Краевая научно-практическая конференция «Эврика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Губа Анна Александровна

8 класс,

Поддубко Г.П.

учитель математики и физики.

МОУ СОШ№10

П.Анапский

2008г.

2

«Кристаллы. Их выращивание и применение».

Губа Анна.

Россия, Краснодарский край, Кореновский район, п. Анапский

СОШ №10

 

 

 

 

 

Оглавление:

  1. Понятие о кристаллических телах.
  2. Выращивание кристаллов
  3. Выращивание кристаллов в школьной лаборатории
  4. Свойства кристаллических тел.
  5. Заключение
  6. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

«Кристаллы. Их выращивание и применение».

Губа Анна.

Россия, Краснодарский край, Кореновский район, п. Анапский

СОШ №10

Введение.

Целью данной работы является сбор информации о кристаллах, о способах их выращивании, о применении в промышленности и ювелирном деле. Работа рассчитана на два года. В рамках данного года были поставлены и решены следующие задачи:

    1. исследованы способы выращивания кристаллов в школьной лаборатории
    2. изучены свойства кристаллических тел

При работе над данной темой использовались лабораторные комплекты по молекулярной физике и термодинамике, факультативный курс физики, библиотечка журнала «Квант». Актуальность темы состоит в том, что с развитием техники возрос спрос на кристаллы. В СССР самое крупное месторождение пьезоэлектрического кварца было на Украине. Хороший природный кристалл очень дорог. Поэтому перед учёными стоит задача вырастить искусственные кристаллы, удовлетворяющие всем требованиям промышленности. В России много фабрик по выращиванию кристаллов, есть такая фабрика и в нашем крае. В нашей школе никто раньше этой проблемой не интересовался.

Новизна работы состоит в том, что позволила почувствовать себя в роли экспериментатора и самостоятельно получить образцы кристаллов - аналоги которых применяются в промышленности и в ювелирном деле.

В результате проделанной работы:

  1. Проведены исследования свойств переохлажденной жидкости
  2. Построены графики зависимости кристаллизации вещества от температуры.
  3. Выращены кристаллы соли, кристаллы алюмокалиевых квасцов.
  4. Получены практические выводы

Данная работа имеет практическую значимость и может быть использована на уроках физики для изучения темы «Плавление и отвердевание тел, для осмысления практической значимости предлагаемых лабораторных работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

3

«Кристаллы Их выращивание и применение».

1. Понятие о кристаллических телах.

Выйдите на улицу в тихий зимний день, когда медленно падает снег, в присмотритесь к снежинкам. Составленные из тонких ледяных иголочек, они похожи на звездочки. Лишь изредка попадаются сплошные шестиугольные пластинки.

У этих звездочек всегда шесть лучей. И, тем не менее они разные: ледяные иголочки каждый разложены в новый причудливый узор. Один ученый сделал 2500 фотоснимков снежинок, и все они оказались разные. Толстый лед на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. Они бывают, видны весной во время таяния льда. И иголочки снежинок, и «карандашики» — это кристаллы замерзшей воды.

Не только кристаллы замерзшей воды, почти все камни, почти все горные породы состоят из кристаллов .Слово «кристаллос» в переводе с греческого означает «лед».. Руды металлов и сами металлы, выплавляемые из этих руд, соль, сахар и многое другое вокруг нас - это все кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов - драгоценные камни

Фото №1-3

Как известно из школьного курса физики, твёрдое тело может находиться в двух состояниях аморфном и кристаллическом. Большинство окружающих нас твёрдых тел – поликристаллы: они состоят из множества отдельных кристалликов, беспорядочно ориентированных друг относительно друга.

Ориентировку и расположение кристаллов стали и чугуна можно увидеть под микроскопом

В куске породы нередко встречаются отдельные кристаллы-монокристаллы, какого-либо вещества: кварца, турмалина и т.д.Как правило, кристаллы эти малы, вкраплены в породу и частично скрыты ею.

Крупные одиночные кристаллы, имеющие свою правильную форму, в природе встречаются очень редко. Но такой кристалл можно вырастить в искусственных условиях.

Кристаллы обладают особы 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. Оказалось, каждый атом в кристалле связан с определенным числом соседних атомов и располагаются они опять-таки в определенном порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда остаются неизменными.

У каждого вещества своя форма кристаллов.

Некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм, конечно тоже строго определенных. Таков, например, углерод. В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твердым на свете камнем, либо серовато-черным мягким графитом, который вы видите в карандаше. Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов.

Из кристаллов делают много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы применяются в радиотехнике, камни в часах - тоже кристаллы. Кристаллы используются в вычислительных машинах, лазерах и многом другом Великая лаборатория - природа – уже не может удовлетворять спрос развивающейся техники, и вот на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы: маленькие, почти не заметные, и большие – массой в несколько килограммов.

В нашем крае в станице Новотитаровской есть фирма, занимающаяся выращиванием кристаллов для лазерных генераторов, применяемых в медицине. Руководитель лаборатории В. Бадиков утверждает что, из ста заложенных для выращивания кристаллов до промышленных размеров вырастают только 10.Стоимость одного кристалла, как их ласково называют «карамельки» в США сто тысяч, а в новотитаровской лаборатории стоимость «карамельки» сорок тысяч.

 

 

 

 

 

 

4.

«Кристаллы Их выращивание и применение»

2. Выращивание кристаллов

Существуют различные способы выращивания кристаллов. Часто этот процесс требует высоких температур и огромных давлений,(например, для получения искусственных алмазов), но некоторые кристаллы можно выращивать и в домашних условиях

Мы выращивали кристаллы в школьной лаборатории на занятии кружка.

Кристаллизация может происходить из раствора, расплава, а также из газообразного состояния вещества.

В данном объёме той или иной жидкости при постоянной температуре и давлении может раствориться не больше определённого количества того или иного кристаллического вещества. Полученный при этом раствор называют насыщенным.

Кристалл, помещенный в насыщенный раствор, не будет ни расти, ни растворятся в нём.Если повысить температуру жидкости, то растворимость её повышается, поэтому имеющееся количество растворённого вещества уже не будет насыщать раствор.

Кристалл, помещённый в ненасыщенный раствор, начнёт в нём растворяться. Если насыщенный раствор охладить, он станет пересыщенным.

Пересыщенные растворы могут сохраняться, в замкнутых сосудах долгое время, не кристаллизуясь. Однако достаточно попасть в раствор малейшей частице кристалла, как раствор немедленно начнет кристаллизоваться.

Таким образом, пересыщение раствора является необходимым, но не достаточным условием для кристаллизации.

Чтобы кристаллизация началась, нужно внести в раствор «затравку» – небольшой кристалл растворённого вещества.

«Затравка» готовится следующим образом. Нужно взять две стеклянные банки и тщательно их вымыть. В одну из них нужно налить тёплую воду и насыпать выбранное кристаллическое вещество. Помешивая раствор нужно следить за растворением. Когда вещество перестанет растворяться, нужно аккуратно слить раствор во вторую банку так, чтобы туда не попало нерастворившееся вещество. Затем нужно банку накрыть стеклом. Когда раствор охладится, нужно снять стекло и через некоторое время можно увидеть образовавшиеся в банке кристаллики Дня два нужно дать подрасти кристалликам и затем отобрать самые крупные для «затравок»Выращивание кристаллов требует большой аккуратности, старания и терпения. В зависимости от выбора исходного вещества, способ и условия выращивания кристаллов могут быть разными.

 

График зависимости растворимости алюмокалиевых квасцов от температуры.

 

20

 

10

5

«Кристаллы Их выращивание и применение

3.Выращивание кристаллов в школьной лаборатории

В нашей работе мы использовали набор «Кристаллизация» производственно – методического центра «Дидакт», автор изделия к. п. н. Степанов С.В.

Работа №1.Исследование свойств переохлажденной жидкости.(фото №1)

Цель работы: наблюдение процесса перехода тела из жидкого состояния в кристаллическое(рост кристаллов в переохлажденной жидкости); построение графика зависимости температуры вещества от времени, определение по нему температуры кристаллизации.

Оборудование: лоток, чашка Петри, натриевая соль, пробирка, сосуд с горячей водой, стеклянный стакан, термометр.

Порядок выполнения работы.

  1. Размять натриевую соль в пакетике и пересыпать его в пробирку.
  2. Пробирку с веществом поместить в сосуд с горячей водой. Когда вещество полностью расплавится , в пробирку поместить термометр, затем пробирку с термометром поместить в стеклянный стакан без воды.
  3. После того как показания термометра установятся, нужно записать его показания с интервалом в одну минуту.
  4. При температуре 350осторожно помешать термометром жидкость в пробирке.
  5. При образовании первых кристаллов нужно обратить внимание на их форму и скорость роста.
  6. Построить график зависимости температуры вещества от времени.
  7. Определить по графику: а) температуру кристаллизации вещества,

б) продолжительность времени пребывания вещества в состоянии переохлаждённой жидкости, в) продолжительность времени кристаллизации вещества.

Окончив работу, натриевую соль, расплавить, охладить и пересыпать в пакетик. Вещество, оставленное в пробирке, при длительном хранении может привести к её растрескиванию.

Результаты наших измерений занесены в следующую таблицу:

t,мин

0

1

2

3

4

5

t, 0С

51

49

47

46

45

44

t,мин

6

7

8

9

10

11

t, 0С

43

43

43

43

43

43

t,мин

12

13

14

15

16

17

t, 0С

42

41

40

39

37

35

t,мин

18

19

20

21

22

23

t, 0С

34

32

29

27

25

22

510С

430С

220С

t, мин.


0

 

6

«Кристаллы Их выращивание и применение».

Вывод:

1.температура кристаллизации вещества -43гр.С

2.продолжительность времени пребывания вещества в состоянии переохлаждённой жидкости -5минут.

3.продолжительность времени кристаллизации вещества –6 минут.

4.Состояние переохлаждённой жидкости не устойчиво. Некоторые жидкости в переохлажденном состоянии достаточно встряхнуть, чтобы в них вызвать быструю кристаллизацию. Об этом нужно помнить, например при варке варенья .Сахар относится к кристаллическим веществам, и если только сваренное сладкое варенье быстро охладить ,то оно закристаллизуется. Поэтому варенье нужно охлаждать медленно.

Из веществ, легко сохраняющихся в переохлажденном состоянии, можно назвать гипосульфит, салол, ванилин. Фото №4

Работа №2.Выращивание кристалла поваренной соли(рис. Приложение)

Цель работы: заложить опыт по выращиванию кристалла из поваренной соли.

Приборы и материалы: чистая стеклянная банка, горячая вода, шёлковая нить и соль.

Порядок проведения работы.

  1. В банке с горячей водой растворить столько соли, чтобы она уже перестала растворяться.
  2. На тонкую шелковинку привязать крупный кристаллик соли. Когда раствор остынет, опустите этот кристаллик в банку.
  3. За ростом кристалла наблюдать ежедневно. На шелковинке может появиться даже красивая гирлянда кристалликов.

Вывод: все кристаллы будут одинаковой формы, сколько бы раз ни делали этот опыт,

Если в охлаждённый раствор соли опустить еловые или сосновые шишки или небольшие веточки, то можно получить к новому году украшения покрытые «снегом».Фото№5.

Работа №3 Выращивание кристаллов из алюмокалиевых квасцов.

Цель работы: заложить опыт по выращиванию кристалла из алюмокалиевых квасцов.

Приборы и материалы: две чистых банки, 15 г алюмокалиевых квасцов, стеклянная пластина, тонкий человеческий волос, небольшая деревянная палочка.

Порядок проведения работы

1.

15% -горячий раствор алюмокалиевых квасцов профильтровать и слить в плоский сосуд. При остывании на дно сосуда выпадут кристаллики квасцов. Нужно оставить на дне 3 – 4 наиболее крупных из них. Для равномерности роста кристалликов через каждые 4 – 6 часов их нужно переворачивать, устанавливая всё время на меньшие грани. Через два дня они вырастут до размеров около 1см. При выполнении этого опыта проводились следующие измерения.

дата

№ опыта

Температура

среды

Температура

воды

% -е

Содержание раствора

Размер

кристалла.

 

2.12

1

23С

60 . С

15

5мм

5.12

 

2

20 .С

57 С

15

6мм

20.12

22 С

8мм

20.12

22 С

9мм

23.12

20 С

9мм

7

«Кристаллы Их выращивание и применение».

2.Выбрать самый крупный кристалл и приклеить его на волос. Затем прикрепить на липкую ленту и осторожно опустить в заново приготовленный раствор квасцов.

Ленту (лучше двусторонний скотч) закрепить поверх стакана, так чтобы затравочный кристалл очутился в верхней части раствора, близко от поверхности

В. стакан нужно осторожно добавить холодной кипячёной воды, чтобы растворить те мелкие частички квасцов, которые могли осесть на затравочный кристалл при его опускании в раствор, потому, что вместо одного кристалла, получится сросток.

Воды нужно добавить немного, чтобы не растворился затравочный кристалл.

После чего нужно поставить стакан в укромное место и не тревожить его в течение одного- двух месяцев.

Вывод:

1.При выполнении этой работы мы брали два затравочных кристалла алюмокалиевых квасцов

2.Опыт заложили 2.12.08г.

3.Размер кристаллов на 23.12.08г увеличился незначительно т.к. неточно соблюдалось условие покоя кристаллов.

Наша работа не окончена, и мы надеемся вырастить кристалл величиной до двух сантиметров.

4.Свойства кристаллических тел.

Свойства кристаллических тел мы будем изучать во втором полугодии.

Мы составили такой план:

1.Идеальная форма кристалла.

2.Закон постоянства углов - основной закон кристаллографии.

3. Симметрия кристаллов.

4.Пространственная решётка.

5. Экспериментальное исследование строения кристаллов.

6.Постройка пространственных моделей

 

5.Заключение

В ходе выполнения первой части работы был собран материал, дающий представление о кристаллических телах, проведены опыты по зависимости растворимости кристаллических тел от температуры, выращены в школьной лаборатории небольшие кристаллы.

Работа по выращиванию кристаллов будет продолжена, т.к. в наших условиях можно вырастить кристалл размером до двух сантиметров.

При изучении свойств кристаллических тел планируем изготовить модели кристаллических решёток.

Результаты данной работы могут быть рассмотрены при изучении темы «Свойства твёрдых тел. »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

«Кристаллы Их выращивание и применение».

  1. Список литературы

1.Н.И. Дереклеева. Научно- исследовательская работа в школе.- М.: Вербум- М,2001г

2.Н.А.Родина, Е.М.Гутник, И.Г. Кириллова. Самостоятельная работа учащихся по физике в 7-8 классах средней школы. М. «Просвещение»1994г

3.Библиотечка «Квант». Опыты в домашней лаборатории. Ответственный редактор академик И.К. Кикоин.М. «Наука».1981г

4.Факультативный курс физики.9 класс. Пособие для учащихся.Под редакцией А,В. Пёрышкина и С.Е. Каменецкого. М. «Просвещение»1976г.

5Секреты подземной кухни. А.Б. Птицин. Западносибирское книжное издательство

.г Новосибирск. 1975г.

6Ученический эксперимент по физике. Методические рекомендации к лабораторным работам по молекулярной физике и термодинамике. М. 2003г ФГУП «Центр МНТП»

1

Приложение.

Фото №1.

Друза кристаллов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. №1

Кристаллы бывают самой различной формы: 1 — берилл, 2 — аметист, 3 — рубин, 4 — кристалл металла германия- дендрит, 5 — горный хрусталь, 6 — испанский шпат, 7 — поваренная соль, 8 — ограненный алмаз—бриллиант, вправленный в кольцо. В колбе с перенасыщенным раствором на конце проволочки, опущенной в раствор, растет кристалл поваренной соли.

3

Фото №2

 

 

 

 

 

 

Фото №3

Фото№4

 

 

 

 

 

 

Фото №5

Фото № 6

Фото № 7

Фото №8

Фото № 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

«Кристаллы. Их выращивание и применение».

Губа Анна.

Россия, Краснодарский край, Кореновский район, п. Анапский

СОШ №10

Аннотация.

Целью данной работы является сбор информации о кристаллах, о способах их выращивании, о применении в промышленности и ювелирном деле. Работа рассчитана на два года. В рамках данного года были поставлены и решены следующие задачи:

    1. исследованы способы выращивания кристаллов в школьной лаборатории
    2. изучены свойства кристаллических тел

При работе над данной темой использовались лабораторные комплекты по молекулярной физике и термодинамике, факультативный курс физики, библиотечка журнала «Квант». Актуальность темы состоит в том, что с развитием техники возрос спрос на кристаллы. В СССР самое крупное месторождение пьезоэлектрического кварца было на Украине. Хороший природный кристалл очень дорог. Поэтому перед учёными стоит задача вырастить искусственные кристаллы, удовлетворяющие всем требованиям промышленности. В России много фабрик по выращиванию кристаллов, есть такая фабрика и в нашем крае. В нашей школе никто раньше этой проблемой не интересовался.

Новизна работы состоит в том, что позволила почувствовать себя в роли экспериментатора и самостоятельно получить образцы кристаллов - аналоги которых применяются в промышленности и в ювелирном деле.

В результате проделанной работы:

  1. Проведены исследования свойств переохлажденной жидкости
  2. Построены графики зависимости кристаллизации вещества от температуры.
  3. Выращены кристаллы соли, кристаллы алюмокалиевых квасцов.
  4. Получены практические выводы

Данная работа имеет практическую значимость и может быть использована на уроках физики для изучения темы «Плавление и отвердевание тел, для осмысления практической значимости предлагаемых лабораторных работ.