить результат. Залиште відкритим посудину з розчином при кімнатній температурі на тривалий термін, накривши його аркушем паперу, - вода при цьому буде випаровуватися повільно, і пил в розчин потрапляти не буде. Зростаючий кристалик можна або підвісити в насиченому розчині на тонкої міцної нитці, або покласти на дно посудини. У міру випаровування води в посудину слід підливати свіжий розчин. Навіть якщо наш вихідний кристалик мав неправильну форму, він рано чи пізно сам виправить всі свої дефекти і прийме форму, властиву даної речовини.
Кристали можуть утворюватися також безпосередньо з пари або газу. При охолодженні газу електричні сили тяжіння об'єднують атоми або молекули в кристалічне тверде речовина. Так утворюються сніжинки: повітря, що містить вологу, охолоджується, і прямо з нього виростають сніжинки тієї чи іншої форми.
2.2. Самостійне дослідження по отриманню кристалів
З проведенням цього досвіду я познайомився на уроці «Навколишній світ».
Етап 1: Розчинити сіль, з якої буде рости кристал, в підігрітій воді (підігріти потрібно для того, щоб сіль розчинилася трохи більше, ніж може розчинитися при кімнатній температурі). Розчиняти сіль до тих пір, поки сіль вже більше не розчиняється (розчин насичений!).
Етап 2: Насичений розчин перелити в іншу ємність, де можна проводити вирощування кристалів (з урахуванням того, що він буде збільшуватися). На цьому етапі стежити, щоб розчин не особливо остигав.
Етап 3: Опустити в насичений розчин нитку з запалом на кінці.
Етап 4: Перенести ємність з насиченим розчином в місце, де немає протягів, вібрації і сильного світла (вирощування кристалів вимагає дотримання цих умов).
Етап 5: Накрити чимось зверху ємність з кристалами (наприклад, папером) від попадання пилу і сміття. Залишити розчин на кілька днів.
Під час експерименту на нитці утворилися кристали солі, але витягнувши їх з розчину, вони швидко розсипалися.
Для другого досліду я використовував розчин квасцов, куплених в аптеці.
Етапи вирощування кристалів з квасцов такі ж як і в попередньому досвіді.
Під час експерименту я зробив такі висновки:
- Чим повільніше розчин буде остигати, тим крупніше вийдуть кристали.
- Уже через 2-3 дня грузик обросте кристалами.
- Кристал повинен весь час перебувати в розчині.
- Кристали виростають за 2-3 тижні, але їх можна вирощувати і довше. Під час росту можна коригувати їх зростання, видаляючи некрасиві нарости.
- Коли кристали візьмуть вид, який вас влаштує, їх виймають з розчину, дають висохнути і покривають безбарвним лаком. Якщо цього не зробити, вже через кілька днів вони зруйнуються (див. Досвід 1).
Вирощування кристалів - процес - цікавий, але вимагає дбайливого і обережного ставлення до своєї роботи.
На жаль, є деякі особливості їх зберігання (звичайно, кожна сіль і речовина мають свої особливості). Наприклад, якщо кристалик квасцов залишити відкритим в сухому повітрі, він, поступово втрачаючи міститься в ньому воду, перетвориться в непоказний сірий порошок. Так вийшло з кристалами солі з досвіду №1. Щоб уберегти його від руйнування, можна покрити його безбарвним лаком.
Теоретично розмір кристала, який можна виростити в домашніх умовах таким способом, необмежений. Відомі випадки, коли ентузіасти отримували кристали такої величини, що підняти їх могли тільки за допомогою товаришів.
Можна отримати фігурки з кристалів. Для цього треба приготувати каркас із дроту, обмотаною звичайними нитками або ватою, занурити його в насичений розчин, тут же вийняти і просушити при кімнатній температурі. Нитки просочаться розчином і при висиханні на них утворюються дрібні кристалики, які в подальшому стануть "затравки". А далі опустити цей каркас в розчин і нарощувати на ньому кристали. Якщо опустити в розчин розбірну синтетичну ялинку, попередньо обмотавши її стовбур і гілки нитками, то можна виростити "засніжену" ялинку. В результаті експериментів можна отримати цілу колекцію сувенірів.
За результатами моїх спостережень і дослідів я прийшов до наступних висновків:
- при точному дотриманні інструкцій і техніці безпеки можна виростити кристали з різних розчинів, що є для дітей, але для цього потрібно докласти терпіння і труд;
- при правильній обробці граней кристала він може досить довго зберігатися.
В ході дослідницької роботи моя гіпотеза підтвердилася. Вирощувати кристали в домашніх умовах можна. Вирощені кристали можуть бути використані в оздобленні інтер'єру будинку.
Рекомендації по вирощуванню кристалів в домашніх умовах
Процес вирощування кристалів в домашніх умовах розділимо на основні етапи:
Етап 2. Насичений розчин перелити в іншу ємність, де можна проводити вирощування кристалів (з урахуванням того, що він буде збільшуватися). На цьому етапі стежте, щоб розчин не особливо остигав.
Етап 3. Прив'яжіть на нитку кристалик солі, нитку прив'яжіть, наприклад, до олівця і покладіть його на краю склянки (ємності), де налитий насичений розчин. Кристалик опустіть в насичений розчин.
Етап 4: Перенесіть ємність з насиченим розчином і кристалом в місце, де немає протягів, вібрації і сильного світла (вирощування кристалів вимагає дотримання цих умов).
Етап 5. Накрийте чимось зверху ємність з кристалом (наприклад, папером) від попадання пилу і сміття. Залиште розчин на пару днів.
1. Кристал можна при зростанні без особливої причини виймати з розчину.
2. Не допускати потрапляння сміття в насичений розчин, найбільш переважно використовувати дистильовану воду.
3. Стежити за рівнем насиченого розчину, періодично (раз на тиждень або дві) оновлювати при випаровуванні розчин.
Паспорт проектної роботи