Научно-исследовательская работа Удивительный мир кристаллов

Конкурс научных проектов школьников в рамках краевой
научно-практической конференции «Эврика»
Малой академии наук учащихся Кубани
Секция « Химия»
«Удивительный мир кристаллов»

Автор исследовательской работы: 
 Тамасян Юлия
4 класс
МБОУ СОШ №9
Абинский район с. СветлогорскоеРуководитель исследовательской работы: 
учитель начальных классов
 Ваганова Вероника Игоревна
МБОУ СОШ №9
Абинский район с. СветлогорскоеКраснодар
2017
Цель моего исследования – изучение процесса выращивания кристаллов для детей. Задачи:1. С помощью взрослых найти информацию о кристаллах.2. Выбрать вещество, из которого можно вырастить кристаллы.3. В ходе исследовательской работы о выращивании кристаллов проследить за ростом кристаллов из соли, а также из медного купороса.
Гипотеза моего исследования: можно ли вырастить кристаллы дома?
В своей исследовательской работе о кристаллах я изучу информацию о существовании кристаллов в пещерах, процессе выращивания кристаллов дома из соли и медного купороса, обозначу этапы выращивания и в итоге планирую получить свои собственные кристаллы.
План моего исследования:- Узнать, что такое кристалл;- Вырастить кристалл.
Теперь перейдем непосредственно к содержанию нашей исследовательской работы и проследим ход исследования.
Содержание
Вступление
Кристаллы в пещерах
Выращивание кристаллов охлаждением насыщенного раствора
Выращивание кристаллов удалением воды из насыщенного раствора
Выращивание кристаллов из соли и медного купороса
Подготовительный этап выращивания кристаллов
Приготовление концентрированных растворов
Затравка для кристаллов
Рост кристаллов
Итог: этапы выращивания кристаллов
Литература по выращиванию кристаллов
Вступление
У меня есть несколько энциклопедий, которые я люблю читать. Однажды я увидел фотографии очень красивых кристаллов. Мне стало интересно: что же представляют из себя кристаллы, как они появляются, можно ли их вырастить в домашних условиях.
Цель исследования: исследовать возможность выращивания кристаллов в домашних условиях.
Задачи исследования:        
изучить литературу по данному вопросу;
вырастить кристаллы в домашних условиях;
проанализировать полученные результаты.
Методы исследования:
-Накопление теоретического материала.
-Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов
-Анализ полученных результатов исследования.
Гипотеза исследования: возможно выращивание кристаллов в домашних условиях.
Объект: процесс выращивание кристаллов.
Предмет исследования: возможность выращивания в домашних условиях.
Кристаллы в пещерах
Cлово кристаллы впервые я услышала от своей мамы.Однажды по телевизору я увидела пещеру с необычными камнями они были прозрачными и имели остроконечную форму. Мне стало интересно, и я и захотела узнать, что такое кристалл.



Выращивание кристаллов охлаждением насыщенного раствора
Оказывается, кристаллы можно делать дома. Вся моя семья в этом участвовала.
Выращивание кристаллов производят разными способами.Например, охлаждая насыщенный раствор соли или раствор медного купороса.
С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок.
Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы.
При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее.
Правильных по форме кристаллов при этом не получится, ведь их растёт множество и они мешают друг другу, как несколько паркетчиков, работающих в одной комнате.
Выращивание кристаллов удалением воды из насыщенного раствора
Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора.
И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат.Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок — вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).
Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок.
Раствор со временем испаряется и если верхняя часть кристалла окажется на воздухе, то это может испортить весь кристалл. Для того, чтобы этого не произошло, добавляйте раствор по мере необходимости.
Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу.
Например, превратится в кристалл октаэдр (многогранник), если используете соль хромокалиевых квасцов, кристалл ромб — если используете медный купорос.
Выращивание кристаллов из соли и медного купороса
Мы выбрали для нашей исследовательской работы выращивание кристаллов из соли, а также из медного купороса.
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. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.
Форма кристаллов одной и той же соли зависит от многих факторов:1)Если начальная концентрация сильно высокая, то у вас вырастет друза (сросшиеся кристаллы).2)В течение всего времени роста кристалла желательно поддерживать одну и ту же температуру, т. к. даже незначительные перепады способны повлиять на его форму.3)Если раствор будет недостаточно чистым или в него попадёт пыль, то это может существенно повлиять на форму кристалла.4)Очень часто необходимо достать кристалл из раствора для каких-либо целей (сменить раствор, например).
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 (желательно хромированный).У кристаллов есть своя особенность, кристаллы должны быть гладкими и прозрачными, как стекло.
Однако, при частом прикасании к кристаллу, хранении на открытом воздухе, на свету, мы наблюдаем его помутнение: кристалл выветривается, т.е. теряет, всегда входящую в его состав воду.Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком.
Медный купорос и поваренная соль — более стойки и Вы смело можете с ними работать.Выращивать кристаллы можно из разных веществ: например из сахара, даже каменные — искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).
Подготовительный этап выращивания кристаллов
В домашних условиях, конечно, всего этого у нас не получится, поэтому поступим другим образом.Ну что ж, приступим!
Выращивание кристаллов соли
Будем выращивать кристаллы обычной пищевой соли, а также кристаллы медного купороса.
Подойдёт и любая другая соль (соль — с химической точки зрения).
Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий).
Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий.
Выращивание кристаллов медного купороса
Для того, чтобы сделать красивый кристалл синего цвета, необходим медный купорос.
Моя бабушка использует его у себя в огороде, для того, чтобы защитить фрукты и овощи от микробов.
Также у всех у нас есть дома обычная пищевая соль, которую мы принимаем в пищу. Её также можно назвать и каменной — всё одно и то же.
Для выращивания кристаллов нам понадобятся небольшие банки, в них нужно будет наливать растворы соли и медного купороса.
Приготовление концентрированных растворов
Сначала приготовим как можно более концентрированные растворы пищевой соли и медного купороса, внося соль в сосуд с водой, - до тех пор, пока очередная порция соли не перестанет растворяться при перемешивании.
Конечно, в идеальном варианте, если вода не будет содержать растворённых солей (т.е. дистиллированная), но в нашем случаем можно воспользоваться и водопроводной.Оставим минут на 5, предварительно помешав.
После этого слегка подогреем смесь, чтобы добиться полного растворения соли.
Для этого сосуд с раствором поставим в миску с теплой водой.За это время стакан с водой нагреется, а соли растворятся. Желательно, чтобы температура воды пока не снижалась.
Затем добавим ещё соль и снова перемешаем. Повторять этот этап необходимо до тех пор, пока соль уже не будет растворяться, и будет оседать на дно стакана.
Мы получили насыщенный раствор. Помните, что раствор должен быть насыщенным, то есть при приготовлении раствора на дне стакана всегда должна оставаться соль (на всякий случай).
Для сведений: в 100г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт.
ВНИМАНИЕ!
Концентрированный раствор медного купороса не должен попадать на руки, поэтому используйте перчатки.
Раствор нельзя пить.
Если раствор попадет на руки, промойте это место под краном с водой.
Не допускайте попадания в глаза.
Если попадет в глаза, - промойте под водой и обратитесь к врачу.
Затравка для кристаллов
Профильтруем насыщенный раствор через марлю в новый стакан.
Чтобы не произошла преждевременная кристаллизация, стакан для фильтрата должен быть горячим, поэтому перед фильтрованием его необходимо ополоснуть горячей водой.
Переливаем его в чистую ёмкость такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне.Теперь выберем крупный и хорошо сформированный кристаллик и привяжем его к нитке.
Кристаллик послужит затравкой. Привяжем второй конец нитки к бамбуковой или стеклянной палочке и опустим затравку в раствор, так чтобы затравка находилась посередине банки и не касалась стенок.
После, того, как вы поместите в банку затравку, ее нельзя двигать.Если в начальной стадии эксперимента у вас растворилась затравка, значит, раствор не был насыщенным.

Во-первых, исходный раствор мог недостаточно долго контактировать с кристаллами и не успел стать насыщенным.
Во-вторых, растворимость медного купороса растет с температурой.Если вы приготовите насыщенный раствор и опустите в него кристаллик, а потом в комнате потеплеет, растворимость возрастет, и затравка может раствориться.
В любом случае, добавьте в раствор еще несколько ложек купороса, перемешайте его, и дайте постоять (а потом снова профильтруйте).
Рост кристаллов
Сосуд с раствором поставим в открытом виде в теплое место.
Следует следить за ростом кристалла каждый день, ни в коем случае не поднимая, не поворачивая и не сотрясая стакан с раствором, иначе эта встряска породит в системе незапланированную, иногда мгновенную кристаллизацию.
Все, что остается - ждать.Через несколько дней рост кристалла будет виден визуально.У нас образовался кристалл медного купороса в форме круга диаметром 2 см.
Кристалл поваренной соли оказался немного меньше - 1 см. и в виде прямоугольника.

Кристаллы опять аккуратно опустили обратно в банки и через достаточно непродолжительное время кристаллы медного купороса и соли заметно выросли, причем кристаллы медного купороса были значительно больше кристаллов поваренной соли.В результате эксперимента на дне банки с медным купоросом образовалось много мелких кристаллов, которые мы вынимаем.
Для нескольких из них готовим дополнительный раствор и так же помещаем в него кристаллы и через некоторое время у нас вырастают такие же большие кристаллы.
Кристаллы росли на любой поверхности, которая соприкасается с раствором, а не только на ниточке.
После того, как я показала первые результаты своих исследований в классе, некоторые мои одноклассники заинтересовались этой работой и тоже стали выращивать кристаллы.
Проделанная работа позволила мне сделать следующие выводы:
Кристаллы – это твердые тела, которые растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара.
Вырастить кристаллы в домашних условиях, возможно, что подтверждает мою гипотезу.
Самым доступным и безопасным будет выращивание кристаллов и соли, так как мы употребляем эти вещества в пищу и используем ежедневно в быту.
Кристаллы медного купороса растут гораздо быстрее, чем кристаллы соли. Я не знаю, почему это так происходит. Возможно, я продолжу свои исследования в данном направлении.
Литература по выращиванию кристаллов
1. А. Китайгородский «Кристаллы».2. Ю.К.Егоров-Тисменко, Г.П.Литвинская «Теория симметрии кристаллов»
( Под редакцией В.С.Урусова)3. Стемпень М.Г. «Кристаллы. Удивительное рядом»