Проект «Выращивание кристаллов»
Актуальность исследования такова: выращивание кристаллов по истине увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства начинающих химиков, максимально безопасное с точки зрения ТБ, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты дома. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы. А также неотъемлемой частью нашей жизни стали приборы на основе жидких кристаллов, поэтому эта тема актуальна для современного человека.
Цель исследования: выращивание кристалла.
Гипотеза исследования: если выращивать кристаллы по инструкции, то в результате опыта получится кристаллы из используемого концентрированного раствора.
Задачи: 1. Изучение материала по выращиванию кристалла. 2. Наблюдение за образованием кристалла. 3. Описание наблюдений. 1. Кристаллы в современном мире.
КРИСТАЛЛЫ — вещества, в которых мельчайшие частицы "упакованы" в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Неотъемлемой частью нашей жизни стали мобильные телефоны, цифровые фото- и видеокамеры уже вытеснили пленочные фотоаппараты, жидкокристаллические мониторы постепенно изживают старые, занимающие много места мониторы на основе электронно-лучевой трубки. А телевизоры с жидкокристаллическим экраном стали мечтой и украшением любого дома. А главное, сколько пространства экономится. Казалось бы, парадокс, кристаллы, да еще и жидкие. Ведь все мы со школы знаем, что существует жидкость, и, что существуют кристаллы. Но недавно, в период увеличения популярности телевизоров и мониторов с жидкокристаллическими экранами, мы начали употреблять термин «жидкие кристаллы». Хотя, жидкие кристаллы были открыты еще более ста лет назад. В 1888 г. австрийский ботаник Реинедзер обнаружил, что при нагревании кристалл размягчался и в дальнейшем превращался в настоящую жидкость. Он поделился своим открытием с немецким физиком Лехман, который и обнаружил некоторые свойства кристаллов, особенно при их освещении. Отсюда и произошло название, данное Otto Lehmann, «жидкий кристалл». Жидкие кристаллы представляют собой практически полностью прозрачные вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и твердым телам. Свет, проходя через жидкие кристаллы, приобретает поляризацию в соответствии с ориентацией молекул, что является свойством, присущим твердым веществам — кристаллам. А в 60-х годах XX века было обнаружено, что при приложении к жидким кристаллам электрического напряжения меняется ориентация молекул — типичное свойство жидкости. Говоря обычным языком, жидкокристаллический экран это два стекла, а между ними жидкие кристаллы. На одном из стекол находится цветовой фильтр. Это чем-то нам отдаленно напоминает стеклопакеты в металопластиковых окнах. Или бутерброд. Представь бутерброд, где между двумя ломтиками хлеба (это стекла) находится майонез (жидкие кристаллы), а сверху колбаса (цветовой фильтр). Каждый из нас хоть раз слышал сочетание «Кристаллы Сваровски». Для дам – это особенно актуально.
Искусственно созданные хрустальные кристаллы Swarovski - это изысканное украшение. Их стоимость часто превышает имитируемые "настоящие" камни (топаз, изумруд, сапфир, бриллиант, рубин).Основатель хрустальной империи Daniel Swarovski родился в 1862 году в Богемии - родине знаменитого богемского стекла. Получив великолепное образование, он заинтересовался, развивающейся в то время наукой электротехники и электрооборудования. В начале 90х годов он изобрел специализированную машину для массовой обработки хрусталя. А несколько лет спустя, изобрел новый состав для выращивания хрусталя небывалой до сих пор прозрачности и блеска, который до сих пор хранится в строжайшем секрете. В 1895 году Daniel Swarovski основал завод по производству изделий из хрусталя. Украшения от Swarovski становятся прекрасной альтернативой драгоценным бриллиантам. Daniel Swarovski открыто заявлял о том, что это имитация драгоценных камней. Успех нового веянья моды был ошеломляющий!
2. Выращивание кристаллов Кристаллы растут при охлаждении насыщенного раствора. В растворе при охлаждении получился избыток твёрдого вещества. Частицы вещества имеют какую-то определённую форму и притягиваются тем сильнее, чем ближе им удаётся подойти друг к другу. Можно использовать аналогию с конструктором, состоящим из одинаковых объёмных деталей, – детали складываются максимально плотно обычно одним-единственным способом. Кристаллы разнообразны: их можно получить из меди, йода, а так же кристаллы золота, сапфира, аметиста и др. Можно вырастить кристаллы из соли, сахара или, лучше всего, из квасцов. И потом повесить их на елку. Таких елочных украшений уж точно ни у кого на свете больше не будет. Чтобы вырастить кристаллы, сначала приготовьте насыщенный раствор квасцов: в очень горячую, но не кипящую, воду насыпайте соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Когда вы заметите, что кристаллы больше не растворяются, повесьте на карандаше ниточку с маленькой гаечкой или камешком так, чтобы она погрузилась в раствор, но не касалась дна. Нитку, находящуюся выше груза, смажьте вазелином. Поставьте раствор охлаждаться. Чем медленнее он будет остывать, тем крупнее получатся кристаллы. Поэтому желательно укутать стакан или банку с раствором и поставить ее в место, где нет сквозняков. Уже через 2-3 дня грузик обрастет кристаллами. Далее нужно только следить за уровнем раствора в банке: кристалл должен все время находиться в растворе. Кристаллы вырастают за 2-3 недели, но их можно выращивать и дольше. Во время роста можно корректировать их рост, удаляя некрасивые наросты. Это делают ножом, легкими движениями соскабливая лишнее. Образование граней можно прекратить, если смазать их вазелином. Когда же нужно будет, чтобы они опять росли, рост можно вызвать, удалив вазелин ацетоном. Когда кристаллы примут вид, который вас устроит, их вынимают из раствора, дают высохнуть и покрывают бесцветным лаком. Если этого не сделать, уже через несколько дней они разрушатся. Вообще размер кристаллов сильно зависит от скорости охлаждения. Всыпьте 20 г нитрата калия небольшими порциями в сосуд с 25 мл воды. После добавления очередной порции взбалтывайте смесь, чтобы соль растворилась, а затем насыпайте следующую порцию. Когда соль перестанет растворяться, немного нагрейте сосуд, всыпьте еще порцию, взболтайте, снова нагрейте. И так до тех пор, пока вся взятая соль не растворится. Теперь разлейте раствор в два сосуда, и один оставьте остывать на воздухе (для еще более медленного остывания можно накрыть его несколькими слоями плотной ткани). В этом сосуде образуется несколько крупных кристаллов, а при удачном стечении обстоятельств - и один кристалл. Другой сосуд сразу же поставьте в кастрюлю с холодной водой, и в нем выделится множество мелких кристалликов. Это общее правило. Намного проще в изготовлении узор из кристаллов нашатыря - хлорида аммония. Правда, он бесцветен, зато рисунком так напоминает... Впрочем, не будем забегать вперед. Всыпая хлорид аммония в теплую воду и тщательно перемешивая, приготовьте насыщенный раствор. Возьмите стеклянную пластинку или зеркальце, вымойте поверхность, кисточкой нанесите на нее приготовленный раствор. Пусть пластинка с раствором медленно охлаждается на воздухе, а чтобы на нее не попадала пыль, можно спрятать ее в шкаф. Спустя несколько часов вода испарится и на стекле образуется узор. Не надо даже всматриваться, чтобы понять, что же он напоминает: морозный узор на зимнем окне. Такой опыт, конечно, лучше всего ставить под Новый год. Тепло искусственному морозному узору не грозит, но от воды его надо держать подальше... Можно вырастить кристаллы из медного купороса у себя дома. Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, в промышленности при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок, мышьяковистых химикатов, для обогащения руды при флотации, при воронении стали, в гальванопластике и др.
Медный купорос можно легко достать в любом магазине «Все для сада и огорода».
Сначала приготовим как можно более концентрированный раствор выбранной соли, внося соль в стакан с водой, - до тех пор, пока очередная порция соли не перестанет растворяться при перемешивании. После этого слегка подогреем смесь, чтобы добиться полного растворения соли. Для этого стакан поставим в кастрюлю с теплой водой.
Полученный концентрированный раствор перельем в банку или химический стакан; туда же с помощью проволочной перемычки (можно также сделать перемычку из стержня шариковой ручки) подвесим на нитке кристаллическую "затравку" - маленький кристаллик той же соли - так, чтобы он был погружен в раствор. На этой "затравке" и предстоит расти будущему экспонату вашей коллекции кристаллов.
Химический стакан с раствором медного купороса и нитка с "затравкой" для выращивания кристаллов. Через трое суток после начала опыта на нитке появился кристалл медного купороса, похожий на драгоценный камень. Cосуд с раствором поставим в открытом виде в теплое место. Следует следить за ростом кристалла каждый день, ни в коем случае не поднимая, не поворачивая и не сотрясая стакан с раствором, иначе эта встряска породит в системе незапланированную, иногда мгновенную кристаллизацию.
Когда кристалл вырастет достаточно большим, вынем его из раствора, обсушим мягкой тряпочкой или бумажной салфеткой, обрежем нитку и покроем грани кристалла бесцветным лаком, чтобы предохранить от "выветривания" на воздухе.
Так будет выглядеть кристалл медного купороса, выращенный из раствора.
3.Результаты наших опытов
В результате наших опытных действий образовались кристаллы медного купороса. На ветке ели мы вырастили кристаллы соли. Но, к сожалению, кристаллы сахара не получились. Причины, как мы видим, могут крыться в нескольких моментах: некачественное сырье, нарушение определенных этапов выращивания кристаллов и др.. В рамках эксперимента нам вырастить кристаллы сахара не удалось, но после получения дополнительной информации из различных источников и консультаций с химиками, мы повторим попытку. 4.Выводы По результатам нашим наблюдений и опытом мы пришли к следующим выводам: - при точном соблюдении инструкций и ТБ можно вырастить кристаллы из различных растворов, что доступно для детей, но для этого нужно приложить терпение и труд; даже существуют специальные наборы, для тех, кто увлекается химией; - при правильной обработке граней кристалла он может достаточно долго храниться.
|
