УМК научно-практической работы по химииСоздание светильника из выращенных кристаллов(8класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №13»
"Создание светильника из выращенных кристаллов"
Выполнила работу :Ученица 8а класса
Покусаева Ольга
Научные руководители:
Михайловская Юлия Николаевна
Учитель биологии
Порядина Александра Юрьевна
Преподаватель РШТа Астрахань 2015
Оглавление :Введение………………………………………………………………………………………………..3-4
Глава 1. Основные сведения о кристаллах и их строении……………..4-14
Сведения о кристаллах ……………………………..5-7
Кристаллическая решётка……………………………..7-8
Монокристаллы и поликристаллы…………………..8-9
Применение кристаллов и их роль в современном мире……………..8-9
Этапы выращивания кристаллов…………………………..9-11
Глава 2. Практическая часть (выращивание кристаллов из растворов)……...11-17
Выращивание монокристаллов медного купороса холодным способом…11-14
Выращивание поликристаллов медного купороса горячим способом….14-16
Выращивание кристаллов для создания светильника…..16-17
Заключение …………………………………………………….18
Литература………………………………………………………………….19
Приложение: презентация «Создание светильника из выращенных кристаллов»

Тема: «Создание светильника из выращенных кристаллов»
Актуальность:
В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Украшения из кристаллов и сейчас также популярны. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора в домашних условиях. Это удивительное свойство кристаллических тел!
Цель работы:
1. научиться выращивать кристаллы медного купороса холодным и горячим способом из пересыщенных растворов;
2. создать на их основе светильник и ознакомится с применением выращенных кристаллов в повседневной жизни.
задачи:
1. Изучить способы выращивания кристаллов.
2.На основе выращенного кристалла создать светильник.
Предмет: Моно- и поли кристаллыОбъект: процесс создания светильника
Теоретическая направленность: Интерес изучения процессов кристаллизации .Выработка рекомендаций по выращиванию кристаллов и его применения в повседневной жизни.
Практическая направленность: изучение методики по выращиванию моно- и поликристаллов горячим и холодным способом из растворов солей. Исследовать факторы, влияющие на размер и форму кристаллов. Проходила практическая часть в Региональном Школьном Технопарке.
Введение
Большинство веществ, окружающих нас находятся в твердом состоянии. Мы живём на поверхности твердого тела — земного шара, в сооружениях, построенных из твёрдых тел - домах. Вокруг нас огромное количество предметов из твердых тел. Следовательно, знать свойства твердых тел жизненно необходимо.
Твёрдые тела сохраняют не только свой объем, но и форму, так как они находятся преимущественно в кристаллическом состоянии. Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы. Твёрдое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллом. Одиночные кристаллы называют монокристаллами.
В природе встречаются довольно большие монокристаллы минералов, а иногда и металлов. В лабораториях получают искусственно монокристаллы многих веществ. Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить некоторые монокристаллы и в домашних условиях. Монокристаллы выращивают из перенасыщенных растворов и перегретых расплавов, вводя в них небольшие затравочные кристаллики. Вполне возможно вырастить монокристаллы из перенасыщенных растворов медного купороса.
I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КРИСТАЛЛАХ И ИХ СТРОЕНИИ
I.1. Сведения о кристаллах
Кристаллы — это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Кристаллы одного и того же вещества имеют разнообразную форму. Углы между отдельными гранями кристаллов одинаковы. Некоторые формы кристаллов симметричны. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы. Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, например, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром.
Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 в. было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.
I.2. Кристаллическая решётка.
Для наглядного представления внутренней структуры кристалла используют его изображение с помощью кристаллической решётки. В зависимости от того, какие частицы лежат в узлах кристаллической решетки, принято различать несколько типов кристаллов: ионные, атомные, металлические и молекулярные.
-137160452755Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 1. Кристаллическая решетка ионного типа каменной соли.
В узлах кристаллической решётки ионного кристалла находятся ионы противоположных знаков. На рисунке показана схема расположения ионов в кристалле каменной соли: положительный ион окружён шестью отрицательными ионами и каждый отрицательный ион — шестью положительными ионами. Следовательно, внутри кристалла нельзя выделить молекулу. Весь кристалл представляет как бы одну огромную молекулу.
В узлах кристаллической решётки атомного кристалла находятся нейтральные атомы. В случае металлических кристаллов в узлах решётки располагаются положительные ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электроны. В узлах молекулярных кристаллов находятся нейтральные молекулы, которые удерживаются силами молекулярного притяжения.
Современные способы изучения кристаллов дают возможность узнать, как расположены частицы (атомы, молекулы, ионы) внутри элементарной ячейки кристалла. Совокупность периодически расположенных атомов называют кристаллической решёткой. Места расположения в кристаллической решётке частиц (атомов, ионов, молекул) называют узлами кристаллической решётки.
Федоров Е. С.Выдающийся русский кристаллограф Евграф Степанович Фёдоров установил, что в природе может существовать 230 различных кристаллических решёток. Он пришёл к выводу, что кристаллы могут иметь форму различных призм и пирамид, в основании которых могут лежать только правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.
Существует всего семь основных блоков, которыми можно заполнить трёхмерное пространство без пропусков и из которых могут быть сконструированы все кристаллы.
Семь кристаллических систем:

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 2. Кристаллическая система
1. Триклинная — нет прямых углов, рёбра разной длины
(а ≠ в ≠ с, α ≠ β ≠ γ)
2. Моноклинная — восемь углов не прямые, рёбра разной длины (а≠в≠с, α=β=90º ≠ γ)
3. Ромбическая — прямоугольный параллелепипед (а ≠ в≠ с, α = β = γ = 90º )4. Тетрагональная - прямоугольный параллелепипед с квадратом в основании (а=в≠с, α = β = γ = 90º )5. Ромбоэдрическая — нет прямых углов, рёбра од­ной длины (а = в = с, α = β = γ ≠ 90º )6. Гексагональная — призма с правильным шести­угольником в основании (а = в ≠ с, α = β = 90º , γ = 60º)
7. Кубическая — в форме куба (а=в=с, α=β=γ=90º)
Простейший строительный блок (куб) допускает три способа размещения атомов:
1) по углам — простая кубическая решётка,
2) в центре граней — гранецентрированная решётка.
3) в центре куба — кубически центрированная решётка.
Кристаллические системы
Простая кубическая решётка характерна для соли NаСl. (рисунок 1) Электронные оболочки атомов, образующих такую решётку, касаются друг друга, заполняя лишь 52% пространства. Кубическая центрированная решётка, характерная для Fе и Nа, запол­няет 68% пространства. (рисунок 3) Наиболее плотная упаковка - 74% пространства, до­стигается при гранецентрированной решётке, которая характерна для Аg, Сu, Аl. (рису­нок 2) Такое же наиболее плотное заполнение пространства возможно при гексагональ­ной решётке, характерной для Zn и инертных газов. (рисунок 4)
Таким образом, химические вещества отличаются по физическим свойствам из-за различия структуры их кристаллических решёток.
I.3. Монокристаллы и поликристаллы.
Кристаллические тела могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристалл — твёрдое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решётку. Определённый порядок в расположении частиц распространяется на весь объем монокристалла. Упорядоченное внутреннее расположение частиц в монокристалле приводит к тому, что и его внешняя форма является правильной. Углы между внешними гранями монокристалла оказываются постоянными. К монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара, соды.
Однако в природе чаще встречаются кристаллические тела, в которых множество маленьких кристалликов срослись между собой - поликристаллы. Поликристалл — твёрдое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов. Примерами поликристаллов являются сахар — рафинад, а также такие металлические изделия, как вилки, ложки, колпаки автомобильных колёс и другие.
По своим свойствам монокристаллы отличаются от поликристаллов. Для большинства монокристаллов характерна анизотропия, то есть различие свойств по разным направлениям. У поликристаллов анизотропия существует только внутри каждого кристаллика, но в пределах всего тела обычно анизотропия не обнаруживается.
Итак, большинство кристаллических тел — поликристаллы, так как они состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы — монокристаллы имеют правильную геометрическую форму и их свойства различны по разным направлениям.
I.4. Применение кристаллов и их роль в современном мире.
Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.
Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; до сих пор, например, кристаллы кварца применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.
Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Полупроводниковые приборы изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия, которые используются в компьютерах и системах связи.
Кристаллы используются также в некоторых мазерах и в лазерах. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.
I.5. Этапы выращивания кристаллов.
Выращивание кристаллов, поистине увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и дешёвое, а также максимально безопасное. Тщательная подготовка и выполнение эксперимента по выращиванию кристаллов оттачивает навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы.
Для того чтобы кристаллы получились холодным способом как можно более красивыми и имели геометрическую форму необходимо приготовить чистый раствор.
Для этого требуется:
1) Использовать вещество с как можно более высокой степенью чистоты.
2) Использовать кипячёную (лучше дистиллированную) воду для раствора.
3) Обязательно необходимо профильтровать раствор после его приготовления.
4) Во избежание попадания пыли накрыть ёмкость с раствором листком бумаги.
Очень часто необходимо достать кристалл из раствора для каких-либо целей. Но никогда не следует брать 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 (желательно хромированный).
1. Приготовление перенасыщенного раствора.
Раствор готовят из горячей воды. Воду лучше брать дистиллированную, но можно и кипячёную. Химический стакан на половину объёма наполняют водой и небольшими количествами (~по 10г) добавляют соль. После каждой новой порции соли раствор тщательно перемешивают. После того, как вещество перестаёт растворяться, добавляют последние 10г вещества и перемешивают.
2. Фильтрация раствора.
Готовый раствор процеживают через фильтр, сделанный из обычной салфетки или бумаги во второй стакан, в котором и будет происходить рост кристалла. Стакан накрывают листком бумаги и ждут появления первых кристалликов в течение недели.
3. Выбор кристалликов для затравки.
Через неделю на дне стакана появляются первые кристаллики. Обычно они все имеют разную форму. Именно из них и отбираются те, которые больше нравятся и которые имеют более правильную форму. Эти кристаллики будут использованы в качестве затравки.
4. Выращивание крупных одиночных кристаллов.
Заранее приготовленный новый раствор переливают в чистый стакан и погружают туда затравку (кристаллик, привязанный на нити). Стакан накрывают бумагой и оставляют в темном месте. Уже через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос.
Для того, чтобы кристаллы получились горячим способом необходимо:
Приготовить перенасыщенный раствор соли в горячей воде, подогревая его на плитке. После внести в раствор затравку - подвешенный на ниточке кристаллик. Уже через неделю можно увидеть большое количества поликристаллов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляют в покое в течение недели. Потом опять готовят пересыщенный горячий раствор и в него опускают на нитке уже подросший кристалл. Такие процедуры повторяют несколько раз.
Выращивание кристаллов – это искусство. Поэтому получается не все сразу. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов.
II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ)

II.1. Экспериментальный опыт №1
Выращивание монокристаллов медного купороса холодным способом.
Оборудование: два стакана, ёмкость (например, чайник) с горячей водой, медный купорос, фильтр, воронка для фильтрации.
Ход работы:
1. Приготовление насыщенного раствора медного купороса.
Сначала готовится насыщенный раствор соли медного купороса. Для этого в стакан с тёплой водой насыпать немного порошка медного купороса и размешать. После полного растворения, ещё добавить немного порошка медного купороса. Так повторять несколько раз. Как только порошок перестанет растворяться и на дне образуется осадок, добавить последний раз и хорошо размешать. Таким образом, мы получили насыщенный раствор медного купороса (Рис.3).

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 3. Приготовление раствора
2. Фильтрация раствора.
Перелить его в чистую ёмкость такого же объёма через фильтр, сделанный из обычной салфетки или бумаги, избавившись при этом от примесей и излишек соли на дне (Рис.4).

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 4. Фильтрация
3. Появление первых кристалликов.
Стакан накрыть листком бумаги и подождать несколько дней до появления первых кристалликов.
4. Выбор кристалликов для затравки.
Через неделю на дне стакана и на ниточке появляются первые маленькие кристаллики разной формы. Из них выбираются кристаллики для затравки наиболее красивые и правильной, в виде ромба, формы (Рис.5). Также необходимо заранее приготовить новый насыщенный раствор медного купороса. Профильтровать его и опустить в этот раствор, привязанный на ниточке выбранный кристаллик медного купороса, так, чтобы он не касался стенок и дна сосуда. Накрыть стакан бумагой и оставить в тёмном месте.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 5. Затравка для выращивания монокристалла
5. Наблюдение за ростом и формой кристалла.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 6. Монокристалл медного купороса
Через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос (Рис.6). Чем дольше он остаётся в растворе, тем крупнее он вырастает. Но раствор со временем испаряется и если верхняя часть кристалла окажется в воздухе, это может испортить весь кристалл. Поэтому по мере необходимости нужно добавлять раствор.
II.2. Экспериментальный опыт №2
Выращивание поликристаллов медного купороса горячим способом.
Оборудование: два стакана, ёмкость (например, кастрюля) с горячей водой, плитка, медный купорос, фильтр, воронка для фильтрации.
Если начальная концентрация раствора очень велика, то вырастает множество сросшихся кристаллов, которые называют - поликристаллы. Выращивание поликристаллов — один из самых быстрых способов выращивания кристаллов. Если выращивание одиночных кристаллов занимает много времени (месяц) и рассчитано на постепенный, правильный рост кристаллов, то выращивание поликристаллов гораздо легче, потому что оно ориентируется на быстрое, хаотическое выпадение кристаллов.
Ход работы:
1. Приготовление перенасыщенного раствора медного купороса.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 7. Приготовление раствора медного купороса горячим способом.
Сначала необходимо приготовить перенасыщенный раствор медного купороса в горячей воде, нагревая 150мл воды (полстакана) и 100г медного купороса на плитке (Рис.7).
2. Внесение затравки в раствор.
В качестве затравки можно использовать гранулы или кристаллики медного купороса (Рис.5). Привязать затравку на нити к карандашу и опустить в раствор, не касаясь дна и стенок сосуда.
3. Наблюдение за ростом и формой сросшихся кристаллов.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 8. Поликристаллы медного купороса
Через несколько дней можно увидеть большое количество кристалликов на нити, на затравке и на дне стакана. Затем через неделю нужно нитку с кристаллами достать и приготовить пересыщенный горячий раствор. После охлаждения в него вновь опустить нитку с уже подросшими кристаллами и оставить на неделю. Эту процедуру повторить несколько раз.
Поликристаллы медного купороса быстро растут. Среди сросшихся кристалликов медного купороса можно различить участки монокристаллов ромбической формы.
II.3. Экспериментальный опыт №3
Выращивание кристаллов для создания светильника
Оборудование: готовый купленный светильник, клей момент, акриловый лак или любой бесцветный лак.
Ход работы:
Выращиваем монокристаллы холодным способом и поликристаллы горячим способом для основы светильника. Чтобы предохранить кристаллы от разрушения, необходимо покрыть его бесцветным лаком. Далее на готовую купленную основу светильника (Рис.9), с помощью клея момента, закрепить выросший кристалл.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 9. Основа для светильника из выращенных кристаллов.
Светильник готов, далее можно использовать его в украшении интерьера комнаты.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 10. Светильник из выращенных кристаллов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выращивание кристаллов — процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен.
К сожалению, есть некоторые особенности их хранения. Кристаллы на воздухе начинают тускнеть, могут уменьшаться в размерах и даже разрушаться. Чтобы предохранить кристаллы от разрушения, можно покрыть их бесцветным лаком.
В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Украшения из кристаллов и сейчас также популярны. Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Кроме того, кристаллы можно выращивать из раствора. Это удивительное свойство кристаллических тел!
Были изучены методика по выращиванию монокристаллов холодным способом и методика создания поликристаллов горячим способом, а также узнали, что в домашних условиях получить кристаллы можно из насыщенных растворов солей.
Эксперименты показывают, что если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл - монокристалл, если быстро – то множество мелких — поликристаллов. Также опыты показали, что правильность формы монокристалла зависит от насыщенности и чистоты раствора, от температуры и времени охлаждения раствора.
Полученные нами кристаллы можно использовать, например, для украшения интерьера или для создания светильника. Также полученные кристаллы можно дарить в качестве сувениров и подарков, сделанных своими руками.
Рекомендуемая литература для выполнения данного проекта:
1. Учебник Физика 10 класс Классический курс Авторы: Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Соцкий; Москва, Просвещение, 2009.
2. Учебник Физика 10 класс Автор: В.А. Касьянов; Дрофа, Москва, 2003
3. Интернет — ресурсы:
- School-collection.edu.ru
- Class-fizika.narod.ru
- www.fizika.ru
- http://fiz.1september.ru