Образование кристалловx

Межрегиональная дистанционная конференция-конкурс
Учащихся 1-7 –х классов
«Первые шаги в науку»
Секция «Окружающий мир»
ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ
Выполнил:
Санников Борис Алексеевич
ученик 1 «Б» класса
МАОУ гимназия № 6
г. Новороссийска
Научный руководитель:
Камышова Татьяна Сергеевна,
учитель начальных классов
2011 г.
ВВЕДЕНИЕ
Кристаллами называют твердые тела, в которых расположение атомов
или молекул друг относительно друга периодически повторяется в
пространстве.
Кристаллы
красивых
и
–
одно
загадочных
из
самых
творений
природы. Они бывают различных цветов,
в
большинстве
своем
прозрачны
и
обладают красивой, правильной формой.
Практически все твердые тела в природе
являются кристаллическими: поваренная
соль, песок, гранит, сера, все драгоценные камни и даже снег.
Человек
повсеместно
использует
кристаллы
в
своей
жизнедеятельности: и в промышленности, и в быту. Вот почему я
попробовал вырастить кристаллы медного купороса.
Гипотеза: кристаллы можно вырастить дома.
Цель работы: исследовать возможность роста кристаллов в
домашних условиях на примере медного купороса.
Поставленные задачи:

провести анализ научной и научно–популярной литературы по теме
исследования;

выявить объективные условия образования и роста кристаллов;

вырастить кристаллы медного купороса в домашних условиях;

изучить полученные результаты.
Многие природные кристаллы, которые мы можем увидеть в
минералогических музеях, образуются из горячих водных растворов
(геотермальные воды). Примером может служить изумруд. Но иногда на
поверхности земли создаются такие условия, при которых происходит
образование кристаллических веществ в холодных насыщенных водных
растворах. Так образуются очень красивые кристаллы гипса - СаSO4·2H2O,
галита -NaCl, флюорита - СаF2. В данном проекте мы попытаемся в
домашних условиях вырастить из насыщенного водного раствора кристаллы
медного купороса СuSO4·5Н2О.
Природным аналогом медного купороса, получаемого в химической
промышленности, является минерал халькантит. ХАЛЬКАНТИТ
– от
греческого халькос – медь, антос – цветок. Синтезированные формы
Cu[SO4]5H2O: камень галицийский синий, купорос медный, цианозит.
Редкий. Цвет: голубой, синий до зеленовато-синего. Блеск стеклянный.
Твердость 2 – 2,5. Плотность 2,2 – 2,3. В воде легко растворяется.
Встречается в зоне окисления медных руд или выпадает из водных растворов
на медных рудниках. Редок ввиду легкой растворимости.
ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ
Для того, что бы начать работу надо приобрести порошок медного
купороса (это можно сделать в любом хозяйственном магазине). Затем надо
приготовить насыщенный раствор медного купороса (насыпать порошок в
стеклянный стакан на одну четвертую по высоте и залить горячей кипяченой
водой). Если использовать нечистый порошок, то через несколько часов на
дне стакана образуется осадок в виде белых хлопьев. Нужно перелить
раствор в другой стакан, оставляя белый осадок в прежнем стакане. Тогда
получится насыщенный раствор, пригодный для выращивания кристаллов.
Для того, чтобы кристалл рос большим и правильным, нужно
вырастить затравки. Для этого надо вылить раствор на блюдце тонким слоем.
Когда с поверхности блюдца испарится вода, то раствор получится
перенасыщенным и вскоре на блюдце образуются маленькие кристаллы затравки по 3 мм, имеющие призматическую форму.
Выбираем несколько наиболее крупных кристаллов. Кладем их в
чистый стакан и наливаем туда наш раствор. Благодаря испарению наши
затравки быстро увеличиваются в размерах. За пять дней затравка вырастает
до размера в 16 мм. Из-за быстрого испарения раствора возможно выпадение
мелких кристаллов на грани затравок. Для выращивания монокристалла
необходимо очистить грани. Я очищал грани затравок простым удалением
кристаллов-паразитов, обламывая их вершины.
Я взял одиночный кристалл - затравку, обвязал его тонкой леской и
подвесил в центре стакана с насыщенным водным раствором медного
купороса. Вода из раствора испаряется, он становится перенасыщенным, и
молекулы CuSO4 осаждаются на затравке. Нами замечено, что в растворе
плавают очень мелкие кристаллики, которые сверкают гранями при ярком
свете. Эти кристаллики, когда достигают определенной массы, осаждаются
на дне или на верхней грани затравки. Что бы наш кристалл рос чистым, его
верхнюю грань приходится каждый день очищать от мелких кристалликов.
Леска постепенно врастает в кристалл. При этом заметно, что нижняя грань
растет быстрее, а верхняя – медленнее. Узел лески, который находится на
верхней грани, врастает в кристалл последним. Мной было подмечено, что
если
стакан
несколько
дней
не
трогать,
то
раствор
начинает
кристаллизоваться по краям банки, подымаясь к горлышку.
Для того чтобы это не происходило, лучше каждый день переливать
раствор в чистый стакан. Это поможет избежать осаждения мелких
кристалликов на верхнюю грань затравки. За месяц я получил кристалл
размером 6 см. Выросший кристалл прозрачен и имеет достаточно
однородную структуру. Этим мы доказали, что кристалл можно вырастить
методом «испарения». А так же смогли изучить условия, в которых рос
кристалл.
ДНЕВНИК НАБЛЮДЕНИЙ
Дата наблюдения.
Действие, результат
7.03.2011г
Приготовление перенасыщенного
раствора медного купороса.
(Стеклянная емкость, 50 мл воды
≈ 90 ˚С, и 40 г медного купороса).
Опустил затравочный кристалл
неправильной формы на нитке.
8.03.2011г
Изменений нет.
9.03.2011г
Форма кристалла стала медленно
меняться, так как на нем
образовались мельчайшие
кристаллы.
10.03.2011г
Форма кристалла изменилась.
Количество раствора
уменьшилось.
11.03.2011г
Форма кристалла стала
принимать форму правильного.
12.03.2011г
Продолжения изменения формы.
«Достройка» формы кристалла до
правильной.
13.03.2011г
Продолжения изменения
формы.«Достройка» формы
кристалла до правильной.
14.03.2011г
Форма кристалла практически
правильна.
ИТОГИ РАБОТЫ
В домашних условиях выращены кристаллы медного купороса методом
испарения и методом охлаждения перенасыщенного раствора:
При выращивании кристаллов были замечены следующие особенности:
1. Верхняя грань кристалла вырастает меньше нижней. Это можно объяснить
тем, что насыщенный раствор (более тяжелый) опускается в низ, а менее
насыщенный после выпадения из него вещества на кристалл поднимается
вверх.
.
Вывод:
для получения правильного по форме кристалла необходимо
постоянное перемешивание раствора.
2. Если кристалл растет скачкообразно, то он получается непрозрачный,
зональный и трещиноватый.
Вывод: для получения кристалла хорошего качества необходимо создание
постоянных условий роста, т.е раствор должен быть постоянно слегка
перенасыщенным. Это лучше достигается методом испарения. Если
необходимо быстро вырастить кристалл любого качества, то быстрее будет
использовать метод охлаждения раствора.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ МЕДНОГО КУПОРОСА:
1. Наибольшее количество медного купороса расходуется на борьбу с
вредителями в сельском хозяйстве (от грибковых заболеваний и
виноградной тли), а также для протравливания зерна.
2. Кристалл медного купороса наиболее важная соль меди, часто служит
исходным сырьём для получения других соединений.
3. Безводный сульфат меди можно использовать как индикатор влажности, с
его помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых
других веществ.
4. В
пищевой
промышленности
изредка
используется
консерванта (пищевая добавка Е519).
5. Применяют при получении минеральных красок.
6. При выделке кож.
7. В гальванических элементах.
в
качестве
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фадеев М.А. Основы кристаллографии.
— М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.
2. Головачев В.П., Сафьянов Ю.Н., Чупрунов Е.В. и др. Задачи по
кристаллографии. — Санкт-Петербург: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
3. Лобзова Р.В. Кристаллография. — Москва: Издательство Российского
университета дружбы народов, 2008.
4. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твёрдого тела.- М.: Высшая школа,
2000.
5. Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фадеев М.А. Кристаллография. –М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2000.