Конспект урока “Кристаллы в природе и технике” деятельности. Класс: 6

Конспект урока “Кристаллы в природе и технике”
Вид урока: урок-беседа по изучению нового материала с элементами исследовательской
деятельности.
Класс: 6
Цели урока: образовательная – усвоение основных сведений о строении и применении кристаллов в науке и технике;
- умение работать с учебником;
- ознакомление с изображениями кристаллов воды, образованных при разной температуре;
- наблюдение роста кристаллов поваренной соли в водном растворе;
- наблюдение быстрого роста сильных связей при росте кристаллов из спиртового раствора салициловой
кислоты (1% или 2%) и водного раствора гипосульфита натрия;
- ознакомление с одним из способов искусственного выращивания кристаллов.
развивающая (воспитательная) – продолжение развития интереса к изучению научно- популярной литературы;
- продолжение формирования интереса к проведению эксперимента, исследовательской работы (в том
числе и домашней лабораторной работе);
- формирование самостоятельно подводить итоги после проведения эксперимента.
Оборудование: учебники по физике – 5, тридцать зеркал небольшого размера (по два зеркала на каждый стол), 30 луп (по 2 штуки на
стол), прибор по поляризации света (проекционный фонарь), колба, водный насыщенный раствор поваренной
соли NaCl 100 мл (готовится заранее учителем), раствор салициловой кислоты (1% или 2%) 200 мл, водный
насыщенный раствор гипосульфита натрия Na2S2O3, кристаллы медного купороса CuSO4, перманганата калия
KMnO4, фрагмент видеофильма “Рост кристаллов в поляризованном свете”*, фрагмент видеофильма “Примеры
природных кристаллов”* (СD Библиотека электронных наглядных пособий. Министерство Образования РФ, ГУ
РЦ ЭМТО, “Кирилл и Мефодий”, 2003), кристаллы турмалина, фотографии кристаллов воды, полученных при
разной температуре*, каркасные модели кристаллов, солевые кристаллы в форме “бус”, “яйца Фаберже”,
выращенные выпускниками прошлых лет, минералы, репродукция малахитового зала Государственного
Эрмитажа*, репродукции минералов*.
План урока:
1. Организационный момент [1 мин].
2. Актуализация знаний: повторение темы “Агрегатные состояния вещества” в форме фронтального опроса [5 мин].
3. Сообщение теоретических сведений по теме урока [15 мин]:
а) что такое кристалл (повторение);
б) примеры природных кристаллов;
в) применение кристаллов (сообщение учителя, чтение материала по учебнику).
4*. Знакомство с моделями кристаллов по фотографиям кристаллов льда [3 мин].
5*. Просмотр видеофрагмента “Рост кристаллов в поляризованном свете” [3 мин].
6. Эксперимент: наблюдение роста кристаллов из водного раствора поваренной соли (в течение всего урока с интервалом
наблюдения 6-7 минут), и образования сильных кристаллических связей из спиртового раствора салициловой кислоты
(1% или 2%), насыщенного водного раствора гипосульфита натрия [11 мин].
7. Подведение итогов урока. Домашнее задание [7 мин].
Записи, написанные учителем на доске до начала урока.
1. Тема урока.
2. C, NaCl, CuSO4, KMnO4, Na2S2O3, SiO2.
Особенности урока.
1. Объём теоретического материала может выходить за рамки одного урока в зависимости от темпа урока, интеллектуального развития
детей. Часть сведений учителем может не сообщаться (материал обозначен *).
2. После каждого блока информации учителем задаются вопросы “Как вы думаете?”, “Кто знает?”, “Кто читал об этом?”, “Кто смотрел
научно-популярные фильмы по заданной тематике?” “Кто догадался?”, “Кто видел?” и т. д. Возможно, часть теоретических сведений
уже известна учащимся, поэтому ученики дополняют рассказ учителя
известными им фактами.
Ход урока.
1. Организационный момент:
Учитель сообщает тему урока и цели урока. Дети записывают тему урока в тетрадь (без печатной основы). Для наблюдения роста
кристаллов поваренной соли из ее насыщенного водного раствора учитель до урока (или в начале урока после объявления темы
урока) проходит по классу и на каждое из зеркал, выданных ученикам, наносит небольшие 2-3 капли раствора. До изучения
основного материала учитель объясняет цели эксперимента.
2. Актуализация знаний:
Фронтальный опрос:
─ Какие четыре агрегатных состояния вещества вам известны?
Ученики: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма.
─ Все ли вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном?)
Ученики: нет, не все вещества в природе могут находиться в трёх агрегатных состояниях.
─ Приведите примеры веществ, которые не могут находиться в одном из агрегатных состояний.
Ученики: дерево, кожа и др.
─ Приведите примеры веществ, которые могут находиться в трех агрегатных состояниях.
Ученики: металлы, вода.
─ Назовите химическую формулу воды.
Ученики: Н2О.
─ К простым или сложным веществам относится вода?
Ученики: вода относится к сложным веществам, т. к. в состав молекул воды входят атомы двух видов – кислорода и водорода.
─ Отличаются ли молекулы воды в твёрдом, жидком и газообразном состояниях?
Ученики: молекулы воды в трёх агрегатных состояниях одинаковые.
─ В чём отличие в расположении и взаимодействии молекул воды в твёрдом, жидком и газообразном состояниях?
Ученики: молекулы воды в твёрдом состоянии расположены в определённом порядке
(в виде сеточки) и близко друг к другу, взаимодействие частиц сильное. Молекулы воды в жидком состоянии расположены
беспорядочно и близко друг к другу, взаимодействие частиц между собой слабое. В газообразной воде частицы расположены
хаотично и практически не взаимодействуют друг с другом.
─ Как располагаются молекулы льда: хаотично или упорядоченно?
Ученики: упорядоченно, в виде сетки.
─ Как называются твердые вещества, в расположении частиц которых наблюдается
порядок?
1
Ученики: кристаллы (название известно из предыдущего урока).
3. Сообщение теоретических сведений по теме урока.
а) Как нам уже известно, многие твёрдые вещества в природе существуют в кристаллическом состоянии. В переводе с латыни kristallos
– “лёд”. Расположение частиц (атомов или молекул) в кристаллах имеет определенный порядок. Кристаллы (минералы) образуются
под большим давлением и определённой температуре на глубине более 20-ти метров.
б) Кристаллическая решетка – модель, удобная для описания внутреннего строения кристаллов. Кружком обозначают атом, линией –
связь между атомами. В действительности атом имеет более сложную структуру, что нам известно из проведённых ранее уроков, и
никаких линий в кристаллах нет. (Демонстрация моделей кристаллических решёток). Линия обозначает связь между атомами.
─ Из чего состоит атом?
Ученики: атом состоит из положительного ядра и вращающихся по орбитам отрицательных электронов.
─ Какие силы существуют между атомами и молекулами?
Ученики: Между атомами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания.
─ Правильно. Что произойдёт с веществом и телами во Вселенной, если между атомами будет действовать только сила притяжения?
Ученики: тела сожмутся до размеров точки.
─ Что произойдёт с веществом и телами во Вселенной, если между атомами будет действовать только сила отталкивания?
Ученики: тела распадутся на отдельные молекулы и атомы.
Кадр “Кристаллы и кристаллическая решетки алмаза, графита, поваренной соли“.
(Демонстрация и комментирование кадров из CD Библиотека электронных наглядных пособий. Министерство образования РФ, ГУ
РЦ ЭМТО, “Кирилл и Мефодий”, 2003.)
На предыдущих уроках, изучая химические формулы простых и сложных веществ, было выяснено, какие элементы в природе являются
самыми распространёнными.
─ Какие химические элементы являются самыми распространёнными на Земле?
Ученики: водород, кислород, углерод.
Рассмотрим схему внутреннего строения и изображение кристаллов алмаза, графита, поваренной соли.
Алмаз – драгоценный камень, самое твёрдое вещество на Земле. Алмаз состоит из атомов углерода.
─ Какой химический знак углерода?
Ученики: С.
─ Под каким номером в таблице Менделеева расположен углерод?
Ученики: № 6.
─ Сколько в атоме углерода протонов и электронов?
Ученики: в атоме углерода 6 протонов и 6 электронов.
─ Назовите полный “адрес” углерода в таблице Менделеева.
Ученики: углерод находится во втором периоде, втором ряду, четвёртой группе.
Кристаллическая решетка алмаза имеет пространственную структуру.
Графит, известный нам как грифель карандаша, тоже состоит из атомов углерода. На изображении вы видите атомные плоскости
графита.
─ Что общего в строении алмаза и графита?
Ученики: алмаз и графит состоят из атомов углерода.
─ Чем отличаются кристаллические решетки алмаза и графита?
Ученики: расположением атомов углерода.
Как видите, одни и те же атомы углерода могут образовывать разные кристаллические решётки по свойствам, внешнему виду и цене
(стоимости).
Кристаллы поваренной соли состоят из ионов натрия и хлора. Кристалл имеет кубическую форму, в вершинах которого находятся
указанные ионы. Ион натрия положительный, ион хлора отрицательный.
─ Что называется положительным ионом?
Ученики: положительный ион – это атом с недостатком электронов.
─ Что называется отрицательным ионом?
Ученики: отрицательный ион – это атом с избытком электронов.
─ Где вы видели кристаллы соли, кроме как дома на кухне?
Ученики: огромное количество кристаллов соли находится в Мёртвом море в Израиле.
─ Кристаллы соли растут из её насыщенного раствора.
Ученики под руководством учителя рассматривают под лупой
образующиеся кристаллы соли из её насыщенного раствора (из капелек на
зеркалах) и обмениваются информацией о форме и размерах кристаллов.
Кадр “Различные кристаллические состояния углерода ” (комментарий
учителя).
Кадр “Монокристалл алмаза”.
Перед вами фотография монокристалла алмаза. В переводе с латыни “моно” –
один. Монокристалл – это кристалл, который нельзя разделить на более мелкие
кристаллы (как атом в веществе). Монокристалл представляет собой целостную
структуру.
─ Почему алмазы красивые?
Ученики: разные варианты ответов.
─ Как расположены атомы углерода в кристалле алмаза: хаотично или
определённым образом, “правильно, красиво” и упорядоченно?
Ученики: правильно, красиво и упорядоченно.
─ Тогда, если кристалл имеет “правильное и красивое” внутреннее расположение частиц, как это отражается на внешнем виде
кристалла?
Ученики: внешне кристаллы тоже красивы.
─ Где применяют кристаллы алмаза?
Ученики: в кольцах, браслетах, амулетах.
Кроме ювелирных украшений алмазные инструменты используются для обработки деталей из самых твёрдых материалов, для бурения
скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, для резки стекла (стеклорезы с алмазным покрытием), медицине – для создания
скальпеля с алмазным наконечником для проведения хирургических операций на глазах (склеропластики, кератотомии) в клиниках им.
В. Фёдорова, “Эксимер” и др.
- Существует ли самый большой алмаз в природе?
Ученики: разные варианты ответов.
Самый большой алмаз из существующих сверкает в созвездии Центавра (в другой галактике). Диаметр этого алмаза равен 1500 км.
Такое же расстояние от Москвы до Челябинска или от Москвы до границы с Грузией. Это расстояние больше, чем протяжённость
2
Германии от западной до восточной границы, больше протяжённости Египта в направлении запад-восток, больше протяжённости всех
Европейских стран по отдельности взятой от западной до восточной границы. Протяжённость Турции от западной границы до
восточной составляет около 1500 км. Космическая драгоценность – бывшая звезда, так называемый белый карлик, который
израсходовал своё термоядерное горючее и “умер”, кристаллизовавшись в огромный алмаз. Кольцо, в которое его можно было бы
вставить, легко наделось бы на нашу Землю.
Галактики, как и кристаллы, тоже образуют “сетчатую структуру” во Вселенной, напоминающую кристаллическую решётку.
Кристаллами являются и другие драгоценные камни.
- Какие драгоценные камни вам известны?
Ученики: разные варианты ответов.
Среди драгоценных камней - кристаллов большой популярностью пользуются горный хрусталь, изумруд, александрит, топаз,
турмалин, золотистый берилл.
Сухарев Иван привёз и подарил мне кристалл из Египта.
Учитель демонстрирует кристаллы медного купороса, перманганата калия и называет их химические формулы (записаны на доске).
Затем учитель показывает кристаллы соли причудливой формы,
выращенные выпускниками прошлых лет и подготавливает учащихся к
домашнему
эксперименту
(частично
объясняет
технологию
выращивания кристаллов в домашних условиях).
Кадр “Примеры природных кристаллов” (видеофрагмент)*.
Кадр “Поликристалл”.
Поликристалл – это кристалл, состоящий из нескольких монокристаллов. В
переводе с латинского языка “поли” – много. Перед вами фотография
поликристалла причудливой формы.
в) ─ Известно ли вам, где еще применяют кристаллы?
Работа с учебником: стр. 174 (см. приложение).
Итак, кристаллы используют в МР-3 плеерах, лазерах (рубиновых и
полупроводниковых),
индикаторах,
мобильных
телефонах
(полупроводники: германий, кремний), компьютерах. Разноцветными
минералами (мрамором), имеющими кристаллическую структуру,
выложены витражи и стены старых станций метро на кольцевой линии
(“Таганская” и др.). Знаменитый малахитовый зал Зимнего дворца
(Государственного Эрмитажа) украшен малахитом (демонстрация репродукции малахитового зала*).
- Какие культурные учреждения, украшенные минералами, вам известны?
Ученики: разные варианты ответов.
─ Кто из российских физиков получил Нобелевскую премию по разработке и внедрению полупроводниковых кристаллов*?
Ученики (совместно с учителем): физик из Санкт-Петербурга Жорес Алфёров.
В микроэлектронике на монокристаллы никеля или кремния напыляются отдельные атомы других веществ. Размещение отдельных
атомов в заданных местах открывает фантастические возможности создания хранилищ информации на атомном уровне. Достижения
микроэлектроники способствуют миниатюризации мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, видеокамер, шпионской техники*.
Большой интерес для техники представляют жидкие кристаллы – вещества, которые совмещают в себе свойства кристаллического тела
и жидкости. Жидкие кристаллы применяются в индикаторах электронных часов, микрокалькуляторов, плоских телевизионных экранах,
экранах мобильных телефонов.
─ Какой кристалл является самым распространённым на Земле?
Ученики: разные варианты ответов.
Ученики (с помощью учителя): кварц (химическая формула написана на доске).
─ Какое это вещество: простое или сложное?
Ученики: сложное, т. к. состоит из атомов различных химических элементов.
Самым распространённым кристаллом на Земле является кварц (диоксид кремния). Он используется в оптическом приборостроении.
Кварц хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение солнца. Кварцевые стёкла применяют в ультрафиолетовых лампах для
дезинфекции помещений и искусственного загара (соляриях).
Из кристаллов кварца изготавливают ёмкости для химических лабораторий (демонстрация колбы).
Внутри человека есть гигантская молекула, состоящая из тысячи атомов, несущая генетический код.
─ Как называется эта молекула?
Ученики: ДНК.
Эта молекула является гигантским апериодичным кристаллом спиралевидной формы.
Кристаллы турмалина используют в поляроидных плёнках для затемнения витрин, стёкол автомашин (эксперимент с кристаллами
турмалина по поляризации света).
- Существуют ли съедобные кристаллы?
Ученики: Сосульки! (некоторые ученики говорят о сталактитах и сталагмитах).
- А какие кристаллы вы едите с чаем на праздниках или при простуде?
- Засахарившееся варенье. (Ответ с помощью учителя. Жидкое варенье – аморфное тело!).
4. Знакомство с моделями кристаллов по фотографиям кристаллов льда*.
Японскому учёному Масару Эмото удалось сфотографировать кристаллы воды (льда), образованные при разной температуре.
Кристаллы льда – снежинки – все шестигранные фигуры. Все снежинки красивы и неповторимы.
На парты ученикам учитель выдает фотографии кристаллов воды. Дети обмениваются фотографиями и впечатлениями.
5*. В природе кристаллы растут миллионы лет под воздействием высоких температур и давлений. Великая лаборатория – Природа –
уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники. В специальных лабораториях учёные выращивают искусственные
кристаллы разных размеров: от маленьких, почти незаметных, до больших – массой в несколько килограммов. Выращивание
кристаллов – это искусство.
Просмотр видеофрагмента “Рост кристаллов в поляризованном свете”*.
6. Эксперимент: наблюдение роста кристаллов из водного раствора поваренной соли (в течение всего урока с интервалом наблюдения
6-7 минут), и образования сильных кристаллических связей из спиртового раствора салициловой кислоты (1% или 2%) и гипосульфита
натрия. [11 мин].
Учитель проходит по классу и наносит каплю спиртового раствора салициловой кислоты (1% или 2%) на зеркала, выданные
на стол ученикам. При быстром остывании на зеркале образуются “узоры” кристаллов. Если раствор комнатной
температуры, то при его обдувании “прямо на глазах” образуются кристаллы.
3
Через лупу рассматриваются кристаллы соли, полученные из насыщенного водного раствора поваренной соли, и кристаллы,
полученные при остывании спиртового раствора салициловой кислоты. Дети обмениваются впечатлениями о форме и размерах
кристаллов.
Учитель проводит фронтальный эксперимент по росту кристаллов гипосульфита натрия из его водного раствора в
поляризационном свете (условие – хорошая затемнение помещения). Дети обмениваются впечатлениями и сравнивают
выросшие кристаллы с Галактикой.
7. Подведение итогов урока. Домашнее задание.
Вывод урока (учитель совместно с детьми): Кристаллы – основа жизни, науки и техники.
Учитель обсуждает с детьми домашнюю лабораторную работу “Выращивание кристаллов” (стр. учебника 174, см. приложение).
Как альтернативный вариант учитель предлагает вырастить “яйцо Фаберже” из насыщенного раствора поваренной соли. На слабо
надутый надувной шар наматываются нитки (№ 10) и шар опускается в насыщенный раствор соли без фильтрации. Через четыре
недели (после новогодних каникул) дети приносят выращенные кристаллы, подводится итог домашней лабораторной работы,
происходит обмен мнениями по наблюдению за экспериментом. Возможно создание слайд-фильма выращенных кристаллов.
Литература.
Физика. Химия. 5 – 6 кл. : учеб. для общеобразоват. учреждений / А. Е. Гуревич, Д. А. Исаев, Л. С. Понтак. – 8-е изд., стереотип. – М.:
Дрофа, 2007, с. 174.
Лаборатория “Кванта”. Выпуск 2 / Составители В. А. Тихомирова, А. И. Черноуцан – М.; Бюро Квантум, 2002, с. 5-7, 36-41, 50-56.
Тайная жизнь воды / М. Эмото; пер. с англ. О. Г. Белошеев. – Мн.; “Попурри”, 2006.
Физика № 4 / 2006. И. А. Дороговцева, школа № 1976 ЮВАО, г. Москва. Ст. “Получение и применение кристаллов”.
Физика № 12 / 2006. Е. О. Перекалина, школа № 315, г. Москва. Ст. “Выращивание крупных кристаллов”.
Занимательная минералогия. А. Е. Ферсман. Издательство Академии наук СССР, 1959.
CD Библиотека электронных наглядных пособий. Министерство образования РФ, ГУ РЦ ЭМТО, “Кирилл и Мефодий”, 2003.
4