Проект по теме «Кристаллы. Их выращивание»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2»

муниципального образования городской округ Симферополь

Республики Крым

Проект по теме

«Кристаллы. Их выращивание.»

Работу выполнила:

учащаяся 9-Б класса

Кравченко Елизавета

Руководитель проекта:

Байкова Рамиля Мукаддасовна,

учитель физики,

МБОУ «СОШ №2 г. Симферополя»

г. Симферополь

2020

Содержание

Введение…………………………………………….……………...……………...3

1. Теоретический раздел ……………………………………..…………………..4

1.1. Возникновение кристаллов в природе………………………………..4

1.2. Виды кристаллов …………….………………………………………...5

1.3. Какая форма бывает у кристаллов? ........................................................5

1.4. Применение кристаллов …………..………...........................................5

1.5. Жидкие кристаллы ………..…………………………………………..6

2. Практическая часть…………………………………………………………...10

2. 1. Выращивание кристалла ……………..…….......................................10

3. Заключение…..………………………………………………………………..12

4. Список использованной литературы………………………………………...13

5. Приложение …………………………………………………………………..14

ВВЕДЕНИЕ

1. Цель работы: провести исследование по выращиванию кристалла. Провести практическую работу. Изучить особенности кристаллических веществ, механизм образования кристалла и осуществить по выращиванию в домашних условиях.

2. Задачи работы:

1. Изучить литературу по данному вопросу;

2. Разработать план выполнения эксперимента;

3. Вырастить кристаллы в домашних условиях;

4. Определить возможность применения выращенного кристалла;

5. Проанализировать полученные результаты.

3. Характеристика работы: данная работа состоит из двух разделов. В теоретическом разделе собрана информация о кристаллах. Практический раздел рассказывает о способе выращивания кристаллов медного купороса и содержит фотографии выращенного кристалла.

4. Краткий обзор имеющийся литературы: о видах кристаллов, их образовании и применении много информации имеется на различных сайтах интернета. Также в школьных учебниках: « Химия – 8 класс , Физика 10 класс». Информацию о том, как вырастить кристалл медного купороса я нашел на сайте http://mamaschool.ru/ .

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1. Возникновение кристаллов в природе.

Кристаллы встречаются нам повсюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и в науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль, сахар), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.

Мы привыкли к кристаллам и редко задумываемся над их появлением на Земле, формой, строением, свойствами. На эти и некоторые другие вопросы я постаралась осветить в своей проектной работе.

Вопрос о происхождении большинства минералов в природе тесно связано сложной проблемой происхождения и развития Земли. Многие минералы и горные породы образовались при охлаждении земной коры подобно тому, как образуется лед при замерзании воды. При охлаждении магмы сначала в ней образовались кристаллы того вещества, температура кристаллизации, которого самая высокая. По мере дальнейшего охлаждения происходила кристаллизация других минералов, обладающих меньшей температурой кристаллизации, и так до тех пор, пока вся магма не затвердела. Так, в честности, могли образовываться такие распространенные породы, как граниты. Чем медленнее понижалась температура магмы, т. е. чем дольше росли кристаллы, тем крупнозернистые получался минерал. Мелкозернистые же минералы образовались при более быстром охлаждении, а при очень быстром охлаждении магмы, например при ее выбросах, на поверхность Земли во время извержения вулканов, она затвердела раньше, чем начали расти кристаллы.

Многие минералы возникли из пересыщенных водных растворов. Первым среди них следует назвать каменную соль NaCl являющуюся одним из наиболее знакомых каждому человеку минералов. В самом солѐном из морей мира – Мѐртвом море – концентрация солей так велика, что на любом помещѐнном в воду этого моря предмете нарастают причудливые кристаллы, (прил. №1).

1.2 Виды кристаллов.

Кристаллы обладают особыми свойствами. Кристаллические твердые вещества встречаются в виде отдельных одиночных кристаллов – монокристаллов – и в виде поликристаллов, представляющих собой скопление мелких кристалликов. Кристаллы бывают разной формы. Иногда образуются дендриты – это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые. Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн.

1.3. Какая форма бывает у кристаллов?

Форма кристаллов бывает разной. Особенности внешней формы кристаллов зависят от того, в каком порядке уложены «кирпичики» вещества – атомы, молекулы. В книгах мы нашли название и рисунки форм кристаллов: куб, призма (ромбическая и шестигранная), октаэдр, гексагональная бипирамида, усеченная пирамида, параллелепипед, цилиндр, карандаш, дендрит.

1.4. Применение кристаллов.

Кристаллы и кристаллические материалы находят применение во многих приборах и устройствах, с которыми мы сталкиваемся каждый день. Кристаллы используются: в компьютерах и мобильных телефонах, аудио- и видеотехнике. Без кристаллов не могут работать многие сложные современные устройства для обработки, передачи и хранения информации, Кристаллы применяются для трансформации одного вида энергии в другой Кристаллы нужны для создания когерентных источников света и управления лазерным излучением. Великолепие кристаллов издревле вдохновляет людей на создание красивейших ювелирных украшений и декоративных изделий. Кристаллы необходимы для обработки различных поверхностей. Потребность в кристаллах в мире очень высока. Десятки тысяч тонн разнообразных кристаллов выращиваются ежегодно, и специалисты по росту и исследованию кристаллов постоянно востребованы как у нас в стране, так и за рубежом. Работы по созданию технологий кристаллических материалов входят в перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации, утвержденный Президентом РФ.

Использование алмазов: алмазные резцы для обработки контактных линз, в промышленности часто используются инструменты, покрытые алмазным порошком. Прочность алмаза делает его наиболее подходящим материалом, который применяется 6 при изготовлении тонкой проволоки, в частности нитей накаливания электрических лампы. Хотя почти все драгоценные камни царапают стекло, успешно отрезать полоску стекла можно только алмазом. Алмазный стеклорез: два ребра кристалла сходятся под острым углом. Этим требованиям лучше всего отвечают два ребра ромбододекаэдра. Лазер (англ.) – это усиление света в результате вынужденного излучения. Основа лазера - рубиновый стержень. Торцы его строго параллельны друг другу. Работает в импульсном режиме на длине волны 694 нм (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать в импульсе 106–109 Вт. Лазеры нашли широкое применение в промышленности для различных видов обработки материалов: сверление отверстий, сварки тонких изделий, маркировка. Основная область применения маломощных импульсных лазеров с микроэлектроникой: в электровакуумной промышленности, машиностроении, медицине. Небольшой лазер может прожечь материалы различного типа и на достаточно большом расстоянии. В качестве источника питания используется 8 достаточно немаленьких батареек. Их хватит на 100 выстрелов. Мощность выходного потока - 3 Дж/с. Кварцевые часы — часы, в которых в качестве колебательной системы применяется кристалл кварца. Высокая твѐрдость рубинов, или корундов, обусловила их широкое применение в промышленности. Из 1 кг синтетического рубина получается около 40 000 опорных камней для часов. Незаменимыми оказались рубиновые стержни нитеводители на фабриках по изготовлению химического волокна. Они практически не изнашиваются, а вот нитеводители из самого твѐрдого стекла при протяжке через них искусственного волокна изнашиваются за несколько дней.

1.5. Жидкие кристаллы.

Жидкие кристаллы. Это необычные вещества, которые совмещают в себе свойства кристаллического твѐрдого тела и жидкости. Подобно жидкостям они текучи, подобно кристаллам обладают анизотропией (это зависимость физических свойств от направления в кристалле).

Строение молекул жидких кристаллов таково, что концы молекул очень слабо взаимодействуют друг с другом, в то же время боковые поверхности взаимодействуют очень сильно и могут прочно удерживать молекулы в едином ансамбле. Жидкие кристаллы: смектические и холестерические . Жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году. Но практическое применение они нашли только тридцать лет назад. «Жидкокристаллическим» называют переходное состояние вещества, при котором оно приобретает текучесть, но при этом не теряет свою кристаллическую структуру.

Наибольший интерес для техники представляют холестерические жидкие кристаллы. В них направление осей молекул в каждом слое немного отличается друг от друга. Углы поворота осей зависят от температуры, а от угла поворота зависит окраска кристалла. Эта зависимость используется в медицине: можно непосредственно наблюдать распределение температуры по поверхности человеческого тела. Жидкокристаллический термометр в виде цветовой индикаторной полоски.

Буквенно-цифровые индикаторы электронных часов, микрокалькуляторов. Нужная цифра или буква воспроизводится с помощью комбинации небольших ячеек, выполненных в виде полосок. Каждая ячейка заполнена жидким кристаллом и имеет два электрода, на которые подаѐтся напряжение. В зависимости от величины напряжения, «загораются» те или иные ячейки.

Структура жидких кристаллов - растворов имеет огромное значение для жизнедеятельности организма: для циркуляции крови переноса ею кислорода функционирование клеток мозга для работы разнообразных клеточных мембран. Дефекты структур мембраны приводят к заболеванию организма. Образование холестерических и тем более жидких смектических кристаллов в крови вызывает сердечно-сосудистые заболевания. При неблагоприятной концентрации различных компонентов в желчи образуются сначала не полностью твѐрдые кристаллы, а затем и «камни».

Жидкие кристаллы применяются в различного рода управляемых экранах, оптических затворах, плоских телевизионных экранах. Экран ЖК – телевизора представляет собой, если можно так выразиться, многослойный «сэндвич».

Полупроводники. Многие кристаллы не являются хорошими проводниками электричества, как металлы, но их нельзя отнести и к диэлектрикам, т.к. они не являются и хорошими изоляторами. Это полупроводники. 4/5 массы земной коры это германий, кремний, селен и др., множество минералов, различные оксиды, сульфиды - являются полупроводниками.

Полупроводники в микроэлектронике. Под воздействием температуры, освещения изменяется удельное электрическое сопротивление полупроводника. На этом явлении основана работа термисторов, фоторезисторов. Изготавливают фоторезисторы из сернистого свинца, сернистого кадмия, селенистого кадмия, имеющих кристаллическую структуру. Фоторезисторы находят широкое применение: 1. Контроль за запыленностью и задымленностью помещений. 2. Автоматические выключатели уличного освещения 3.Турникеты в метрополитене. 4.Сортировка и счѐт готовой продукции. 5. Контроль качества и готовности различных деталей.

Исключительно малые размеры полупроводниковых приборов (иногда всего в несколько миллиметров), долговечность, связанная с тем, что их свойства мало меняются со временем, возможность легко изменять их электропроводность дают широкие возможности для использования полупроводников. Терморезистор нового поколения безупречно обеспечивает срабатывание при заданной температуре.

Интегральные микросхемы. Это совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов – транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов, соединительных проводов, изготовленных на одном кристалле. На пластинку из полупроводника (кристаллы кремния) наносятся последовательно слои примесей, диэлектриков, напыляются слои металла. На одном кристалле формируется несколько тысяч электрических микроприборов.

Пьезоэффект: Если из кристалла кварца (кварц-диэлектрик) вырезать определѐнным образом пластинку и поместить еѐ между двумя электродами, то при сжатии кварцевой пластинки на электродах появятся равные по величине, но различные по знаку заряды. Пьезоэлектрический эффект в сильной степени проявляется в кристаллах титана, свинца, его производных. Такие кристаллы – основа пьезоэлектрических микрофонов и телефонов. Они преобразуют давление в электродвижущую силу в манометрах, служат для стабилизации частоты радиопередатчиков, измерения механических напряжений и вибраций.

Источники света. В современных световых источниках холодный свет от прожектора по кабелям стекловолокна проходит к световому наконечнику (кристаллу), который дает направленный поток света, свободного от ультрафиолетового и инфракрасного излучения, и следовательно благоприятного на глаз. Для декоративного светового отражения применяются гранѐные кристаллы, имеющие остроконечные, полукруглые и круглые формы.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Выращивание кристалла.

Издавна человека привлекали кристаллы. В наше время кристаллы используют и для украшений, применяется в технике. Меня привлѐк кристалл из медного купороса. Он красив и его достаточно просто можно вырастить в домашних условиях что я и сделал.

Чтобы вырастить кристалл из медного купороса дома мне потребовался:

Медный купорос;

Обычная кипяченая вода;

Стеклянный стакан или банка;

Нитка;

Палочка или обычный карандаш;

Бесцветный лак для ногтей;

Резиновые перчатки;

На начальном этапе готовим перенасыщенный раствор. Наливаем в банку или стакан примерно 300 мл воды. Начинаем добавлять медный купорос. Насыпаем столовую ложку, размешиваем. Купорос очень быстро растворится. Добавляем еще ложку, снова размешиваем. Делаем так до тех пор, пока соль не начнет оседать на дне. Раствор получился перенасыщенным. Поместим банку в кастрюлю с водой и поставим кастрюлю на огонь. Необходимо добиться полного растворения купороса в воде.

Пока раствор остывает, приготовим «затравку». Затравкой может быть крупный кристалл медного купороса или бусина или пуговица. Закрепляем затравку на нитке.

Затравку на нитке можно нужно поместить внутрь банки с раствором. При этом затравка не должна касаться стенок сосуда или его дна. Поэтому привяжем нитку к палочке или карандашу посередине. Положим карандаш поперек горлышка банки.

Оставляем конструкцию в покое и ждем, пока начнут образовываться кристаллы. Кристаллы медного купороса растут несколько быстрее, чем соляные или сахарные. Когда кристалл достигнет желаемого

размера, извлекаем его из раствора, обрезаем нитку.

Для того чтобы придать кристаллу еще более привлекательный вид, покроем его бесцветным лаком для ногтей.

Особенности, которые я заметила при выращивании кристалла:

Чем насыщеннее раствор, тем быстрее пойдет кристаллизация. Через сутки - двое можно аккуратно вынуть кристалл из раствора, а сам раствор заменить на новый, более насыщенный.

Как известно растворимость вещества в воде зависит от температуры. Две приведѐнные ниже таблицы доказывают это. Большинство веществ с увеличением температуры растворимость их увеличивается. Есть также исключения, например поваренная соль растворяется одинаково при температуре 60-100 градусов (прил. №2,3). А кристалл медного купороса вырастить легко, потому что, например, при температуре 0 0C растворимость вещества в 100 грамм воды 30 грамм медного купороса, а при температуре 1000С растворимость вещества 80 грамм на 100 грамм воды. Поэтому, при охлаждении такой раствор быстро становится перенасыщенным и начинается кристаллизация. Практическое выращивание кристалла я начал 10 декабря, заметные изменения в растворе увидел через 1 день, а закончил эксперимент через 10 дней. В результате был получен кристалл размером 7 на 4 см. В процессе роста размер его постоянно увеличивался.

Кристалл, выращенный за 5 дней (прил. №4)

Кристалл, выращенный за 10 дней (прил. №5).

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выращивание кристалла из медного купороса не вызывает никаких трудностей. Ярко-синие кристаллы красивы, разнообразны по форме и могут использоваться в качестве декора при оформлении помещений (прил. №2). В домашних условиях мы часто сталкиваемся с кристаллами. В одних случаях мы растворяем соль, сахар. В других случаях они образуются при засахаривании мѐда и варенья. Таким образом, я получила большой кристалл, который стал украшением декора. Использование кристаллов в интерьере, украшениях может быть различно, таким как: шкатулки, настольные лампы, подсвечники, женская бижутерия.

На сегодняшний день можно смело утверждать: без кристаллов большая часть сфер деятельности человека станет невозможна, в связи с огромной областью их использования. Одни кристаллы используют для чипов, лазеров, ювелирных изделий, для нано электронных устройств. Из других делают термо-индикаторы, сенсоры, имплантаты, подшипники, часовые стекла, скальпели, оптические стѐкла. Третьи предназначены для оптических компьютеров, люминофоров, сцинтилляторов, дисплеев ноутбуков.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Учебник химии 8 класс О. С. Габриелян.

2. Учебник физики 10 класс Г.Я. Мякишев

3. https://yandex.ru/

4. http://mamaschool.ru/

5. http://www.hintfox.com/

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение №1

Приложение №2

Приложение №3

Приложение №4

Приложение №5

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/411307-proekt-po-teme-kristally-ih-vyraschivanie