практическая работа

1.3 Опыты по выращиванию кристаллов

Цель: получить насыщенный раствор поваренной соли.

Оборудование: соль, вода, стакан.

Ход работы:

Приготовил ёмкость-стакан отмерил две части воды и одну часть поваренной соли. Попросил взрослого нагреть мне две части воды. Залил горячей водой одну часть поваренной соли в стеклянный стакан и помешивал до тех пор, пока она не перестала растворяться. В стакане растворилась только часть соли. Дальнейшие добавки соли у меня не растворялись и легли на дно стакана в виде осадка. Когда соль совсем перестала растворяться я слил получившийся раствор в другой стакан, чтобы на дно стакана с раствором не попало ни одной крупинки.

Вывод: я получил насыщенный раствор для опыта.

Цель: выращивание кристаллов.

Оборудование: два стакана: стакан №1 с насыщенным раствором поваренной соли, стакан №2 со слабым (ненасыщенным)раствором поваренной соли, две нитки с кристалликами- «затравками».

Ход работы:

Помещаем в каждый стакан нитки с кристалликами- «затравками и начинаем вести наблюдение.

Дневник наблюдений:

1. Что происходит в стакане № 1, определить пока трудно.

2. В стакане № 2 происходит процесс растворения кристалла - «затравки», так как в стакане находится ненасыщенный раствор соли.

1. В стакане № 1 идет процесс кристаллизации.

2. В стакане № 2 кристалл-«затравка» растворился, то есть закончился процесс растворения.

3. Понижение уровня раствора в стаканах связано с испарением воды.

1. Испарением воды продолжается.

Выводы: 1. В стакане № 1 идет процесс кристаллизации.

2.В обоих стаканах испарение воды продолжается.

3.В стакане №2 тоже начался процесс кристаллизации, но позднее, когда раствор стал насыщенным, и выразился в образовании налёта на стенках стакана.

1. Стакан № 1. Прошёл процесс кристаллизации, выразившийся в образовании кристалликов на нитке и на стенках стакана.

2. Стакан № 2. Образование кристалликов на стенках стакана.

Общие выводы:

1.Поваренная соль состоит из кристаллов.

2.При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются.

3.Быстрее всего кристаллы соли могут образовываться в насыщенном растворе поваренной соли.

4.По мере того как вода испаряется, соль снова образует кристаллы.

5.В домашних условиях можно вырастить кристаллы при необходимых условиях. Условиями образования кристаллов соли в домашних условиях являются:

А) наличие насыщенного солевого раствора;

Б) ниточки с затравкой.

Кристаллизация растворов на примере выращивания кристаллов поваренной соли

Опыт 1. Цель: изучить строение соли путем рассматривания её под лупой. Оборудование: лупа, щепотка соли. Ход работы: Щепотку соли насыпал на блюдце, поднес лупу к соли и увидел мелкие кристаллики. Вывод: поваренная соль состоит из кристаллов...

В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы. Значительная часть минеральных видов произошла путем кристаллизации из водных растворов...

Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов

Существенный вклад в решение вопросов о механизме роста кристаллов внесли разработанные теории роста идеальных кристаллов. В конце XIX в. американским физиком Дж. Гиббсом (1839-1903), французским физиком П. Кюри и русским кристаллографом Г.В...

Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов

При различных отклонениях от идеальных условий кристаллизации (например, в вязких, загрязненных или сильно пересыщенных средах) вырастают экзотические образования. Опыт показывает...

Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов

Нарушение правильности в расположении частиц, слагающие структуры реальных кристаллов, т.е. отклонения от их идеальной структуры, порождают дефекты. Для исследователя дефект - это источник информации о событиях, произошедших с кристаллом...

Лавуазье – один из основателей научной химии

Одна из первых по времени, наиболее важных работ Лавуазье посвящена решению вопроса, можно ли воду превратить в землю. Вопрос этот занимал в то время многих исследователей и оставался нерешённым, когда к нему приступил Лавуазье...

Микрокристаллоскопия

При малых концентрациях искомого иона (микрокомпонента) осадок может не образоваться. В этом случае можно добавить подходящий ион (макрокомпонент), который будет реагировать с реактивом...

Большинство природных или технических твёрдых материалов являются поликристаллическими, т.е. они состоят из множества отдельных, беспорядочно ориентированных, мелких кристаллических зёрен, иногда называемых кристаллитами...

Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов

Никто не видел, как образуется зародыш кристалла в растворе или расплаве. Можно высказать предположение, что беспорядочно движущиеся атомы или молекулы случайно могут расположиться в таком порядке...

Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов

Развитие науки и техники привело к тому, что многие драгоценные камни или просто редко встречающиеся в природе кристаллы стали очень нужными для изготовления деталей приборов и машин, для выполнения научных исследований...

Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов

Рассматривая различные кристаллы мы видим, что все они разные по форме, но любой из них представляет симметричное тело. И действительно, симметричность - это одно из основных свойств кристаллов. Симметричными мы называем тела...

Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов

Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое синтезированное им вещество холестерилбензоат, он обнаружил, что при температуре 145°С кристаллы этого вещества плавятся, образуя мутную...

Описание, изложение, образование кристаллов и структура свойств в области применения кристаллов

В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические. Нематические кристаллы. В молекулах, имеющих ярко выраженную анизотропную форму...

Определение аскорбиновой кислоты в реальном препарате

Для анализа мною было сделаны опыты, которые описывают два метода: йодометрия и кулонометрия. 1) Йодометрия. Аскорбиновая кислота (витамин C, C6H8O6, ниже обозначается как AscH2) - слабая кислота, которая диссоциирует по двум ступеням: AscH2 AscH? + H+ Ka1 = 6...

Процесс выращивания кристаллов

Существует три способа образования кристаллов: кристаллизация из расплава, из раствора и из газовой фазы. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды (ведь вода - это расплавленный лёд)...

Цель работы :наблюдение за процессом роста кристалла хлористого натрия и сравнение полученных кристаллов с моделями кристаллических решеток,проверить анизотропию прочности путем раскалывания.

Ход работы:

Чтобы вырастить кристаллы в домашних условиях,нужно приготовить перенасыщенный раствор соли.В качестве исходного вещества выбрали соль,которые использует человек очень часто, это поваренная соль.

Налила в стакан горячей воды и посыпала в него поваренную соль,все время помешивая.Сыпала до тех пор,пока соль не перестала растворяться и на дне образовался осадок,не исчезающий при помешивании.Затем взяла кусочек тонкой проволоки и обмотала его шерстяной ниткой.На стакан сверху положила палочку и к ней подвесила обмотанную проволочку на нитке.Рассол постепенно остыл,потом вода из него начала испаряться.Через три дня (можно дольше) вытянула проволочку.Соль осела на шерстинках маленькими правильными кубиками.

Нужно периодически измерять размеры некоторых граней.Грани кристалликов изменяют свои размеры,они растут,углы между соответственными гранями остаются постоянными.

Сравнили формы полученных кристаллов с формами моделей кристаллических решеток. У поваренной соли NaCl грани должны иметь форму квадратов,а кристаллы –кубов.Выращенный кристалл соответствует этим требования

Вывод

Выбрала наиболее удобный, приемлемый способ выращивания кристаллов в домашних условиях и вырастила кристаллы поваренной соли.По мере роста кристаллов проводила наблюдение. Сравнила формы полученных кристаллов с формами их кристаллических решеток,они соответствуют формам кристаллам-кубам.

Силы притяжения,возникающие между плоскостями состоящие только из одного типа ионов Na+ или Cl-(образующие грани октаэдра) в пять раз больше чем между плоскостями параллельными граням куба,в каждом из которых лежат и те и другие ионы, и Na+,и Cl- .Вот почему кристалл Na Cl гораздо легче расколоть по плоскостям куба,чем по плоскостям октаэдра.Поэтому он и кристаллизуется,образуя кубы.Кристалл фактически состоит из ионов противоположных знаков.

Заключение

Монокристаллы - твердые тела,частицы которых образуют единую кристаллическую решетку.

Внешняя форма монокристаллов одного вида может быть различной,но углы между

соответствующими гранями у них остаются постоянными.Это закон постоянства углов сформулировал французский естествоиспытатель Ж.Б.Роме де Лиля.Он сделал важный вывод: правильная форма кристаллов связана с закономерным размещением частиц, образующих кристалл.Монокристаллами являются большинство минералов.Однако крупные природные монокристаллы встречаются довольно редко.В настоящее время многие монокристаллы выращиваются искусственно.

Кристаллы характеризуются наличием значительных сил межмолекулярного взаимодействия.. Силы взаимодействия между атомами в кристаллах по разным направлениям неодинаковы Силы притяжения,возникающие между плоскостями образующие грани октаэдра в кристаллах поваренной соли состоящих из ионов одного типа,в пять раз больше,чем силы между плоскостями,параллельными граням куба,в каждой из которых лежат и те и другие ионы,и Na+,и Cl-.В этом можно проследить действие закона анизотропии..Суть его в том, что многие свойства твердых тел зависят от направления,в котором эти свойства измеряются.Мы исследовали анизотропию прочности на поваренной соли. Если кристаллы поваренной соли,имеющие кубическую форму,раскалывать,то мелкие осколки будут иметь преимущественно форму прямоугольных параллелепипедов. Это значит,что в направлениях, параллельных граням,прочность кристалла поваренной соли гораздо меньше,чем в диагональных и других направлениях. Исследовать другие физические свойства мы не смогли из-за ограниченности приборов и материалов.Например,теплопровдность кристалла,измеренная в различных направлениях,может оказаться неодинаковой.Она будет одинаковой лишь в параллельных и симметричных направлениях. То же можно сказать об электропроводности,твердости, и других свойствах.Иначе говоря,симметрия внешней формы сопровождается и симметрией физических свойств кристаллов.

МОУ «Печниковская СОШ»

Каргопольского района

Архангельской области

Научно-практическая работа

«Кристаллы. Выращивание кристаллов».

Выполнили учащиеся 8 класса

Научный руководитель

учитель физики

Колегичева М.А.

Печниково

1. 
   Введение. Что мы знали о кристаллах? 3
   1. 
      1.1. Актуальность работы
   2. 
      1.2. Цель и задачи работы
   3. 
      1.3. Практическое значение работы

1. 
   Литературный обзор
   1. 
      2.1. Что такое кристаллы 3
   2. 
      2.2. Структура кристаллов 4
   3. 
      2.3. Кристаллы во Вселенной 4
   4. 
      2.4. Применение кристаллов 4
   5. 
      2.5. Кристаллы льда и воды 5
2. 
   Практическая часть

3.2.Выращивание кристаллов воды 6

1. 
   Выводы 6

Введение. Что мы знали о кристаллах?
Кристаллы… да ведь это красивые редко встречающиеся камни. Они бывают разных цветов, в большинстве своём прозрачны, и, что самое замечательное, они обладают красивой правильной формой. Обычно кристаллы представляют собой многогранники, стороны (грани) их идеально плоские, рёбра строго прямые. Они радуют глаз чудесной игрой света в гранях, удивительной правильностью строения…

Всё сказанное действительно справедливо, но… кристаллы – совсем не музейная редкость. Кристаллы окружают нас повсюду. Твёрдые тела, из которых мы строим дома и делаем станки, вещества, которые мы употребляем в быту, – почти все они относятся к кристаллам.

Современная наука стремится познать новое, заглянуть за пределы Вселенной, разгадать тайны микромира. Но, за великими целями забывается то, что находится рядом, без чего мы не можем обойтись, и используем каждый день. Актуальность работы заключается в том, чтобы находить интересное и необычное рядом, в том, что доступно для наблюдения и изучения, не требует особых усилий и затрат. Например, соль. Соль, которая есть на каждом столе, в каждом доме, известная и знакомая, непознанная и таинственная! Или снег. Снег, который лежит у нас под ногами.

Цель работы:

научиться выращивать кристаллы в домашних условиях.

· выяснить, что такое кристаллы и где они встречаются;

Литературный обзор.

1. 
   Что такое кристаллы

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. Например, А.С.Пушкин в своем произведении «К Овидию» писал:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея,

Кристаллом покрывал недвижные струи.

1. 
   Структура кристаллов

Трёхмерно-периодическую пространственную укладку назвали кристаллической решёткой.

Основная особенность кристаллической структуры заключается в её повторяемости через строго одинаковые расстояния. Кристаллические решётки очень разнообразны. Однако свойства, общие для всех кристаллов, безупречно объясняются решетчатым строением кристаллов.

Кристаллы во Вселенной

В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в озерах, морях и океанах, в доменных печах, в аппаратах химических заводов, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых организмах - везде встречаем мы кристаллы. Многие кристаллы –продукты жизнедеятельности организмов. Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образуется жемчуг. Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. Нет такого места на Земле, где бы не было кристаллов, где бы не происходили все время возникновение, рост и разрушение кристаллов. Метеориты, посланцы из звездного мира, тоже состоят из кристаллов. В космических пришельцах - метеоритах - встречаются кристаллы, известные на Земле, и кристаллы минералов, на Земле не встречающихся.

1. 
   Применение кристаллов.

• 
  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; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.
• 
  Кристаллы- основа множества современных устройств: компьютеров, генераторов и приёмников излучений, устройств магнитной записи, бытовой электроники, солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, для лазерной техники и т.п.
• 
  Кристаллические порошки (соль,сахар, лекарства, минер удобрения,взрывчатые вещества и др) широко применяются в пищевой, фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве, металлургии и др. областях
• 
  Искусственные кристаллы. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природных условиях. До 20 в. такие попытки были безуспешны. Но в 1902 удалось получить рубины и сапфиры, обладающие свойствами природных камней. Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды, а в 1955 фирма «Дженерал электрик» и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов, которых в природе вообще не существуют. Например, фианиты – их название происходит от сокращения ФИАН – Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты – кристаллы кубического оксида циркония ZrO2, которые внешне очень похожи на бриллианты.

Кристаллы льда и снега

Кристаллы замершей воды, т.е. лед и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и круглый год) покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл, он состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелкие, и все срослись вместе. Иногда эти кристаллы можно различить в тающем льду, например, в льдинках весеннего ледохода на реке. Тогда видно, что лед состоит как бы из "карандашиков", сросшихся вместе, как в сложенной пачке карандашей:

Ледяные иголочки достигают длины в 1-2см, а иной раз доходят до 10-12см.

В морозные дни, когда солнце еще не успело уничтожить следы ночных заморозков, деревья и кусты покрыты инеем. На ветках видны пучки тонких шестигранных иголочек - кристалликов льда. Сказочным богатством кристаллов, хрустальным нарядом украшен лес. Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала.

Морозные узоры на оконных стеклах - это, по сути, то же самое, что и иней, который образуется на земле и на ветвях деревьев. Механизм образования инея и этих узоров одинаков.

Узоры на стеклах появляются в связи с образованием кристаллов из переохлаждённых капель воды.

Качество и вид получившегося рисунка зависит от влажности воздуха, разницы и перепадов температуры внутри и снаружи, поверхности стекла, направления, силы и скорости ветра. Именно поэтому рисунки получаются всегда разными и не похожими один на другой.

Ученые насчитали огромное количество видов ледяных узоров. Очень часто встречаются узоры - дендриты и трихиты. Дендриты на окнах вырастают в виде древовидных форм. В свою очередь ледяные узоры - трихиты выглядят в виде волокнистых образований.

Узоры дендриты появляются на окнах при условии - высокой влажности и положительной температуры внутри помещения. Сначала на стеклах появляется тонкая пленка воды, а затем происходит кристаллизация. Так как в нижней части на окнах толщина пленки воды больше, то здесь происходит образование ледяных " деревьев ". А вот при недостатке влаги на окнах появляются миниатюрные дендриты

На острых краях стекол, где частенько образуются сколы и трещины как правило образуются узоры трихиты. В большинстве случаев как основное волокно, так и прилегающие к нему тонкие полоски инея слегка изогнуты.

Практическая часть

1.Выращивание кристаллов поваренной соли

Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами. Труды исследователей не пропали даром, и были найдены способы выращивания больших кристаллов сотен веществ, многие из которых не имеют природного аналога. В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе – из раствора, расплава или из паров. Самые простые опыты по выращиванию кристаллов можно провести с поваренной солью.

Самые простые опыты по выращиванию кристаллов можно провести с поваренной солью. Что мы и сделали.

Мы сделали насыщенный раствор поваренной соли: для этого в теплую воду добавляли соль и перемешивали до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно кружки. Опустили в кружку шерстяную ниточку и поставили в теплое место.

Кристаллы соли начали свой рост. Соль образовалась даже на кружке с внешней стороны, но это было мало похоже на кристаллы. Красивые кристаллы образовались на ниточке и на дне кружки

Кристаллы можно вырастить, взяв затравку. т.е небольшой кристалл и привязав его к ниточке, опустить в раствор соли.

Кристаллы соли можно вырастить и на веточках лиственницы. Для этого их нужно опустить в раствор соли и затем через некоторое время вынуть и дать обсохнуть. На веточках образуется кристаллический иней из соли. Эти веточки можно применять для составления букетов.

2. Выращивание кристаллов льда

Опыт 1 . В небольшое глубокое чайное блюдце налить воды. Блюдце поставить в снег. Через некоторое время температура воды станет равной 0°С, но вода будет отдавать теплоту и дальше. Теряя тепло, вода при 0°С в блюдце начнёт замерзать. На поверхности воды появятся прозрачные, вытянутые в длину игольчатые кристаллы льда. Появившись по отдельности, они быстро соединяются в группы и дадут твёрдую корочку льда на поверхности воды. При рассмотрении в лупу кристаллы льда имеют форму сильно удлинённых шестиугольных призмочек. Между ними много шестилучевых "звёздочек". Это иголочки, сложившиеся в прихотливую группу и образовавшие тонкое строение звёздочки. Увеличиваясь и разрастаясь, ледяные иголочки встречаются одна с другой, ветвятся. Так образуются узоры мороза на стеклах окон. Для образования дендритов необходимо быстрое охлаждение.

Опыт 2 . На небольшое чистое стёклышко поместить большую каплю воды. Сильно охладить стёклышко, прижав его к снегу или охладительной смеси. Замерзая, капля воды даст прекрасные кристаллы в виде разнообразных звёздочек. Такие кристаллические звёздочки образуются в капельках воды, унесённых движением воздуха на значительную высоту. В холодное время года звёздочки-снежинки падают вниз и достигают земли. Мы говорим: "Идёт снег".
Выводы. Итак, в ходе работы мы больше узнали о кристаллах, выяснили, что вокруг нас много интересного и необычного, и это доступно для наблюдения и изучения, не требует особых усилий и затрат. Мы попробовали вырастить кристаллы, и у нас это получилось.

Литература.

1. 
   Большая российская энциклопедия.16 том. М - Научное издательство «Большая российская энциклопедия» 2010.
2. 
   М.П.Шаскольская. Кристаллы. М- «Наука»1985.

4. http://course-crystal.narod.ru/p36aa1.html

5. http://www.novate.ru/blogs/131008/10496/

6. Современная кристаллография. М.,1979-1981.Т.1-4;Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф.,Фадеев М.А. Кристаллография. М., 2000;

В школьной лаборатории и дома можно получить красивые одиночные кристаллы или грозди из маленьких кристалликов, покрыть ими разные предметы (скрепки, фигурки из ниток, бумаги). Как выращивать кристаллы из соли, растворенной в воде? От каждого, кто желает провести этот интересный опыт, потребуется аккуратность, внимание и точное выполнение инструкции.

Что такое кристаллизация?

При растворении вещества в воде его частицы переходят в раствор. Обратное явление получило название «кристаллизация». Этот процесс связан с изменением растворимости вещества при разной температуре. При постепенном охлаждении из насыщенного раствора выпадают кристаллы. По форме получившиеся частички похожи на кубики, ромбы с острыми, прямыми краями и гладкими сторонами. Пригодны для проведения опыта разные соединения: хлорид натрия, сахар, бихромат калия, медный купорос и другие вещества. Они дают разные по форме и окраске кристаллы. Самое доступное из растворимых в воде соединений - поваренная соль. Вещество является безопасным для человека, не приводит к ожогам при попадании на кожу или внутрь тела. Выясним, как быстро вырастить кристаллы соли.

При выполнении опыта потребуется соблюдение несложных правил. Это позволит в короткие сроки получить крупные правильной формы кристаллы:

За процессом можно наблюдать, но встряхивать и передвигать емкость не следует. Многих интересует, как выращивать кристаллы из соли, чтобы они были определенного размера. Все зависит от температуры, при которой находится насыщенный раствор, а также от наличия нерастворенных частичек и примесей.

При медленном остывании выпадают крупные кристаллы, а при быстром - множество средних и мелких. Для охлаждения банку с раствором оставляют в холодной комнате или помещают в миску с водой и кусочками льда.

Какое оборудование потребуется для опыта?

Лабораторная работа «Выращивание кристаллов соли» может быть успешно выполнена в домашних условиях. Потребуются очень простые предметы и вещества:

Как делать кристаллы из соли? Инструкция к лабораторной работе

Заранее выберите из кристалликов пищевой соли наиболее крупные, они послужат затравочными частицами. Привяжите их к нитке, обмотайте ею палочку от мороженого (карандаш). Пока отложите эту заготовку и приготовьте насыщенный раствор. Потребуется использование нагревательного прибора. Будьте осторожны, чтобы не пролить горячую воду, не получить ожог от горелки.

• презентация в школе по теме «Растворы»;
• оформление отчета о проведении лабораторной работы;
• украшение праздничной стенгазеты;
• изготовление новогодних игрушек для елки;
• подарки друзьям, учителю, родителям;
• создание коллекции выращенных кристаллов.

Домашняя лабораторная работа по теме «Наблюдение роста кристаллов из раствора»

Лабораторная работа предназначена для студентов первых курсов СПО.

Просмотр содержимого документа
«Домашняя лабораторная работа по теме «Наблюдение роста кристаллов из раствора»»

Домашняя лабораторная работа

РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА

Тема 2.2. Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы

Тема «Наблюдение роста кристаллов из раствора »

1) формирование положительной мотивации самостоятельной деятельности;

2) развитие творческих способностей, познавательного интереса;

3) формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять явления, формировать экспериментальные умения, пользоваться приборами, инструментами, справочной литературой, обрабатывать результаты наблюдений;

4) формирование научных знаний об экспериментальных фактах, понятиях, методах.

Порядок организации практической работы

1. Подготовительный этап

1.1. Инструкция для изучения.

Задание дается обучающимся за два месяца до сдачи работы на оценивание.

Тема: «Наблюдение роста кристаллов из раствора»

Оборудование: дистиллированная вода, стакан, контейнер для медного купороса стеклянная палочка, насыщенный раствор соли, медного купороса.
Цель: исследовать способ выращивания кристаллов соли, медного купороса, основанного на испарении насыщенного раствора при постоянной температуре; приобретение навыков по выращиванию кристаллов.

Схема опыта по росту кристаллов для медного купороса и поваренной соли идентична, поэтому ниже приведен алгоритм, которым можно пользоваться для обоих опытов.

1 . Взять порошок сульфата меди (натрия хлорида) и чистый стакан с горячей дистиллированной (практически кипящей) водой.

2 . Всыпать порошок медного купороса (натрия хлорида) в воду, размешивая стеклянной палочкой. Затем всыпать ещё, и снова размешать. И так до тех пор, пока порошок не перестанет растворяться. Если это необходимо, профильтровать полученный раствор.

3 . Завязать на конце нитки узелок (или привязать бисеринку), другой конец нитки привязать к деревянной палочке и опустить узелок в воду, так, чтобы он не касался дна.

4. Поставить в такое место, где раствор будет медленно остывать (тогда кристаллы получатся правильной формы). Когда раствор совсем остынет, убирать в тёмное прохладное место. Через пару дней на нитке появятся маленькие кристаллы-затравки.

5 . Вынуть кристаллы. Если размер вам достаточный, то обработать их бесцветным лаком для предотвращения разрушения. Если же нет, то вылить старый раствор и повторить процедуру со стаканом и раствором снова, когда раствор остынет, поместить маленькие кристаллы в этот новый раствор и ждать их роста дальше.

Следует отметить, что от объема стакана и количества порошка зависит размер кристалла.

1.2. Аналитическое чтение с целью систематизации.

1.3. Вопросы и задания для самопроверки.

1.Что называется кристаллом?

2. Какими свойствами обладают кристаллы?

3. Что называется кристаллической решеткой?

4. Какую роль играют кристаллы в нашей жизни?

5. Что такое жидкие кристаллы?

6. Какие факторы могут влиять на рост кристаллов в домашних условиях?

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 кл. – М.Просвещение, 2014.стр 238-242

2. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика. Учебник для средних специальных

учебных заведений. – М.: Высшая школа, 1990

3. Большая иллюстрированная энциклопедия «Наука и техника».Пер. с англ. А. В. Немирова.
4. Детская энциклопедия «Что такое? Кто такой?» Том 2.Издательство «Педагогика»

Основной этап- проведение практической работы в домашних условиях

2.1. Инструктаж по ОТ и ТБ

по охране труда при проведении лабораторных работ

и лабораторного практикума по физике

Требования безопасности перед началом работы

2.1. Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы или лабораторного практикума, а также безопасные приемы его выполнения.

2.2. Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

Требования безопасности во время работы.

3.1. Не пробовать на вкус раствор для роста кристалла.

3.2. Воспроизведение алгоритма выполнения практической работы и выявление проблемных зон.

3.3. Самостоятельное выполнение практической работы.

3.4. Оформление отчета.

3. Рефлексия достигнутых результатов. Анализ допущенных ошибок и прогнозирование дальнейших действий.

4.Оценка лабораторной работы:

В качестве отчета о проделанной работе можно представить видео или фото-отчет (презентация)

В лабораторной работе обязательно должны присутствовать:

— Название лабораторной работы (ЛР)

— Приборы и материалы

— Описание хода работы и наблюдения за процессом

— Таблица результатов наблюдений

— Уровень самостоятельности (2б)

— Правильность и обоснованность сделанных выводов, объяснений и описания работы. (3б)

— Выращенный кристалл (8б)

— Использование теоретического материала (2б)

Выращивание кристаллов соли лабораторная работа



14. Выращивание кристаллов медного купороса, хромокалиевых квасцов и поваренной соли

Химия на кухне: наши первые химические опыты

Внимательно прочитайте описание опыта, которые нам предстоит практически выполнить (экспериментальная работа будем называться новым словом «ПРАКТИКУМ»). Для записи своих наблюдений приготовим тетрадь («ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ»). Можно зарисовать в этой тетради то, что получается в результате опыта, а потом отсканировать рисунки и прислать своему учителю по электронной почте. Если в вашем распоряжении имеется цифровой фотоаппарат, то все стадии опыта можно заснять с его помощью, а потом тоже выслать снимки учителю.

• Выращивание кристаллов медного купороса, хромокалиевых квасцов и поваренной соли .

Если не дожидаться у моря погоды и смены времен года, можно за две-три недели вырастить красивые кристаллы солей у себя дома. Для этого потребуется стеклянная банка, проволочка и нитка, да еще необходимый запас соли, кристаллы которой вы собираетесь выращивать. Очень эффектно выглядят «доморощенные» кристаллы медного купороса ярко-синего цвета и хромокалиевых квасцов (фиолетовые), хороши и бесцветные кубики поваренной соли.

Сначала приготовим как можно более концентрированный раствор выбранной соли, внося соль в стакан с водой, — до тех пор, пока очередная порция соли не перестанет растворяться при перемешивании. После этого слегка подогреем смесь, чтобы добиться полного растворения соли. Для этого стакан поставим в кастрюлю с теплой водой.

Полученный концентрированный раствор перельем в банку или химический стакан; туда же с помощью проволочной перемычки (можно также сделать перемычку из стержня шариковой ручки) подвесим на нитке кристаллическую «затравку» — маленький кристаллик той же соли — так, чтобы он был погружен в раствор. На этой «затравке» и предстоит расти будущему экспонату вашей коллекции кристаллов.

Химический стакан с насыщенным раствором поваренной соли и нитка с «затравкой» для роста кристаллов. Через трое суток после начала опыта (фото справа) нитка, опущенная в насыщенный раствор, превратилась в «ожерелье» из кристаллов хлорида натрия.







Химический стакан с раствором медного купороса и нитка с «затравкой» для выращивания кристаллов. Через трое суток после начала опыта на нитке появился кристалл медного купороса, похожий на другоценный камень.







Сосуд с раствором поставим в открытом виде в теплое место. Когда кристалл вырастет достаточно большим, вынем его из раствора, обсушим мягкой тряпочкой или бумажной салфеткой, обрежем нитку и покроем грани кристалла бесцветным лаком, чтобы предохранить от «выветривания» на воздухе.

Так будет выглядеть кристалл медного купороса, выращенный из раствора.



Проделайте описанные здесь опыты у себя дома, а потом напишите письмо вашему учителю. В этом письме опишите все, что удалось наблюдать , и дайте ответы на приведенные здесь вопросы. К письму приложите рисунки или фотографии, обязательно — с пояснением, что на них изображено, и с указанием даты выполнения опыта.

Практическая работа по химии «Выращивание кристаллов»

Разделы: Химия

Цель:

• Образовательная : формирование понятий «кристаллы, кристаллическое состояние вещества» на основе исследовательской и проблемно-поисковой деятельности,
• изучение условий образования кристаллов
• Развивающая : развитие практических умений и навыков работы с химическими веществами, оборудованием; умений применять теоретические знания для объяснения наблюдаемых явлений
• Воспитательная : эстетическое воспитание; воспитание компетентной, коммуникативной, всесторонне развитой личности.

Оборудование, реактивы: 2 термостойких химических стакана, толстая нить, затравка, стеклянная палочка для перемешивания, палочка для закрепления нити, фильтр, воронка, чашка Петри, порошок медного купороса, микроскоп, предметное стекло, препаровальная игла, пинцет, кристаллик медного купороса.

Задачи исследования:

• вырастить кристаллы разных солей;
• изучить условия образования кристаллов;
• проанализировать полученные результаты.

Оборудование: 2 термостойких химических стакана, толстая нить, стеклянная палочка для перемешивания, палочка для закрепления нити, фильтр, воронка, чашка Петри, микроскоп, предметное стекло, препаровальная игла.

Реактивы: порошок медного купороса, дистиллированная вода

1. Организационный момент. Объявление темы, постановка цели.

Вводная часть, создание мотивации к восприятию учебного материала

Ребята, прежде чем начать урок, я хочу проверить Ваше эмоциональное состояние. У вас на парте таблички «Шкала эмоционального состояния». Поставьте галочку на таблице из 6 лиц, чье выражение отражает ваше настроение в начале урока.

Рис.1. Определи свое эмоциональное состояние



Сегодня на уроке мы поведем практическую работу «Выращивание кристаллов»

КРИСТАЛЛЫ

Подобен чуду рост кристалла,
Когда обычная вода,
Одним мгновением вдруг, стала
Сверкающим осколком льда.
Луч света, затерявшись в гранях,
Рассыплется на все цвета,
И нам тогда понятней станет,
Какой бывает красота.

Цель сегодняшнего занятия :

• вырастить кристаллы медного купороса,
• изучить условия их образования,
• рассмотреть структуру кристаллов под микроскопом
• познакомиться с многообразием кристаллов их красотой

Кристаллы, кристаллы, соцветья
во мглу погруженной земли.
Когда расцвели вы, на свете
другие цветы не цвели.
Нацежен был мало-помалу
Из мрака лучистый хрусталь,
чтоб стало под силу кристаллу
вместить невместимую даль.
Тускла на свету, но как факел
кристалла живая свеча
пылает во мраке…Во мраке –
начало любого луча.

(Испанский поэт и философ Мигель де Унамуно)

I этап: Введение

Учитель: Прежде чем приступить к практической работе, я хочу с Вами побеседовать: А знаете ли Вы, что такое кристаллы? (Вы знакомились с ними по физике)

КРИСТАЛЛЫ – (от греч. krystallos, первонач. – лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку).

– Какие типы кристаллических решеток вы знаете из курса химии?
– Поэтому, на какие виды можно поделить все кристаллы, в зависимости от типа кристаллической решетки?

(Демонстрация кристаллических решеток графита, поваренной соли, меди)

– Какими свойствами обладают кристаллы?

(Анизотропия и изотропия) Неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях называют анизотропи’ей .

Изотропия, изотропность (от изо. и греч. tropos - поворот, направление), одинаковость физических свойств по всем направлениям (в противоположность анизотропии ). Все газы, жидкости и твёрдые тела в аморфном состоянии изотропны по всем физическим свойствам. У кристаллов большинство физических свойств анизотропно. Однако чем выше симметрия кристалла, тем более изотропны его свойства. Так, у высокосимметричных кристаллов (алмаз, германий, каменная соль) упругость, прочность, электрооптические свойства анизотропны, но показатель преломления света, электропроводность, коэффициент теплового расширения и т. д. - изотропны (в менее симметричных кристаллах эти свойства также анизотропны.

– Все кристаллы обладают разными свойствами, как вы думаете, почему у всех кристаллов разные свойства?

Раздел физики, изучающий кристаллы, называется кристаллографией .
Кристаллы изучает раздел физики, который называется физикой твердых тел .
Кто после школы будет обучаться в техническом ВУЗе, захочет связать свою судьбу с техникой, тот будет подробно изучать этот раздел и узнает много интересного. (Физика твердых тел).

– Как Вы думаете, связана ли наша жизнь с кристаллами, имеют ли они какое-то практическое значение в природе и для человека? Зачем они нам нужны?

Живя на Земле, мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими.
Но, кроме того, кристаллы – очень красивое, завораживающее явление природы – я думаю, многие с этим согласятся. Они являются самыми необыкновенными и загадочными камнями. С глубокой древности им приписывают магические, целебные свойства. Ученые утверждают, что кристаллы способны записывать и передавать какую-либо информацию. Способны разговаривать.
Федор Михайлович Достоевский утверждал, что красота спасет мир. Глядя на кристаллы и драгоценные камни, испытываешь чувство ликования, радости.
Любуясь красотой, люди научились выращивать искусственные самоцветы, кристаллы, например, алмазы, сапфиры, хрусталь. Для этого было создано сложнейшее оборудование. Мы сегодня попробуем вырастить кристаллы в лабораторных условиях, используя оборудование, стоящее у вас на партах. Конечно, мы не сможем получить алмазы, сапфиры, а вот кристаллы медного купороса получить очень просто.

– Ребята, на какие вопросы вы бы хотели услышать ответы на сегодняшнем уроке? (Почему растут кристаллы, где их применяют)
– Какую цель мы поставим перед собой? (Вырастить кристаллы, рассмотреть их структуру под микроскопом, ответить на вопрос: почему растут кристаллы?)
– Я думаю, что мы вместе ответим на эти ваши вопросы в конце урока.
– А вы как вы думаете, почему растут кристаллы? Запишем тему.

II этап: Выполнение работы (Инструкционная карточка для учащихся – Приложение )

Цель: вырастить кристаллы медного купороса, изучить условия их образования.

Проблемный вопрос: почему растут кристаллы?

– Давайте познакомимся с веществом, из которого будем получать кристаллы – медным купоросом.



– Ребята, кто помнит формулу медного купороса?
– Каково химическое название этого вещества? Природный минерал, из которого получают купорос называется халькантит, содержащий сульфат меди пятиводный.
В природе CuSO 4 5H 2 O встречается в виде минерала халькантита . Параллельные агрегаты толщиной до 1 см, переслаивающиеся с желтоватой породой и отдельными кристаллами халькантита. В нижней части образца мелкозернистый сульфидный агрегат.
А вот внешний вид медного купороса, у вас в стаканчиках с притертыми крышками. Медный купорос - пятиводный сульфат меди (II) CuSO 4 5H 2 O. В древности его называли витриолом (от латинского слова vitrum - стекло), так как крупные кристаллы напоминают цветное синее стекло.

Медный купорос является ядохимикатом II класса опасности, то есть малотоксичное вещество. Его применяют для борьбы с грибковыми и бактериальными заболеваниями растений: опрыскивают томаты от фитофторы, плодово-ягодные, декоративные деревья и кустарники от парши, монилиоза, антракноза и других болезней, а также дезинфицируют раны. Даже борются с грибковыми заболеваниями рыб. (Аквариумисты применяют медный купорос при заболевании рыб бранхиомикозом, гиродактилезом, дактилогирозом, костиозом и одиниозом).
Кроме того, его применяют в промышленности при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок, для обогащения руды при флотации, при воронении стали, в гальванопластике.

III этап: Выполнение работы

– Работа будет проблемно-исследовательская и проходить в группах по 2 человека. У каждой группы имеется инструкция по исследованию. (Запишите в тетради тему и цель)
– Познакомьтесь с инструкцией. (5 мин.) Прочитайте и выделите основные этапы работы.
– Какие основные этапы работы вы выделили:

• приготовление насыщенного раствора;
• фильтрование;
• затравка;
• выращивание монокристалла.
• доливание раствора

– Как вы думаете, какие способы мы будем использовать на уроке?

Кристаллизацию можно вести разными способами. Один из них – охлаждение насыщенного горячего раствора. Этот метод неприменим к веществам, растворимость которых мало зависит от температуры. К таким веществам относятся, например, хлориды натрия и алюминия, ацетат кальция.
Испарение воды.
Кристаллы могут также расти при конденсации паров – так получаются снежинки и узоры на холодном стекле.
Третий способ – выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном их охлаждении.

1 этап: приготовление пересыщенного раствора .

Итак, приступаем к выполнению 1-го этапа работы, приготовлению пересыщенного раствора.

Расскажите порядок действий.

– Какой раствор называется насыщенным?
– Пересыщенным?
– Как вы думаете, зачем мы нагревали воду?
– Что такое растворение?
– Каким оборудованием будем пользоваться?
– Какие правила нужно соблюдать при выполнении любой практической работы?
– Давайте повторим правила ТБ, которые нужно соблюдать при работе в химическом кабинете

– Какое химическое оборудование мы будем использовать на практической работе?
– Можем мы уже сейчас определить одну из причин роста кристаллов? (Охлаждение, кристаллизация, то есть при охлаждении частицы становятся тяжелыми)
– Какой пример можно привести пример из жизни, в природе об образовании кристаллов?
– Например, представим осень, идет дождь, вдруг температура понизилась, стала –1 o С, пошел снег.
– Почему? Что произошло в природе? (Произошла кристаллизация. Образование снежинок – кристалликов)

Т.о. стоит измениться температуре, как возникнет кристаллизация – лишнее вещество выкристаллизуется из раствора.

Помните: чтобы кристаллы росли как можно правильно, кристаллизация должна идти медленно.
С физической точки зрения, кристалл растет потому, что этого требует второе начало термодинамики: уменьшается свободная энергия системы.

В растворе при охлаждении получается избыток твёрдого вещества. Частицы вещества имеют какую-то определённую форму, энергию и притягиваются тем сильнее, чем ближе им удаётся подойти друг к другу.

2 этап: фильтрование

– Зачем нудно отфильтровать лишнее вещество? (Оно будет мешать образованию кристалла). Для фильтрования используем фильтр, изготовленный своими руками из салфетки.
– Кто помнит, как мы это делали в 8 классе? (Фильтруем)
– Ребята, я слежу за вашей работой, правильно ли вы выполняете практические действия, оценка будет складываться общая: из теоретической части, практической части, техники безопасности.
– Я вижу, что многие уже отфильтровали раствор.
– Каков будет следующий этап работы?

3 этап: затравка

– Затравка. Что такое затравка? (Для затравки я приготовила вам кнопку. Кто-то может сделать свою затравку).
– Привяжите ее на нитку и опустим в раствор, чтобы не касалось дна и стенок сосуда.
– А теперь мы будем наблюдать за ростом кристаллов и записывать наблюдения в таблицу.
– Ребята, а как Вы думаете, кристаллики должны иметь определенную форму или нет?
– Каждое вещество образует кристалл определенной формы.

Вывод: кристаллы растут из растворов при охлаждении, испарении воды, на образование кристалла влияет энергия притяжения частиц. Уменьшается свободная энергия системы (Из закона физики ).

IV этап: Проект на тему «Экспедиция в мир кристаллов». (Выступления учащихся)

К сегодняшнему уроку группа учащихся из 3-х человек подготовила проект по теме «Экспедиция в мир кристаллов», провела свои исследования. Давайте послушаем их.
Пока у нас будут расти кристаллы.

V этап: Кристаллы под микроскопом

Давайте посмотрим, нет ли кристаллов у вас в сосудах?
Рассмотрим кристаллы под микроскопом, какую структуру они имеют.
– Итак, нашли вы ответы на поставленные вопросы, в начале урока? (Почему растут кристаллы?)
– Подготовьте микроскоп к работе. Положите кристаллик на предметное стекло и рассмотрите его сначала при малом увеличении, а затем при большом, у кого позволяет микроскоп.
– Какова форма кристалла медного купороса? (Медный купорос образует прекрасно оформленные кристаллы в форме косых параллелепипедов).

VI этап: посмотрим последние достижения науки в нашей стране. (Просмотр видеофильма)

VII этап: выводы:

– Цель урока достигнута. Мы познакомились со способами получения кристаллов, с причинами их роста, многообразием кристаллов и их применением.

– Итак, мир познания кристаллов на сегодняшнем уроке закончен, но он будет продолжен на следующих уроках, мы будем наблюдать за ростом кристаллов. Если кто-то хочет получить более глубокие знания о кристаллах, можете прочитать литературу, рефераты, подготовленные Купченко.

Итог урока: Оценки .

– За технику безопасности все получат хорошие оценки. Спасибо за работу.

Проверка эмоционального состояния.

– Отметьте свое эмоциональное состояние в конце урока на рисунках.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Наблюдение за ростом кристаллов в лабораторных условиях

Разделы: Физика

Кристаллы встречаются человеку повсюду. Он ходит по кристаллам, строит из кристаллов, обрабатывает кристаллы на заводах, выращивает в лабораторных и заводских условиях, создает приборы и изделия из кристаллов, широко применяет в технике и науке, ест кристаллы, лечится ими, находит их в живых организмах, проникает в тайны строения кристаллов, выходит на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов и выращивает кристаллы в космических лабораториях.

Итак, кристаллы повсюду. Они разнообразны, красивы, загадочны (Приложение1). Ну, кто, например, из нас не любовался снежинками? Бесконечно разнообразны формы снежинок. Американский натуралист Бентлей больше 50-ти лет фотографировал снежинки под микроскопом. Составил атлас нескольких тысяч фотографий снежинок и все они различны, вы не найдете там ни одной одинаковой пары (Приложение 2).

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекали внимание человека. Алмаз, рубин, сапфир, изумруд- самые дорогие и излюбленные камни. Драгоценные камни служили мерой богатства князей и императоров (Приложение3).

Нам захотелось побольше узнать о кристаллах, как они образуются, какую форму, и какой цвет они имеют и попытались сами вырастить кристаллики. Поэтому целью нашей работы стало наблюдение за ростом кристаллов в лабораторных условиях.

Задачи работы:

• изучить литературу по данной теме и методику выращивания кристаллов;
• выбор солей для выращивания кристаллов;
• приготовление насыщенных растворов;
• выполнение практической части.

Изучение статей об образовании кристаллов, об их выращивании в искусственных условиях, проведение простейших опытов позволило нам написать эту работу.

1. Литературный обзор
1. Особенности кристаллов

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Это многогранники с плоскими и блестящими гранями. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека. Такие камни с правильной, симметричной, многогранной формой и называют кристаллами. Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Размеры природных многогранников достигают подчас человеческого роста и более. Встречаются кристаллы- пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны (Приложение4) . В некоторых местностях Испании такие кристаллические колонны ставят как столбы для ворот. В музее Гонного института в Санкт-Петербурге хранится кристалл горного хрусталя высотой около метра и весом больше тонны, который много лет служил тумбой у ворот одного из домов Екатеринбурга.

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром говорят “прозрачный как кристалл”, “кристально чистый” (Приложение 5) .

Рассмотрим внимательно кристаллы разных веществ. Как их отличить друг от друга? По цвету? По блеску? Нет, это признаки ненадежные. К примеру, кристаллы кварца могут быть бесцветными, золотистыми, коричневыми, черными, сиреневыми, лиловыми. Разные названия, но минерал один и тот же, кварц, один из распространенных минералов на Земле, один из самых применяющихся в промышленности (Приложение 6). В тоже время, например, прозрачными могут быть и кварц, и топаз и многие другие минералы. К тому же, у разных образцов одного и того же минерала цвета и оттенки могут быть совсем разными.

Приглядевшись к кристаллам внимательнее, нетрудно увидеть их особенность гораздо более характерную: кристаллы разных веществ отличаются друг от друга своими формами. Кубики кристаллов каменной соли не спутаешь со столбиками берилла или с табличками медного купороса (Приложение 7). Так что же, у каждого вещества есть своя характерная форма, по которой его можно узнавать? И да, и нет. Да, у каждого вещества формы кристаллов характерны. Однако формы кристаллов различных веществ могут быть очень похожими. А главное не в этом. Ведь не всегда кристалл вырастает многогранником- это удается ему лишь при благоприятных условиях, когда ничто не мешает ему при росте. Каков же самый характерный, самый основной признак кристалла? Ответ такой: самая характерная особенность кристалла — это его атомная структура, правильное симметричное, закономерное расположение атомов. Но эта особенность будет рассмотрена нами в последующих работах.

1. Как растут кристаллы в природе

Кристаллы растут. Они всегда растут правильными, симметричными многогранниками, если им ничто не мешает при росте. Как же растут кристаллы в природе?

Застывание магмы – это процесс роста кристаллов из расплавов. Магма представляет собой смесь многих веществ. У всех этих веществ разные температуры кристаллизации, к тому же температура кристаллизации каждого вещества меняется в зависимости от того, в каких условиях находится магма в данный момент и от того, какие еще вещества находятся в ней. Поэтому при остывании и затвердевании магма разделяется на части: первыми в магме возникают и начинают расти кристаллы того вещества у которого температура кристаллизации самая высокая. Чем медленнее застывает магма, тем больше успевают вырасти кристаллические зерна составляющих ее минералов. Поэтому при медленном застывании магмы образуются крупнозернистые горные породы, а при быстром — мелкозернистые; впрочем, величина кристалликов зависит еще и от многих других причин.

Свыше пятисот лет назад древнерусские солевары научились извлекать соль из соляных источников. Вода в соленых источниках горько-соленая, в ней растворено много различных солей. Летом, когда под лучами палящего солнца вода озер быстро испаряется, из нее начинают выпадать кристаллы солей. Эти кристаллы плавают на поверхности озера и оседают на дне, на прибрежных камнях, на досках, на любом твердом предмете, попавшем в озеро. Даже рука, опущенная на несколько минут в озеро, покрывается тонким слоем соли. Сила кристаллизации соляных пластов столь велика, что, расширяясь, они выдавливаются из земли, становясь на ребро.

Обыкновенная столовая соль, хлористый натрий, без которого человек не может обойтись, представляет собой очень мелкие кристаллики, в земле же соль встречается иногда в виде очень больших кристаллов- так называемой каменной соли. Ломоносов в книге “О слоях земных” определяет: “Каменная соль есть чистая горная соль, хрусталю подобная” (Приложение 8).

Замечали ли вы, что на стенках чайников и кастрюль, в которых кипятят воду, осаждается так называемая накипь? Соскоблите накипь и рассмотрите ее под микроскопом: вы увидите, что она представляет собой скопление очень мелких кристалликов. Они сидят на дне и стенках чайника так же, как кристаллы солей, осадившихся из вод озера, или как кристаллы минералов на стенках “хрустальных погребов”. Как же образуются кристаллы накипи? В природной воде почти всегда растворены какие- нибудь минеральные вещества; когда вода кипит и испаряется, они выделяются в виде кристаллов и оседают на стенках сосуда, образуя слой накипи. Чем больше посторонних веществ растворено в воде, тем толще слой накипи и тем быстрее он отлагается. Накипь- явление вредное, а иногда и опасное. Всем известно, что чайник с толстым слоем накипи греется медленнее, чем новый чайник. Слой кристаллов на стенках парового котла мешает его работе. Накипь утолщает стенки, уменьшает полезный объем котла, повышает расход топлива. Теперь разработаны методы борьбы с накипью с помощью так называемых антинакипинов, которые в ничтожном количестве к воде в котле. Характерным свойством антинакипинов является их способность обволакивать тончайшей пленкой мелкие кристаллические пылинки. Как ни тонка эта пленка, а расти кристаллику дальше, она не дает. Вместо плотного слоя, покрывающего всю внутреннюю поверхность котла, на его дно оседает рыхлый осадок, удалить который не представляет труда.

Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за каплей просачиваются воды и падают со сводов пещеры вниз. Каждая капля при этом частично испаряется и оставляет на потолке пещеры вещество, которое было в ней растворено. Так постепенно образуется на потолке пещеры маленький бугорок, вырастающий затем в сосульку. Эти сосульки сложены из кристалликов. Одна за другой капли мерно падают день за днем, год за годом, века за веками. Сосульки все вытягиваются и вытягиваются, а навстречу им начинают расти вверх такие же длинные столбы сосулек со дна пещеры. Иногда сосульки, растущие сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты), встречаются, срастаются вместе и образуют колонны. Так возникают в подземных пещерах узорчатые, витые гирлянды, причудливые колоннады. Сказочно, необыкновенно красивы подземные чертоги, украшенные фантастическими нагромождениями сталактитов и сталагмитов, разделенные на арки решетками из сталактитов (Приложение 9).

На сильном морозе “пар идет изо рта человека”. Это кристаллизуются белым инеем пары, выдыхаемые человеком. Ресницы, усы, бороды людей на морозе покрываются инеем: это- тоже налет снежных кристаллов. На крышке чайника или кастрюли можно увидеть, как пары воды, попадая на холодную поверхность, сгущаются в капли жидкой воды. Если же температура ниже нуля, то водяной пар, охлаждаясь, переходит не в жидкое, а сразу в твердое состояние, т.е. в кристаллики льда (Приложение10). Облака на небе- это не что иное, как скопления таких ледяных кристалликов или же капель воды, образовавшихся из паров воды, поднимающихся с земли. Когда кристаллики замерзшей воды в облаках вырастают, они становятся тяжелее и в конце концов падают на землю: идет снег. Кристаллики льда, причудливыми узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут погубить самолет. Обледенение – страшный враг самолетов- тоже результат роста кристаллов.

Желчные камни в печени, камни в почках и мочевом пузыре, мельчайшие отложения в сосудистой оболочке глаза, вызывающие серьезные заболевания человека, представляют собой кристаллы.

В клетках картофеля можно найти кристаллы белковых веществ, в некоторых водорослях- кристаллы гипса. И даже в простейшем животном организме – в амебе — имеются кристаллики щавелевокислого кальция.

Некоторые живые организмы представляют собой настоящие “фабрики” кристаллов. Кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из микроскопических мелких кристалликов углекислой извести.

Драгоценный камень жемчуг тоже построен из мелких кристаллов, которые вырабатывает моллюск жемчужница. Если в раковину жемчужницы попадает песчинка или камешек, то моллюск начинает откладывать перламутр вокруг пришельца. Слой за слоем нарастает на песчинке перламутр, образующий шарики жемчуга.

В Китае, где особенно развит жемчужный промысел, в раковины жемчужных моллюсков вкладывают жестяные изображения Будды, мелкие изделия из кости, металла; через несколько лет эти изделия покрываются слоем перламутра.

1. Основная часть
2. Методика выращивания кристаллов в лабораторных условиях

Зачем же создают еще и искусственные кристаллы, если и так почти все твердые тела вокруг нас имеют кристаллическое строение?

Прежде всего затем, что природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они не однородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе.

Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, корунда. В лабораториях выращивают большие кристаллы, необходимые для техники и науки, искусственные драгоценные камни, кристаллические материалы для точных приборов; там создают и те кристаллы, которые изучают кристаллографы, физики, химики, металловеды, минералоги, открывая в них новые замечательные явления и свойства. А самое главное- искусственно выращивая кристаллы, создают вещества, каких вообще нет в природе, множество новых веществ с нужными для техники свойствами, так сказать, кристаллов “по мерке”, или “на глаз”.

В лабораториях кристаллы выращивают из расплавов и растворов, из паров и из твердых веществ. Для этого есть много остроумных способов, сложных приборов и установок. Рост больших однородных и чистых кристаллов длится иногда долгие месяцы.

Выращивают кристаллы разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации образуется много, сам процесс идет активнее, правильных кристаллов не получится: ведь множество быстро растущих кристаллов мешают друг другу.

Другой метод выращивания кристаллов- постепенное удаление воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. 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 еще и защитит раствор от пыли. По мере испарения воды из открытого сосуда насыщенный раствор становится пересыщенным. И в нем начинают расти кристаллы. Растущий кристалл можно повесить на нити в насыщенный раствор или положить на дно сосуда.

Скорость выращивания кристаллов еще зависит и от количества соли в растворе. Раствор, в котором выращивают кристаллы, должен быть насыщенным. Когда кристаллический зародыш уже образовался и начинает расти, часть растворенного материала переходит их раствора на кристалл и концентрация раствора вблизи кристалла падает, он становится ненасыщенным. Казалось бы, в этот момент рост кристалла должен прекратиться, но вещество из отдаленных участков раствора с более высокой концентрацией начинает поступать к граням кристалла и процесс продолжается.

1. Практическая часть

Для выращивания кристаллов воспользуемся таблицей растворимости веществ в 100 граммах воды.

Число граммов растворимости вещества в 100г воды. Таблица 1.