Как растёт кристалл

Цель моей научной работы – понять, как растёт кристалл.

Задачи:

узнать, что такое кристалл;

изучить, какие бывают кристаллы;

выяснить, как кристалл растет в естественных условиях;

провести эксперимент, цель которого вырастить кристалл в домашних условиях.

Кристаллы одни из самых красивых и загадочных творений природы. Изучением кристаллов занимается наука кристаллография. Она выявляет признаки единства в этом многообразии, исследует свойства и строение. Кристаллография является наукой, всесторонне изучающей кристаллическое вещество. (Приложение 1)

В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники известняк - кристалличны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза.

В настоящее время кристаллы имеют большое распространение в науке и технике, так как обладают особыми свойствами. Известны способы искусственного выращивания кристаллов. Кристалл можно вырастить в обыкновенном стакане, для этого требуется лишь определенный раствор и аккуратность с которой необходимо ухаживать за растущим кристаллом.

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита. (Приложение 2)

Кристаллы встречаются человеку повсюду:

он ходит по кристаллам,

строит из кристаллов,

обрабатывает кристаллы на заводах,

выращивает в лабораториях,

создает из кристаллов,

широко применяет в технике и науке,

ест кристаллы,

лечится ими,

находит их в живых организмах,

проникает в тайны строения кристаллов,

выходит на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов и выращивает кристаллы в космических лабораториях. (Приложение 3-а,б,в)

На других планетах и далеких  звездах все время непрерывно  возникают, растут и разрушаются кристаллы.        Метеориты, космические посланцы, тоже состоят из кристаллов. (Приложение 4)

Итак, кристаллы вокруг нас.
 Они разнообразны, красивы,  загадочны: мы наблюдаем бесконечно разнообразные формы  снежинок. Американский натуралист Бентлей больше 50-ти лет фотографировал снежинки под микроскопом. Составил атлас нескольких тысяч фотографий снежинок и все они различны, вы не найдете там ни одной одинаковой пары. (Приложение 5)

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекали внимание человека. Алмаз, рубин, сапфир, изумруд- самые дорогие и излюбленные камни. Драгоценные камни служили мерой богатства князей и императоров.

Обыкновенная столовая соль, хлористый натрий, без которого человек не может обойтись,  представляет собой очень мелкие кристаллики. (Приложение 6)

Облака на небе - это скопления  ледяных кристалликов или же  капель воды, образовавшихся из паров воды, поднимающихся с земли. Когда кристаллики замерзшей воды в облаках вырастают, они становятся  тяжелее и в конце концов падают на землю: идет снег. (Приложение 7)

Замечали ли вы , что на стенках чайников и кастрюль, в которых кипятят воду, осаждается так называемая накипь? Соскоблите накипь и рассмотрите ее под микроскопом: вы увидите, что она представляет собой скопление очень мелких кристалликов. Они сидят на дне и стенках чайника так же, как кристаллы солей, осадившихся из вод озера, или как кристаллы минералов на стенках “хрустальных погребов”. Как же образуются кристаллы накипи? В природной воде почти всегда растворены какие- нибудь минеральные вещества; когда вода кипит и испаряется, они выделяются в виде кристаллов и оседают на стенках сосуда, образуя слой накипи. Чем больше посторонних веществ растворено в воде, тем толще слой накипи и тем быстрее он отлагается. Накипь - явление вредное, а иногда и опасное. Всем известно, что чайник с толстым слоем накипи греется медленнее, чем новый чайник. Слой кристаллов на стенках парового котла мешает его работе. Накипь утолщает стенки, уменьшает полезный объем котла, повышает расход топлива. Теперь разработаны методы борьбы с накипью с помощью так называемых антинакипинов, которые в ничтожном количестве к воде в котле. Характерным свойством антинакипинов является их способность обволакивать тончайшей пленкой мелкие кристаллические пылинки. Как ни тонка эта пленка, а расти кристаллику дальше, она не дает. Вместо плотного слоя, покрывающего всю внутреннюю поверхность котла, на его дно оседает рыхлый осадок, удалить который не представляет труда. (Приложение 8)

Некоторые живые организмы представляют собой настоящие “фабрики” кристаллов. Кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из микроскопических мелких кристалликов углекислой извести.

Драгоценный камень жемчуг тоже построен из мелких кристаллов, которые вырабатывает моллюск жемчужница. Если в раковину жемчужницы попадает песчинка или камешек, то моллюск начинает откладывать перламутр вокруг пришельца. Слой за слоем нарастает на песчинке перламутр, образующий шарики жемчуга.

В земле иногда находят камни  такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Это многогранники с плоскими и блестящими гранями. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека. (Приложение 9)

Такие камни с правильной, симметричной, многогранной формой и называют кристаллами. В школьных учебниках кристаллами обычно называют твердые тела, образующихся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями- гранями, пересекающимися по прямым линиям- ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины. Кристаллами называются все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решеток.

Размеры природных  многогранников достигают человеческого роста и более.

Встречаются кристаллы-пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны. (Приложение 10)

Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за каплей просачиваются воды и падают со сводов пещеры вниз. Каждая капля при этом частично испаряется и оставляет на потолке пещеры вещество, которое было в ней растворено. Так постепенно образуется на потолке пещеры маленький бугорок, вырастающий затем в сосульку. Эти сосульки сложены из кристалликов. Одна за другой капли мерно падают день за днем, год за годом, века за веками. Сосульки все вытягиваются и вытягиваются, а навстречу им начинают расти вверх такие же длинные столбы сосулек со дна пещеры. Иногда сосульки, растущие сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты), встречаются, срастаются вместе и образуют колонны. Так возникают в подземных пещерах узорчатые, витые гирлянды, причудливые колоннады.

Сказочно красивы подземные чертоги, украшенные фантастическими нагромождениями сталактитов и  сталагмитов. (Приложение 11)

Кристаллы каждого вещества имеют свою скорость кристаллизации, свою форму и свой цвет.

Есть кристаллы жидкие и твердые (Приложение 12-а,б), хрупкие и очень прочные. (Приложение 13-а,б)Кристаллы из-за их прочности используют и в различных режущих аппаратах, так как кристалл один из самых прочных материалов на Земле.

В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в морях и океанах, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых организмах ,в космосе – везде встретим мы кристаллы.

Зачем же создают еще и искусственные кристаллы, если и так почти все твердые тела вокруг нас имеют кристаллическое строение?

Прежде всего затем, что природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они не однородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусственном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе.

Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, корунда. В лабораториях выращивают большие кристаллы, необходимые для техники и науки, искусственные драгоценные камни, кристаллические материалы для точных приборов; там создают и те кристаллы, которые изучают кристаллографы, физики, химики, металловеды, минералоги, открывая в них новые замечательные явления и свойства. А самое главное - искусственно выращивая кристаллы, создают вещества, каких вообще нет в природе, множество новых веществ с нужными для техники свойствами, так сказать, кристаллов “по мерке”, или “на глаз”.

Человек применяет кристаллы почти во всех областях материальной сферы их цена и значение чрезвычайно велики.

В лабораториях кристаллы выращивают из расплавов и растворов, из паров и из твердых веществ. Для этого есть много остроумных способов, сложных приборов и установок. Рост больших однородных и чистых кристаллов длится иногда долгие месяцы.

Выращивают кристаллы разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор.

Другой метод выращивания кристаллов - постепенное удаление воды из насыщенного раствора. И в этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы.

Именно таким способом мы будем выращивать кристалл. (Приложение 14)

Практическая часть.

В природе кристаллы растут тысячи лет. Мы поставили перед собой задачу вырастить его за 10 дней.

Для проведения научного эксперимента мы использовали набор «Волшебные кристаллы», в состав которого входят:

концентрированный порошок для выращивания кристаллов;

каменное основание для выращивания кристаллов;

затравочные кристаллы.

Кристалл будет янтарного цвета.

17 ноября – 1 день научного эксперимента.

При работе с реактивами обязательно используем перчатки.

Концентрированный порошок помещается в пластиковый контейнер и заливается горячей водой до определенной метки.

В течение 2-х минут деревянной палочкой аккуратно размешиваем порошок для выращивания кристаллов.

Промываем под проточной водой каменное основание и выкладываем на дно контейнера. Равномерно распределяем камни деревянной палочкой.

Накрываем крышкой и, примерно, ждем час, чтобы раствор остыл до комнатной температуры.

Через час засыпаем затравочные кристаллы, накрываем раствор крышкой и оставляем на 24 часа.

2 день эксперимента.

Образовались первые маленькие, хрупкие кристаллы. Открываем крышку, и при комнатной температуре кристалл будет расти дальше. Его росту не должны мешать вибрация и громкие звуки, иначе структура нарушится и кристалл перестанет расти.

4 день эксперимента.

Мы поместили контейнер на подоконник. Процесс кристаллизации идет медленно, вода постепенно испаряется, на стенках контейнера образуется соляной налет.

10 день эксперимента.

Кристалл продолжает расти. Вода испаряется очень медленно, так как температура на подоконнике ниже комнатной. Мы поместили контейнер у обогревательного прибора, температура повысилась и кристалл стал расти активнее. (Приложение 15)

Так как кристалл цветной, ему понадобится больше времени, чтобы вырасти.

22 день эксперимента.

Кристалл показался из воды и на его вершинах образовался соляной налет. Мы извлекли его из раствора и аккуратно промыли.

Кристалл имеет около 50 вершин. Самая высокая – 6 см. Он достаточно прочный. (Приложение 16)

Наш научный эксперимент завершен. Мы доказали, что с помощью специальных реактивов, можно вырастить кристалл в домашних условиях.

Люди привыкли использовать  кристаллы, делать из них украшения, любоваться ими. Теперь, когда изучены методы  искусственного выращивания кристаллов, возможно, будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и  кристаллическим агрегатам.

Вывод:

мы узнали, что такое кристалл;

какие бывают кристаллы, и где встречаются;

как растут сами и как выращивают в лаборатории;

провели эксперимент и вырастили кристалл в домашних условиях из заготовленных материалов.

Эта тема нам была очень интересна.

Мир кристаллов  оказался удивителен и разнообразен!