Медный купорос

МБОУ «СОШ 1 им.Д.Хугаева с.Ногир»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ

« ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ МЕДНОГО КУПОРОСА»

Выполнила: ученик 8 класса

МБОУ «СОШ 1им.Д.Хугаева с.Ногир»

Багаев Марк Александрович

Руководитель:

Бестаева Альбина Алимбековна

учитель химии

МБОУ «СОШ 1 им. Д.Хугаева с. Ногир»

Оглавление

Введение

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

твердые, прямолинейные законы».

А.Е. Ферсман.

Изучая дополнительную литературу, я узнала, что кристаллы можно вырастить не только в лабораторных, но и в домашних условиях. Причем авторы источников утверждали, что размер кристалла, выращенный таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей. Так ли это на самом деле? Какие процессы влияют на рост кристаллов, что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми? Эти и другие вопросы побудили меня заняться исследовательской работой «Выращивание кристаллов медного купороса».

Из химии 8 класса мы знаем, что твердое тело имеет кристаллическую структуру. А как же получить кристалл? Надо сказать, что тема «Агрегатные состояния вещества» изучается нами чисто теоретически, по данной теме у нас нет лабораторных работ. Поэтому актуальность моей исследовательской работы состоитв том, что:

1. выполняя ее, мне удалось самой вырастить кристаллы, я почувствовала себя в роли научного исследователя;

2. изучая различные источники, я узнала много нового, интересного из мира кристаллов.

Цель работы: выявить факторы, влияющие на рост кристаллов, рассчитать плотность кристалла медного купороса.

Для реализации поставленной цели я поставила перед собой следующие задачи:

1. Изучить материал о различных способах получения кристаллов.

2. Экспериментально выявить факторы, влияющие на рост кристаллов.

3. Получить кристаллы медного купороса, рассчитать плотность полученных кристаллов медного купороса.

4. Проанализировать полученную информацию, сделать выводы.

Предмет исследования: кристаллы, выращенные из насыщенного раствора медного купороса.

Объект исследования: раствор медного купороса (сернокислая медь).

Гипотеза работы:на рост и форму кристаллов влияют температура, при которой происходит кристаллизация, наличие инородных тел в исследуемом растворе, концентрация раствора, из которого кристаллизуется вещество, положение кристалла во время роста.

Методы:

• Изучение литературных и других информационных источников.

• Проведение эксперимента.

• Анализ информации, обработка полученных результатов.

Теоретическая часть

К ристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие между собой прямые углы. Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического тела – льда.

Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Все кристаллы имеют кристаллическую решётку.

В заимодействие частиц в кристалле приводит к тому, что частицы устанавливаются только в определённых положениях, где силы, действующие на них, оказываются скомпенсированными, а потенциальная энергия их взаимодействия становится наименьшей. Такое строение и называют кристаллической решёткой, а положения, в которых могут располагаться частицы, - узлами кристаллической решётки.

Н а рисунке показана модель строения кристаллической решётки поваренной соли. Это так называемая элементарная ячейка, в её узлах расположены положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора. Если представить, что вправо и влево от этой ячейки вплотную «приставятся» такие же ячейки, образуется ряд. А если такие же ряды присоединятся спереди и сзади, сверху и снизу, то получится сооружение, внутреннее строение которого аналогично строению кристалликов поваренной соли.

Чтобы понять, например, орнамент, надо всего лишь найти закономерность построения и рисунок, который часто повторяется. Аналогично, чтобы представить строение кристалла, достаточно знать строение элементарной ячейки.

Выращивание кристаллов - процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми?

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например из сахара, поваренной соли, медного купороса.

По размерам природные кристаллы могут быть самыми разными: от микроскопических, до весьма крупных вплоть до нескольких метров длиной и в поперечном сечении. Внешний облик кристаллов зависит от того, насколько спокойно происходил их рост. Большинство кристаллов в природе растут медленно - тысячи и миллионы лет. Некоторые кристаллы растут очень быстро, например кристаллы растворимых солей. Одиночные крупные кристаллы встречаются редко. Большинство веществ с кристаллическим строением - поликристаллы. А что же интересного в монокристаллах? Монокристаллы можно выращивать.
Рост кристалла - отложение на гранях все новых и новых слоев вещества. От порядка расположения частиц зависит форма кристалла: куб, призма, или другой многогранник.

В реальности кристаллы редко имеют идеальную без погрешностей и вкраплений форму.

Итак, попробуем вырастить кристаллы, выясним, какие факторы влияют на рост и форму кристаллов. Для исследований возьмем раствор медного купороса.

Практическая часть

Опыт № 1

Цель: опытным путем выявить, из какого насыщенного раствора быстрее можно вырастить кристаллы.

Изучая, различные источники, мною были найдены различные рецепты приготовления насыщенных растворов солей:

Раствор 1: использую растворимость порошка медного купороса при 20°С, она составляет 35,6 г в 100 г воды. Например, если взято 200 мл воды, значит необходимо 35,6·200/100= 71,2 г CuSO4 · 5H₂O. А как быть при других температурах?

С ростом температуры растворимость сульфата меди сначала увеличивается, потом почти перестает зависеть от температуры. Поэтому, чтобы исключить влияние колебаний температуры, точности взвешивания и других факторов, беру количество медного купороса, раза в полтора больше расчетного. Например, это 71,2·1,5 = 107 г. Заливаю порошок водой и оставляю примерно на сутки, время от времени перемешивая. Когда растворение медного купороса прекратится, и наступит равновесие, профильтрую раствор через неплотную фильтровальную бумагу или вату. Избыток соли останется на фильтре - его можно снова высушить и использовать повторно.

Раствор 2: растворяю в горячей воде как можно больше вещества (до насыщения) и оставляю раствор остывать, температура в нем будет понижаться слишком быстро, и образуется слишком много мелких кристалликов.

Раствор 3: беру 0,5 л банку, делаю вокруг нее теплоизоляцию из ваты. Теперь аккуратно насыпаю в неё (примерно на 1/5 ее высоты) медного купороса, наливаю (до половины) кипятку, закрываю бумагой, а сверху прикрываю ватой. Так банку оставляю на всю ночь.

Когда раствор остывает, получаются красивые кристаллики медного купороса для затравки.

Насыщенные растворы медного купороса № 1, №2, №3 с затравкой.

В ывод: лучшая затравка для дальнейшего роста кристаллов получилась из раствора № 3, изготовленного на основе медного купороса.

Порошок медного купороса Кристаллики медного купороса (затравка)

Для дальнейших исследований мною использовался раствор № 3, затравка для кристалла тоже была получена из этого же раствора.

Опыт № 2

Цель: вырастить кристалл медного купороса, проверить, как влияет на рост кристалла освещенность места, где находится насыщенный раствор с затравкой.

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. По мере испарения воды, в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму ромба.

Итак, процесс выращивания кристаллов можно разделить на следующие этапы:
1) приготовить насыщенный раствор медного купороса (рецепт № 3);

2) насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что кристалл будет увеличиваться);
3) привязать на нитку кристаллик, а нитку подвязать, например, к стержню и положить стержень на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор; кристаллик опустить в насыщенный раствор;

4) перенести емкость с насыщенным раствором и затравкой в место, где нет сквозняков, вибрации;

5) накрыть чем-нибудь сверху емкость с кристалликом, например, бумагой, от попадания пыли и мусора. Оставить раствор на несколько дней.

1 - стеклянная баночка, 2 - крышка, 3 – раствор,

4 - исходный кристаллик (зародыш)

Простейшая установкадля выращивания кристаллов из водных растворов.

Важно помнить:

1) кристаллики нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора;

2) не допускать попадания мусора в раствор;

3) следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.

Итак, кристаллик готов. Проверяю, влияет ли на рост кристалла освещенность места, где находится насыщенный раствор с затравкой. Для этого емкость с раствором и затравкой устанавливаю:

1. на оконный подоконник (хорошо освещенное место)

2. на шкаф (средне освещенное место)

3. внутри закрытого шкафа (плохо освещенное место)

Результаты исследований записаны в таблице №1.

Для исследований была взята затравка кристалла медного купороса одинакового размера (5 мм).

Таблица №1.

На основе полученных измерений делаю вывод: освещенность места, где находится насыщенный раствор с затравкой, особо не влияет на рост кристалла. Но лучше раствор ставить в средне освещенное место, так как на подоконнике, где у нас вырос достаточно большой кристалл под действием солнечных лучей кристалл начал таять.

Опыт № 3

Цель: проверить, влияет ли на рост кристаллов температура помещения, где находится насыщенный раствор с затравкой.

Данное исследование проводилось в домашних условиях, где емкости с насыщенным раствором медного купороса и затравкой устанавливались: 1) в холодильник (t = 8 ⁰C), 2) на полке шкафа (t = 21 ⁰C), 3) возле батареи обогревателя (t = 28 ⁰C)

Результаты измерений представлены в таблице №2.

Таблица № 2.

На основании полученных измерений делаю вывод: больших размеров достиг кристалл, который наращивался при температуре 28 ⁰С, хотя теоретически процесс кристаллизации должен протекать быстрее при более низкой температуре. Кристаллы образуются при охлаждении расплавов или насыщенных растворов (с понижением температуры растворимость обычно уменьшается). Объяснить полученный результат можно тем, что на процесс кристаллизации оказывает влияние вибрация холодильника.

Опыт № 4

Цель: вычислить плотность кристаллов медного купороса.

Приборы и материалы: лабораторные весы, разновесы, измерительный цилиндр (мензурка), кристалл медного купороса.

Для определения массы кристаллов медного купороса я использовала лабораторные весы с набором гирь.

Для определения объема кристалла – измерительный цилиндр (мензурка).

Плотность вычисляли по формуле

Результаты измерений и вычислений представлены в таблице №3.

Таблица №3.

Таким образом, я определила плотность кристаллов медного купороса, причём результаты наших измерений практически совпадают с табличными данными (2, 142 г/см³).

Опыт № 5

Цель: выяснить влияет ли на рост кристаллов насыщенность раствора медного купороса.

В случае, когда в трех стаканах была налита жидкость разной концентрации, происходило следующее: при насыщенном растворе кристалл рос быстрей, на дне и на стенках стакана образовались мелкие кристаллики (раствор обновлялся 1 раз в неделю). Во втором стакане – насыщенный раствор, но раствор обновлялся редко (рост кристалла замедлялся, кристалл практически не рос). В третьем стакане при малой концентрации раствора – кристалл, к сожалению, растворился.

Вывод: чем больше концентрация раствора, тем быстрее растет кристалл.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/472494-mednyj-kuporos