Методична розробка по темі: "Вирощування кристалів в лабораторних умовах"

2016

Вирощування кристалів в лабораторних умовах

Педагог: Люкшинов Наталія Олександрівна

ДОСЛІДНА РОБОТА НА ТЕМУ:

«Вирощування кристалів в лабораторних умовах»

Обгрунтування вибору теми проекту і її актуальність:

"Майже весь світ кристалічних. У світі панує кристал і його

тверді, прямі закони "

З книг ми дізналися, що кристали отримують в лабораторії, але бувають вони і в природі. Наприклад, сніжинки, морозні візерунки на склі вікон і іній, що прикрашає взимку голі гілки дерев. Багато кристали - продукти життєдіяльності організмів. Здатністю нарощувати на сторонніх тілах, що потрапили в раковину, перламутр, мають деякі види молюсків. Через 5-10 років утворюється перли. Кристалами є алмази, рубіни, сапфіри та інші дорогоцінні камені. За добу в лабораторії можна виростити кристал солі масою близько 1 кілограма. Кристали широко застосовуються в науці, промисловості, оптиці, електроніці.

Нас дуже зацікавила ця тема, і ми вирішили виростити кристали солей в лабораторних умовах.

Мета роботи: Навчитися вирощувати кристали.

"Вирощування кристалів в лабораторних умовах".

Предмет дослідження: хромати та дихромати калію, мідний купорос і кристали солі.

гіпотеза дослідження

Ми припустили, що кристали солі можуть з'являтися при створенні певних умов; значить, якщо змінювати умови кристалізації, то можна отримувати кристали різної форми і кольору.

Практичне значення одержаних результатів у тому, що воно розширило наш кругозір, отримані знання можна використовувати в повсякденному житті, у позакласних заходах, на заняттях гуртка «Захоплююча хімія», приверне увагу до вивчення усної народної творчості (загадок, прислів'їв, приказок).

План роботи над проектом

  1. Вивчення літератури за темами:

    1. Що таке кристали;

    2. Види кристалів;

    3. Значення кристалів для людини;

    4. Вирощування кристалів в лабораторних умовах.

    5. застосування кристалів

2. Виконання практичної частини.

3. Формулювання висновків.

4. Оформлення звіту про роботу.

5. Створення комп'ютерної презентації на основі отриманих в роботі матеріалів.

6. Захист проекту.

  1. аналітичний огляд

    1. Що таке кристал

Кристал - це твердий стан речовини. Він має певну форму і певну кількість граней внаслідок розташування своїх атомів. Всі кристали одного речовини мають однакову форму, хоч і можуть відрізнятися розмірами.

Для кожної хімічної речовини, що знаходиться за даних термодинамічних умов в кристалічному стані, відповідає певна кристалічна структура.

У природі існують сотні речовин, що утворюють кристали. Вода - одне з найпоширеніших з них. Замерзаюча вода перетворюється в кристали льоду або сніжинки.

Мінеральні кристали теж утворюються в ході певних породоутворюючих процесів. Величезні кількості гарячих і розплавлених гірських порід глибоко під землею в дійсності є розчинами мінералів. Коли маси цих рідких або розплавлених гірських порід виштовхуються до поверхні землі, вони починають остигати.

Вони охолоджуються дуже повільно. Мінерали перетворюються в кристали, коли переходять зі стану гарячої рідини в холодну тверду форму. Наприклад, гірський граніт містить кристали таких мінералів, як кварц, польовий шпат і слюда. Мільйони років тому граніт був розплавленої масою мінералів в рідкому стані. В даний час в земній корі є маси розплавлених гірських порід, які повільно охолоджуються і утворюють кристали різних видів.

1.2 Форми кристалів

Кристали можуть мати всілякі форми. Всі відомі в світі кристали можуть бути розділені на 32 види, які в свою чергу можуть бути згруповані в шість видів. Кристали можуть мати і різні розміри. Деякі мінерали утворюють кристали, які розгледіти можна тільки за допомогою мікроскопа. Інші ж утворюють кристали, вага яких становить кілька сотень фунтів.

Кристалічними вважаються речовини, атоми яких розташовані регулярно, так що утворюють правильну тривимірну грати, звану кристалічної. Кристалам ряду хімічних елементів і їх з'єднань притаманні чудові механічні, електричні, магнітні та оптичні властивості.

Російський учений Е.С.Фёдоров встановив, що в природі може існувати тільки 230 різних просторових груп, що охоплюють всі можливі кристалічні структури. Більшість з них (але не всі) виявлені в природі або створені штучно. Кристали можуть мати форму різних призм, підставою яких можуть бути правильний трикутник, квадрат, паралелограм і шестикутник.


Приклади простих кристалічних решіток: 1 - проста кубічна; 2 - гранецентрированная кубічна; 3 - об'ємно-центрована кубічна; 4 - гексагональна

Кристалічні решітки металів часто мають форму гранецентрированного (мідь, золото) або об'ємно-центрованого куба (залізо), а також шестигранної призми (цинк, магній).

В основі класифікації кристалів і пояснення їх фізичних властивостей може лежати не тільки форма елементарної комірки, а й інші види симетрії, наприклад, поворот навколо осі. Віссю симетрії називають пряму, при повороті навколо якої на 360 ° кристал кілька разів поєднується сам з собою. Число цих поєднань називають порядком осі. Існують кристалічні решітки, що володіють осями симетрії 2-го, 3-го, 4-го і 6-го порядків. Можлива симетрія кристалічної решітки відносно площини симетрії, а також комбінація різних видів симетрії. В основі класифікації кристалів і пояснення їх фізичних властивостей може лежати не тільки форма елементарної комірки, а й інші види симетрії, наприклад, поворот навколо осі

Більшість кристалічних тіл є полікристалів, тому що в звичайних умовах виростити монокристали досить складно, цьому заважають всілякі домішки. Сучасна техніка потребує кристалах високого ступеня чистоти, тому перед наукою постало питання про розробку ефективних методів штучного вирощування монокристалів різних хімічних елементів і їх з'єднань.

Вирощування кристалів - це хобі, прихильники якого створюють власні клуби і беруть участь в змаганнях. Вирощування кристалів - це складний технологічний процес, тому, чим довше чекаєш, тим більш вражаючими будуть результати.

1.3 Способи освіти кристалів

Існує три способи утворення кристалів: кристалізація з розплаву, з розчину і з газової фази. Прикладом кристалізації з розплаву може служити утворення льоду з води (адже вода - це розплавлений лід), а також освіти вулканічних порід. Приклад кристалізації з розчину в природі - випадання сотень мільйонів тонн солі з морської води. При охолодженні газу (або пара) електричні сили тяжіння об'єднують атоми або молекули в кристалічне тверде речовина - так утворюються сніжинки.

Найбільш поширеними способами штучного вирощування монокристалів є кристалізація з розчину і з розплаву. У першому випадку кристали ростуть з насиченого розчину при повільному випаровуванні розчинника або при повільному зниженні температури. Найбільш поширеними способами штучного вирощування монокристалів є кристалізація з розчину і з розплаву

Якщо тверда речовина нагріти, воно перейде в рідкий стан - розплав. Труднощі вирощування монокристалів з розплавів пов'язані з високою температурою плавлення. Наприклад, для отримання кристала рубіна потрібно розплавити порошок оксиду алюмінію, а для цього його потрібно нагріти до температури 2030 ° С.

1.4 Застосування кристалів

Застосування кристалів в науці і техніці такі численні і різноманітні. Наведемо кілька прикладів.

Кристали зіграли важливу роль у багатьох технічні новинки 20 в. Деякі кристали генерують електричний заряд при деформації. Застосування виготовлення генераторів радіочастоти зі стабілізацією кварцовими кристалами. Змусивши кварцову пластинку вібрувати в електричному полі радіочастотного коливального контуру, можна тим самим стабілізувати частоту прийому або передачі.

Алмаз.

Найтвердіший і найрідкісніший з природних мінералів - алмаз. Завдяки своїй винятковій твердості алмаз грає величезну роль в техніці. Алмазними пилами розпилюють камені. Колосальне значення має алмаз при бурінні гірських порід, в гірських роботах. У граверних інструментах, ділильних машинах, апаратах для випробування твердості, свердла для каменю і металу вставлені алмазні вістря. Алмазним порошком шліфують і полірують тверді камені, загартовану сталь, тверді й надтверді сплави. Сам алмаз можна різати, шліфувати і гравірувати теж тільки алмазом. Найбільш відповідальні деталі двигунів в автомобільному та авіаційному виробництві обробляють алмазними різцями і свердлами.

Корунд.

Рубін і сапфір відносяться до найкрасивіших і найдорожчим з дорогоцінних каменів. Криваво-червоний рубін і блакитному-синій сапфір - це один і той же мінерал - корунд, оксид алюмінію А 12 О 3. Різниця в кольорі виникла через дуже малих домішок.

Скромний, непоказний бурий корунд, непрозорий, невеликий - наждак, яким чистять метал, з якого роблять наждачний шкірку. Корунд з усіма його різновидами - це один із самих твердих каменів на Землі, самий твердий після алмазу. Корундом можна свердлити, шліфувати, полірувати, точити камінь і метал. З корунду і наждаку роблять точильні круги і бруски, шліфувальні порошки.

Вся годинна промисловість працює на штучних рубінах. На напівпровідникових заводах найтонші схеми малюють рубіновими голками. У текстильної та хімічної промисловості рубінові нітеводітелі витягають нитки зі штучних волокон, з капрону, з нейлону.

Нове життя рубіна - це лазер або оптичний квантовий генератор (ОКГ). У 1960 р. був створений перший лазер на рубін. Виявилося, що кристал рубіна посилює світло. Лазер світить яскравіше тисячі сонць.

Потужний промінь лазера величезний потужністю. Він легко пропалює листовий метал, зварює металеві дроти, пропалює металеві труби, свердлить найтонші отвори в твердих сплавах, алмазі. Ці функції виконує твердий лазер, де використовується рубін, гранат з неодітом. В очній хірургії застосовується найчастіше неодіновие лазери і лазери на рубіні.

Сапфір прозорий, тому з нього роблять пластини для оптичних приладів. Основна маса кристалів сапфіра йде в напівпровідникову промисловість.

Кварц.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон - все це різновиди кварцу. Дрібні зернятка кварцу утворюють пісок. А найкрасивіша, сама чудова різновид кварцу - це і є гірський кришталь, тобто прозорі кристали кварцу. Тому з прозорого кварцу роблять лінзи, призми та ін. Деталі оптичних приладів.

Особливо дивовижні електричні властивості кварцу. Якщо стискати або розтягувати кристал кварцу, на його гранях виникають електричні заряди. Це - п'єзоелектричний ефект в кристалах. П'єзоелектричні кристали широко застосовуються для відтворення, запису і передачі звуку.

Поляроїд.

У техніці також знайшов своє застосування полікристалічний матеріал поляроїд.

Поляроїд - це тонка прозора плівка, суцільно заповнена крихітними прозорими голчастими кристалами речовини, двупреломляющих і поляризующего світло. Всі кристали розташовані паралельно один одному, тому всі вони однаково поляризують світло, що проходить через плівку. Поляроїдні плівки застосовуються в поляроїдних окулярах. Поляроїди гасять відблиски відбитого світла, пропускаючи весь інший світ. Вони незамінні для полярників, яким постійно доводиться дивитися на сліпуче відображення сонячних променів від заледенілого снігового поля.

2. Експериментальна частина

2.1 Приготування маточного розчину

Розчинили сіль в гарячій воді до тих пір, поки не отримали насичений розчин. Насичений розчин профільтрували. Залишили розчин повільно остигати.

Залишили розчин повільно остигати

Ми вирощували кристали дихромата калію, хромату калію, мідного купоросу.

2.2 Вирощування затравки

Через добу на дні чарки утворилися кристали солі. Розчин злили, кристали обережно відокремили один від одного, вибрали з них найбільший і правильний.

2.3 Вирощування монокристалів

Приготували новий насичений розчин. Прив'язали кристал-затравки на нитку, закріпили на олівці, опустили кристали в розчин. Спостерігали за зростанням кристалів кілька тижнів.

    1. збереження кристалів

Вирощені монокристали обсушили і для збереження кристалізаційної води покрили безбарвним лаком.

Кристал Кристал з хромату дихромата калію

калію (3 см)

з мідного

купоросу (2см)

результати експерименту

Ми виростили друзи дихромата калію і монокристали хромату калію, мідного купоросу.

висновки

  • Форма кристала визначається формою його кристалічної решітки.

  • Домішки в розчині солі впливають на форму кристала.

  • Вирощування кристалів - процес цікавий, але вимагає дбайливого і обережного ставлення до своєї роботи.

Список літератури

1. http: // ru. wikipedia. org / wiki / кристали : Вікіпедія

2. http://course-crystal.narod.ru/p31aa1.html : Світ кристалів (дистанційний курс з фізики)

13.09.2011
Редизайн сайта
В 2011 году был проведен редизайн сайта нашей компании и его запуск в сеть Интернет. Услуги редизайна сайта и его продвижения оказала нам дизайн-студия Web Skill.
все новости
ОДО "Машиностроительный завод "БУРАН"© 2007-2011 | Все права защищены