Введение

Западное окружное управление департамента образования
ГОУ СОШ № 887 с гимназическими классами
Учебное исследование по теме:
« КРИСТАЛЛЫ»»
Авторы: ученица 5 «А» класса Сапелко Александра
ученица 5 «А» класса Денисова Елена.
Научный консультант: Дынько Ирина Павловна,
учитель естествознания, высшей категории
ГОУ СОШ № 887
Москва, 2009 .
1
Содержание
Введение………………………………………………………………………3
Кристаллы…………………………………………………………….............5
Кристаллическая решетка…………………………………………………...6
Лабораторная работа: Выращивание кристаллов ………………….. …… 8
Заключение……………………………………………………………….. ..12
Список литературы………………………………………………………….13
2
Введение
Выйдете на улицу в тихий зимний день, когда медленно падает снег, и
присмотритесь к снежинкам. Звёздочки эти составлены из тонких ледяных
иголочек. Лишь изредка попадаются сплошные шестиугольные пластинки. У
снежинок всегда шесть лучей. И тем не менее они разные: ледяные иголки
всякий раз сложены в новый причудливый узор. Один учёный сделал 2500
фотоснимков снежинок, и все они оказались разные. Толстый лёд на реке
составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. Они бывают
видны весной во время таяния льда. И иголочки снежинок и «карандашики»
- это кристаллы замёрзшей воды.
Кристалл обладают особыми свойствами. Проникнуть во внутренний
мир кристаллов помогли рентгеновские лучи – те самые, которыми в
поликлинике просвечивают больных. Кристаллические твердые вещества
встречаются в виде отдельных одиночных кристаллов - монокристаллов - и в
виде поликристаллов, представляющих собой скопление беспорядочно
ориентированных мелких кристалликов - кристаллитов, иначе называемых
(кристаллическими) зернами.
Проблема изучения кристаллов имеет исключительно большое в научно
исследовательской работе, поскольку развитие новой техники требует
создания новых материалов с особыми свойствами. В связи с этим
необходимо ознакомиться с основами кристаллизации и с современными
представлениями о структурах кристаллических веществ.
Цель работы: исследовать способ выращивания кристаллов соли, фосфат
моноаммония, сахара основанного на испарении насыщенного раствора при
постоянной
температуре;
приобретение
кристаллов.
3
навыков
по
выращиванию
Методы
исследования:
наблюдение,
измерение
лабораторный
эксперимент.
Задачи исследования:
1. Изучить кристаллы и кристаллическую решетку;
2. Провести лабораторную работу по выращиванию кристаллов соли,
сахара и фосфата моноаммония;
3. Рассмотреть кристаллы в микроскоп
4. Изучить кристаллизацию
Кристаллы
обладают
своеобразной
эстетикой.
Если
рассмотреть
кристаллы в микроскоп, то можно увидеть красоту геометрических форм
кристаллов.
4
КРИСТАЛЛЫ.
Слово «krystallos» в переводе с греческого обозначает «лёд». Но этим
словом называют не только кристаллы замёрзшей воды. Почти все горные
породы
состоят
из
кристаллов.
Руды
металлов
и
сами
металлы,
выплавляемые из этих руд, соль, сахар и многое другое вокруг нас – это всё
кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов – драгоценные
камни. Кристалл обладают особыми свойствами, которые зависят не только
от того, какие атомы их составляют, но и от того, как эти атомы
расположены.
Проникнуть
во
внутренний
мир
кристаллов
помогли
рентгеновские лучи – те самые, которыми в поликлинике просвечивают
больных.
Кристалл – однородное твердое тело, мельчайшее составляющее
которое – атомы, расположенные в строгом порядке и образуют
кристаллическую
красотой.
решетку.
Большинство
минералов
поражают
своей
Так же, как и цвет, блеск – один из параметров определения
минералов. Самыми распространенными определениями блеска являются
алмазный блеск, стеклянный блеск, матовый. Кристаллы, выращенные нами,
так же имеют красивый блеск.
Кристалл обладают особыми свойствами. Кристаллические твердые
вещества
встречаются
в
виде
отдельных
одиночных
кристаллов
-
монокристаллов - и в виде поликристаллов, представляющих собой
скопление
беспорядочно
ориентированных
мелких
кристалликов
кристаллитов, иначе называемых (кристаллическими) зернами.
5
-
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА.
Для
описания
используются
атомно-кристаллической
представления
о
структуры
трехмерной
веществ
пространственной
кристаллической решетке. Следует различать понятия структура кристалла и
пространственная решетка. Структура - это физическая реальность, а
пространственная решетка - геометрическое построение, помогающее
выявить законы симметрии структуры кристалла. Симметрия является очень
важным
геометрическим
свойством
твердых
тел.
Все
кристаллы
симметричны. Это значит, что в каждом кристаллическом многограннике
можно найти плоскости симметрии, оси симметрии, центр симметрии или
другие элементы симметрии так, чтобы совместились друг с другом
одинаковые части многогранника. Все элементы симметрии повторяют
одинаковые части фигуры, все придают ей симметричную красоту и
завершенность. Под
симметрией понимается способность твердого тела
совмещаться с самим собой в результате его движений или воображаемых
операций над его точками. Чем большим числом способов такое совмещение
возможно,
тем
более
симметричной
является
форма
тела.
При
преобразованиях точечной симметрии по крайней мере одна точка объекта
остается неподвижной.
Кристаллическая решётка – трёхмерное расположение атомов, ионов
или молекул в кристаллическом веществе. Иногда этот термин употребляется
в
более
узком
смысле
для
обозначения
схематических
рисунков,
воспроизводящих взаимное расположение атомов, ионов или молекул. В
зависимости от природы частиц различают атомные, молекулярные, ионные,
и металлические кристаллические решетки. Элементарная ячейка, в общем
случае представляет собой косоугольный параллелепипед
6
кристаллическая решётка
Каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов
и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого
кристалла это число и порядок всегда постоянны. Но некоторые вещества
имеют не одну. А две, три или даже больше кристаллических форм, конечно
тоже строго определённых. В зависимости от того, как расположены его
атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым
на свете камнем, либо серовато – чёрным мягким графитом, который вы
видите в карандаше.
кристаллическая решетка графита
7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА : Выращивание кристаллов.
Существуют
два
простых
способа
выращивания
кристаллов
из
пересыщенного раствора: путем охлаждения насыщенного раствора или
путем его выпаривания. Первым этапом при любом из двух способов
является приготовление насыщенного раствора.
Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с
повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением
температуры — уменьшается. Избыток вещества раствора выпадает в виде
кристаллов. Мы еще вырастили кристаллы при комнатной температуре, без
физического воздействия, используя природную среду.
Оборудование : дистиллированная вода, стакан, контейнер для фосфат
моноаммония стеклянная палочка, насыщенный раствор соли, сахара и
сульфата мониаммония, микроскоп.
Порядок выполнения работы.
1.
Мы тщательно вымыли стакан и подержали его над паром.
2.
Налили 100 мл. дистиллированной воды в стакан и нагрела ее до 100 С.
Приготовили насыщенный раствор соли и слили его через ватный фильтр в
чистый стакан. Закрыли стакан крышкой. Подождала пока раствор остынет
до комнатной температуры, и открыли стакан. Через некоторое время
началось выпадание кристаллов.
3.
Через сутки слили раствор через ватный фильтр в чистые 2 стакана
(разделили на 2 части). Среди множества кристаллов оставшихся на дне
первого стакана выбрали самый чистый кристалл правильной формы.
Прикрепили кристалл – затравец к нитке и подвесили его в раствор.
Поставила 1стакан в теплое место и 1стакан в холодное.
4.
К выступающим частям кристалла – вершинкам и ребрам – вещество
поступает в большем количестве. При комнатной температуре ( +20 С )
кристаллы соли выросли за 7 дней, кристаллы сахара за 30 дней, фосфат
моноаммония за 3 дня. В холодильнике при температуре ( +5 С ) соль
8
выросла за 25 дней, сахар за 63 дня ( мелкие кристаллы ), фосфат
моноаммония за 10 дней.
5.
В дальнейшем мы вынули кристаллы из раствора, тщательно осушили
салфеткой. Кристалл затравец увеличился в несколько раз от начальных
размеров затравки. На этом выращивание кристаллов завершено.
6. Для кристаллов сульфата моноаммония мы растворили 40 гр.
химического порошка в пластмассовую чашку и оставили немного порошка
примерно 1/5 бутылочки для использования как затравочный кристалл.
Отмерили 40 мл. воды и аккуратно налили её в пластмассовую чашку где
находился порошок. С помощью стеклянной палочки мы перемешивали воду
с порошком, в чашке пока химический порошок не растворился. Положили
несколько маленьких камушков в контейнер со шкалой. Медленно налили
полученный от химического порошка раствор в контейнер для кристаллов,
чтобы он закрыл камушки. Потом взяли оставшийся порошок кристалл так,
чтобы он осел на камушках. Это (семена) кристаллов. Накрыли контейнер с
кристаллами крышкой. Поставили его в место где он не подвергался
перепадам температур. Через несколько часов мы увидели, что на кристаллах
появилась маленькая кристаллическая структура.
7. Выращенные кристаллы мы изучили под микроскопом, и все они
оказались одинаковой формы.
Кристаллы соли
9
Кристаллы сахара
Кристаллы фосфата моноаммония
кристаллы графита
10
Вывод:
Выращивая кристаллы в период с 3 до 63 дней в зависимости от
вещества, мы убедились, что атомы кристаллов имеют правильную
геометрическую форму, и когда они сращиваются в один кристалл, тот
приобретает так же
правильную геометрическую форму с небольшими
отклонениями.
В этой лабораторной работе мы научились выращивать кристаллы
соли, фосфата
моноаммония и сахара двумя способами: охлаждением и
выпариванием. Узнали, что этими способами можно выращивать кристаллы
любых
других
простых
веществ,
концентрированное вещество и
кристаллов. Благодаря
а
так
же,
что
необходимо
определенные условия для получения
полученным знаниям мы
успешно провели
эксперимент и вырастили кристаллы соли, сахара и фосфата моноаммония,
что говорит о достижении поставленной цели задач работы.
11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Поставленная в работе цель по исследованию способов выращивания
кристаллов соли, фосфата моноаммония, сахара основанного на испарении
насыщенного раствора при постоянной температуре и приобретение навыков
по выращиванию кристаллов считаем достигнутой.
Мы научились пользоваться электронным микроскопом, выращивать
кристаллы соли, фосфата
моноаммония, сахара и узнали, что можно
выращивать кристаллы любых других простых веществ. Узнали, что
необходимо для
выращивания
Продемонстрировали,
что
и
как
происходит рост кристаллов.
кристаллизация
–это
процесс
образования
кристаллов из вещества, переходящего из газообразного или жидкого
состояния в твёрдое или возникающего из раствора.
Кристаллы, выращенные нами имеют блеск и удивительные
правильные геометрические формы. Наша работа дает возможность более
глубоко рассмотреть вещества с кристаллическим строением и может быть
использована при изучении естествознания в 5 классе по теме «Твердые
вещества», а так же при изучении строения вещества в 8 классе на уроках
химии.
Кристаллизацию широко используют в лабораторных и промышленных
условиях для очистки и разделения на составляющие сложных соединений.
Учёные настойчиво исследуют кристаллы. Теперь уже кроме микроскопа и
рентгеновских лучей есть много других средств их изучения. Из кристаллов
делают много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы
применяют в радиотехнике. В часах – тоже используют кристаллы. У
кристаллов множество и других применений в зависимости от их свойств.
Наиболее удобна в хранении и использовании кристаллизованная форма соли
и сахара.
12
Используемая литература
Большая иллюстрированная энциклопедия «Наука и техника».Пер. с англ. А.
В. Немирова.
Детская энциклопедия «Что такое? Кто такой?» Том 2.Издательство
«Педагогика».
13