Проектная работа по химии на тему: «Удивительный мир кристаллов» для учащихся 9-11 классов

«В глубине Великого Кристалла»
Руководитель: учитель химии Леденева Е.В.
«Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы» А.Е. Ферсман
Форма кристаллов
Существуют особые формы кристаллов: иглы, перья, ветки, цветы, деревца и т.п. Примерами таких причудливых кристаллов служат всем известные ледяные узоры на окнах.
Кристалл – это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Конечно, мы все обращали внимание на бесконечное разнообразие снежинок. Еще в 17 веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую
Происхождение слова «кристалл»Слово «кристалл» звучит почти одинаково во 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», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. Полагали, 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.
Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 в. поэты нередко соединяли воедино эти образы: Едва прозрачный лед, над озером тускнея, Кристаллом покрывал недвижные струи.
А.С.Пушкин. К Овидию
Формы кристаллов могут быть самыми разнообразными
Образование кристаллов в природеНахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк - кристаллы. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза, витамины, мелиновая оболочка нервов
- это кристаллы.
Минеральные кристаллы образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.
Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
Природа продолжает преподносить нам сюрпризы, создавая все новые чудеса. Совсем недавно, в 2000 году, в мексиканской пустыне Чихуахуа была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы, которые когда-либо создавала природа (рис.5). Мегакристаллы селенита были сформированы гидротермальными жидкостями, исходящими от пещер, расположенных ниже.
В горе Найса на глубине 300 метров, в рабочей шахте, где велась добыча цинка, серебра и свинца, шахтеры совершенно случайно обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы селенита. Эти невероятно красивые образования, созданные природой, образуют три полости, которые получили поэтические названия «Глаз Королевы», «Пещера Парусов» и «Стеклянная пещера».
Это самые большие из известных на сегодня природных кристаллов – полупрозрачные лучи неимоверной длины до 15 метров, диаметром 1,2 метра, весом не менее 55 тон каждый – волшебно-причудливым образом переплетены между собой и создают в пещере неимоверной красоты пейзаж. Но полюбоваться этой красотой непросто. Попасть в пещеру без специального обмундирования и оборудования невозможно без риска для жизни. Температура воздуха там составляет около 50 градусов Цельсия, а влажность – практически 100%! Даже в специальном костюме находиться в этих пещерах можно не очень долго – около часа.
Но, особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни. Алмаз! С этим словом ассоциируется представление о несравненном блеске и непревзойденной твердости. Со вторым свойством связано название минерала, которое происходит или от арабского слова «алмас» – твердейший, или от греческого «адамантос»–несокрушимый.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Для получения кристаллов вначале приготовляли пересыщенные растворы медного купороса и поваренной соли, которые отфильтровывали и затем остужали. Через несколько дней на дне сосудов появлялись небольшие кристаллики. Выбранные кристаллы более правильной формы, мы помещали в сосуды с пересыщенным раствором этих же солей. При этом сосуды оставлялись нами на несколько дней в местах, где была создана комнатная температура
В результате проведенной работы, опытным путем, нами было установлено влияние времени охлаждения насыщенных растворов на вид и форму кристаллов. Полученные кристаллы медного купороса имели триклинную форму. Кристаллы поваренной соли характеризовались гранецентрированной кубической решеткой.
Наши результаты:
Характеристики Монокристалл Поликристалл (друза)
Насыщенность раствора насыщенный пересыщенный
Чистота раствора практически
без примесей допускается небольшое наличие примесей
Скорость охлаждения раствора Медленная Средняя
Время образования (роста) кристалла 8-10 часов при н.у 48-56 часов при н.у
Наличие затравки Не обязательно обязательно
Так же нами были выращены кристаллы хромата и дихромата калия и салициловой кислоты, с целью эстетического наслаждения.
Применение кристаллов в промышленности
Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют. Например, фианиты – их название происходит от сокращения ФИАН – Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты – искусственные кристаллы, которые внешне очень похожи на бриллианты
РезультатыВыращивание кристаллов – очень интересный и увлекательный процесс.
К сожалению, в данном процессе присутствует элемент случайности. Вроде и раствор насыщенный, и охлаждается медленно, а кристалл не образовывается, или готовишь новый раствор для бóльшего роста кристалла, а утром видишь, что кристалл не только не стал больше, но и совсем растворился … Тем не менее, можно выделить общие признаки роста кристаллов.
Во-первых, чем насыщеннее раствор, тем быстрее вероятность образования кристалла. Чем лучше отфильтрован раствор, тем больше вероятность образования монокристалла, т.к. примеси, оставшиеся в растворе, служат дополнительными центрами кристаллизации. Если раствор охлаждать недостаточно медленно, то это, с большой долей вероятности, приведет к образованию друзы (сростка кристаллов), т.к. его молекулы не успеют построить правильный кристалл. А при слишком резком охлаждении образуется аморфное (стеклообразное) состояние вещества.
Заключение Проводимой работой, реализуя свой интерес к устройству окружающих нас предметов, мы развивали свое логическое мышление, и расширяли свой политехнический кругозор, т.к. пробовали самостоятельно получать знания и пользоваться ими, что естественно побуждало в нас стремление к знаниям, интерес к предмету и любовь к природе.
Список используемой литературы1. Крапивин В.П. В глубине Великого кристалла.
2. Минералы. Сокровища Земли. Еженедельное издание №1-№70, 2009-2011 г. Де Агостини.
3. Шаскольская М.Л. Кристаллы, М.: Наука, 1985 г.
4. Кантор Б.З. Минерал рассказывает о себе, М.: Недра, 1985 г.
5. Ольгин О., Опыты без взрывов, М.: “Химия”, 1995 г.
6. Стёпин Б. Д., Аликберова Л.Ю., Книга по химии для домашнего чтения, М.: Химия, 1994г.
7. Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии, М.: Просвещение, 1995г.