Оплетаев А, Созонов Н_СФУx

УДК 548.313.25
Влияние катионов и анионов на формирование кристаллов медного купороса
Созонов Никита, Оплетаев Алексей, 8 класс, КМКК
Руководитель: Роор Наталья Васильевна, учитель химии и биологии КМКК
Введение
2014
год
объявлен
Ассамблеей
ООН
годом
кристаллографии,
современной
кристаллографии исполняется 100 лет [1], значит исследования в этой области, очень
актуальны во всём мире, мы тоже не захотели остаться в стороне от этой темы, решив
выполнить посильную нам учебно-исследовательскую работу по исследованию влияния
различных компонентов на процессы роста кристаллов медного купороса.
Выбрав тему, мы столкнулись с проблемой: нашли много информации в разных
номерах журнала «Химия и химики» о том, как вырастить кристаллы из разных веществ.
Представлены были сведения о выращивании кристаллов из сульфата меди, сульфата
железа, сульфата никеля, ацетата меди, алюмоаммонийных квасцов, алюмокалиевых
квасцов, и других веществ. Представлены коллекции фотографий полученных кристаллов.
Из всей прочитанной литературы, мы не нашли исследования, в котором изучалось
влияние конкретных примесей, наоборот приводились примеры, что примеси мешают
росту кристаллов. Но был приведён единственный пример добавления сульфата калия, что
повлияло на форму кристаллов. Значит, такие исследования можно проводить.
Цель работы: Изучить влияние катионов натрия, калия, магния, железа и анионов хлора,
карбоната на формирование кристаллов медного купороса.
Задачи:
1.Изучить литературу по теме исследования.
2.Найти методики быстрого и медленного выращивания кристаллов медного купороса без
примесей, вырастить кристаллы, сравнить результат.
3.Найти методики выращивания кристаллов, с использованием примесей.
4.Собрать коллекцию выращенных кристаллов, установить влияние примесей на рост и
формирование кристаллов.
Методы исследования: поиск информации, наблюдение, химический эксперимент.
Выдвигаем гипотезу, что добавление в раствор сульфата меди дополнительных примесей:
катионов и анионов будет влиять на скорость роста кристаллов и их форму.
Основное содержание
Кристаллы являются удивительными созданиями природы. Считается, что кристаллы
обладают некоторыми свойствами живых существ. В самом деле,
они умеют расти.
Кристаллы умеют размножаться: там где был один кристалл, со временем может появиться
их
целая группа. Кристаллы способны залечивать повреждения. Они имеют чёткую
структуру, которая как бы передаётся по наследству. Конечно, никто впрямую не называет
кристаллы живыми существами, но всё же, список их особенностей впечатляет. Тем более,
если учесть, что многие люди верят в лечебные свойства кристаллов и в их способность
влиять на настроение человека. Кристаллическое строение имеют и камни самоцветы.
Каждый кристалл и камень-самоцвет по - своему хорош. [5]
Описание кристаллов медного купороса
Медный купорос – пятиводный сульфат меди является кристаллогидратом сульфата меди,
в структуру данного вещества входят ещё молекулы воды. Непосредственно с атомом меди
связаны лишь четыре молекулы воды, а пятая находится в пустотах кристаллической
решётки[3]. Кристаллы медного купороса синие, ромбовидные. Окраска медного купороса
вызвана именно гидратированными ионами меди. В древности его называли витриолом (от
латинского слова vitrum-стекло), так как крупные кристаллы напоминают цветное синее
стекло.
Практическая часть
Методики выращивания медного купороса
1. Растворить медный купорос в горячей воде, охладить раствор, опустить в него
нитку с затравкой и подождали несколько часов. На нитке выросли поликристаллы
медного купороса.
2. Чтобы вырастить
большой кристалл, нужно приготовить насыщенный раствор
медного купороса. Насыщенным называется раствор, который находится в
равновесии с нерастворенным веществом (твердым, жидким или газообразным).
Следовательно, насыщенный раствор содержит максимальное количество вещества,
которое может раствориться при данной температуре. Чтобы приготовить
насыщенный раствор медного купороса, сначала нужно рассчитать, сколько нужно
взять
соли.
Растворимость медного купороса при 20°С составляет 35.6 г в 100 г воды. Например,
если взять 200 мл воды, значит соли необходимо 35.6·200/100= 71.2 г CuSO4 · 5H2O.
С ростом температуры растворимость сульфата меди сначала увеличивается, потом
почти перестает зависеть от температуры. Чтобы исключить влияние колебаний
температуры в лаборатории, точности взвешивания и других факторов нужно взять
количество медного купороса, в полтора раза большее расчетного. Залить соль
водой и оставить примерно на сутки, время от времени перемешивая. Когда
растворение медного купороса прекратится, и наступит равновесие, профильтровать
раствор через неплотную фильтровальную бумагу или вату. Избыток соли останется
на фильтре - его можно снова высушить и использовать повторно. Налить
полученный раствор в стакан или банку.
сформированный кристаллик и привязать
Выбрать
крупный и хорошо
его к нитке. Кристаллик послужит
затравкой. Накрыть стакан марлей - для защиты от пыли. Если в стакане будет
образовываться осадок из мелких кристалликов – перелить раствор в чистый стакан
и перенести в него кристалл.
3. К сожалению, на воздухе кристаллы медного купороса теряют часть своей воды,
при этом происходит их выветривание (разрушение). Чтобы кристаллы медного
купороса сохранились дольше, их нужно поместить в плотно закрытую банку и
хранить в прохладном помещении.
Заключение:
На основании проделанной работы можно сделать выводы:
1.Изучили литературу по теме, выяснили процессы, которые происходят при
выращивании кристаллов.
2.Провели самостоятельное выращивание поликристаллов подкисленного сульфата меди
и дигидрофосфата аммония методом быстрого охлаждения раствора.
3.Провели самостоятельное выращивание кристаллов медного купороса с добавлением
катионов натрия, калия, магния, железа и хлорид и карбонат анионов методом медленного
испарения.
4.Сравнили размеры, форму, скорость роста кристаллов из медного купороса с добавками.
5.Собрали коллекцию кристаллов.
Литература:
1.Ковальчук М.В. Журнал Успехи химии №12 2014 год
2. Иванов В.К., Фёдоров П.П., Баранчиков А.Е. ВВОсико Ориентированное сращивание
частиц:100 лет исследования кристаллического механизма роста кристаллов Журнал
Успехи химии №12 2014
3. Энциклопедия для детей Аванта+ химия Москва 2006
4.Журнал Химия и химики №2 2010 статья «Как быстро вырастить кристаллы медного
купороса».
5.Афонькин Сергей Юрьевич. Минералы и драгоценные камни. Издательство «Балтийская
книжная компания», 2012.-96 стр
6. http://mirkristallov.com/kristally-v-prirode/kak-kristally-rastut-iz-rasplavov/
7.Москва. Научное издательство «БОЛЬШАЯ РОССИЙСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ».2010,
751 стр.Стр. 45-46