Кристаллы играют большую роль в жизни человека. Их используют в качестве украшений, элементов декора, в науке и технике. В данной работе представлены опыты по выращиванию кристаллов из различных материалов.
Ключевые слова: кристаллы, украшения, выращивание.
Если задать вопрос «Что такое кристаллы?», то на ум сразу приходят сверкающие, излучающие свет и цвет кристаллы драгоценных камней — алмазы, бриллианты, изумруды, рубины. Но оказывается, мы каждый день сталкиваемся с кристаллами. Где бы мы не находились: дома, в школе, на улице, кристаллы встречаются нам повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, создаем изделия из кристаллов, едим, лечимся кристаллами даже находим кристаллы в живых организмах.
Меня очень заинтересовала эта тема. И мне захотелось выяснить самому, что же такое кристаллы? Как они появляются в природе? Где их можно использовать? И, самое главное, смогу ли я сам вырастить в домашних условиях кристалл?
Актуальность работы: Кристаллы играют большую роль в жизни человека. Их используют в качестве украшений, элементов декора, в науке и технике.
Мною было принято решение выращивать кристаллы разными способами — вырастить кристалл из пищевой соды, кристаллы из поваренной соли и вырастить кристалл из медного купороса, пользуясь набором для опытов «Кристаллические скульптуры».
Цель : научиться выращивать кристаллы из разных веществ в домашних условиях.
Задачи:
1. Изучить, что такое кристаллы, строение и их свойства;
2. Узнать о значении кристаллов в жизни человека;
3. Вырастить кристаллы в домашних условиях и сделать выводы.
Методы: обзор литературных источников и интернет ресурсов, сравнение, эксперимент.
Объект исследования: кристаллы
Предмет исследования: процесс кристаллизации
Гипотеза : предположим, что кристаллы можно выращивать в домашних условиях.
1. Теоретическая часть
1.1. Что такое кристаллы
Из множества чудес окружающего нас мира одним из самых прекрасных являются кристаллы. У каждого из нас с ними связаны определенные ассоциации. Для кого-то кристаллы — это переливающиеся драгоценные камни. Кто-то вспоминает о мелких кристалликах соли и сахара, кто-то — о сверкающем на солнце прозрачном куске льда. Так что же такое на самом деле эти кристаллы? Почему такие различные вещества как драгоценные камни и обычную поваренную соль можно назвать одним объединяющим словом?
Кристаллы — это твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. В них мельчайшие частицы расположены в определенном порядке.
Интересно происхождение слова «кристалл» (оно звучит почти одинаково на всех европейских языках). Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивый, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лёд.
Слово «кристалл» в переводе с греческого первоначально означало «лед», в дальнейшем — «горный хрусталь». Удивительное сходство кристаллов льда и горного хрусталя было подмечено уже очень давно. В древности и в средние века думали, что кристаллы горного хрусталя и кристаллы льда — одно и то же, только лёд замерзает у нас на глазах, а горный хрусталь — лишь при особенно сильном морозе. Предполагали, что лёд становится хрусталём через тысячу лет, а хрусталь становится алмазом через тысячу веков.
Первоначально главную особенность кристаллов видели в их прозрачности и «кристаллами» считали все прозрачные природные твердые тела. Но, к сожалению, в природе кристаллы большинства веществ без трещин, загрязнений и других дефектов встречаются редко. Это привело к тому, что люди на протяжении тысячелетий кристаллы называли драгоценными камнями.
Было подмечено, что кристаллы горного хрусталя и многих других прозрачных минералов обладают гладкими плоскими гранями и имеется симметрия в их расположении. Позже установили, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную форму характерную для того или иного минерала. В конце концов, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.
Частички, из которых состоит кристалл, в разных веществах выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода — одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
1.2. Разновидности кристаллов
Русский учёный Е. С. Фёдоров установил, что в природе может существовать только 230 различных пространственных групп, охватывающих все возможные кристаллические структуры. Большинство из них (но не все) обнаружены в природе или созданы искусственно. Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.
Изучением кристаллов занимается специальная наука кристаллография. Она всесторонне рассматривает кристаллические вещества, исследует их свойства и строение. У её истоков стоит М. В. Ломоносов.
В природе существует сотни веществ, образующих кристаллы. Но не все кристаллы одинаковы, что и позволяет их различить и, соответственно, разбить на несколько типов, используя тот или иной характерный критерий классификации.
В кристаллографии разделяют понятия о кристалле идеальном и кристалле реальном.
Идеальные кристаллы — это математическая модель, которой пользуются ученые, чтобы описать свойства настоящих кристаллов.
Реальный кристалл — это тот кристалл, что существует в действительности. В отличие от идеального, у него имеются некоторые дефекты внутренней структуры, грани его не безупречны, а симметрия понижена. Но при всех этих недостатках в реальном кристалле сохраняется то главное свойство, которое и делает его кристаллом — частицы в нем располагаются в закономерном порядке.
|
|
|
|
Идеальные кристаллы |
Реальные кристаллы |
Также кристаллы делят на группы по их происхождению: природные (естественные) и искусственные (выращенные человеком).
Природные кристаллы вырастают в недрах планеты в естественных для роста условиях.
В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров.
Примером кристаллизации из расплава является образование льда из воды.
Примером образования кристаллов из растворов могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды.
Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки, иней.
Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Некоторые виды моллюсков обладают способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр. За 5–10 лет образуется драгоценный камень жемчуг, имеющий поликристаллическое строение.
Выращивание искусственных кристаллов интересовало людей ещё в IX веке.
Искусственные кристаллы выращиваются в лабораториях или домашних условиях. Например, кристаллы поваренной соли можно вырастить дома. Кристаллы рубина могут быть выращены как самой природой, так и в лаборатории людьми.
Искусственные кристаллы камней производят из расплавов, из растворов, из газа, но конечно, для каждого минерала существует свой способ получения, своя технологическая особенность.
Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже больше половины.
Частички, из которых состоит кристалл, в разных веществах выстраиваются и соединяются вместе различными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры.
1.3. Применение кристаллов
Изучив литературу и интернет-источники, я узнал, что кристаллы находят довольно широкое применение в технике и быту.
Например, благодаря высочайшей твердости алмазы, природные и искусственные, используются в промышленности для изготовления высокопрочных режущих инструментов, а ограненные алмазы (бриллианты) считаются одними из самых дорогих драгоценных камней.
Драгоценные камни с древних времён привлекают внимание человека. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Ювелирные украшения с использованием драгоценных камней и драгоценных металлов порой представляют собой произведения искусства.
|
|
|
Корона Российской империи
Рубин и сапфир относятся к самым красивым и дорогим из драгоценных камней. Все часы работают на искусственных рубинах. Рубины используют в лазерах, так как его кристалл усиливает свет. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.
Кристаллы используются в устройствах для записи и воспроизведения звука. Кристаллы кремния и германия входят в состав полупроводниковых диодов, которые есть в каждом компьютере и мобильном телефоне.
В настоящее время неотъемлемой частью нашей жизни стали такие понятия как «жидкий кристалл», «жидкокристаллический экран». Многие современные приборы и устройства работают на жидких кристаллах. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства.
Панели многих многоэтажек сделаны из бетона (искусственного камня), в состав которого входит щебень из кристаллического сланца .
В медицине тоже используют кристаллы — лучи от кварцевой лампы используются для дезинфекции.
Некоторые живые организмы оказываются настоящими «фабриками» кристаллов: кораллы, например, образуют целые острова, сложенные из мельчайших кристаллов кальция.
С давних времен мы используем кристаллы и в быту. Например, каменная соль давно и навечно вошла в жизнь человека. Мы называем ее в быту просто солью, в технике — поваренной, или пищевой, солью. Ни с чем несравнимый вкус соли человек оценил давно. В древности страны, куда ее завозили, платили цену, равную золоту: за килограмм соли — килограмм золотого песка.
Свою жизнь без сахара не представляют сладкоежки, да и те, кто не очень любит сладкое, но все равно время от времени наслаждаются сладкими и вкусными конфетами, пирожными, тортами, шоколадом и в приготовлении которых неизменно используется сахар.
Таким образом, можно сделать вывод, что кристаллы очень плотно вошли в нашу жизнь, и существование без них мы уже не представляем.
1.4. Интересные факты о кристаллах
Просматривая многие интернет-источники я узнал много интересного о кристаллах. Например:
1. Совсем недавно, в 2000 году, в мексиканской пустыне была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы. На глубине 300 метров, в рабочей шахте, шахтеры обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы гипса.
2. Учеными было доказано, что кристаллы могут образовывать самые различные формы и, несмотря на это, внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других.
3. Природные кристаллы в виде величественных колонн применялись в древних цивилизациях для удержания тяжелых ворот храмов или как постамент.
4. В музее «Хрустальные миры» в Австрии хранится самый крупный кристалл весом более 62 килограмм, его достоинство оценивается в 310 тысяч карат. Крошечный же вариант кристалла в диаметре не достигает и одного сантиметра. Все они принадлежат к самой знаменитой компании «Сваровски» и занесены в книгу рекордов Гиннеса.
5. В Московском Минералогическом музее хранится более 4 800 образцов кристаллов 7 кристаллических систем.
2. Практическая часть
Для того, чтобы приступить к самостоятельному выращиванию кристаллов в домашних условиях необходимо было определиться с материалом для будущего кристалла. Просмотрев результаты других людей в интернете и изучив различные статьи, я пришёл к выводу, что самыми популярными материалами для выращивания кристаллов в домашних условиях являются соль, сода. Они столь популярны по очевидным причинам — их легко достать в большом количестве. Соль и сахар мы можем приобрести в любом продуктовом магазине.
Для домашнего выращивания кристаллов я попросил помощи родителей.
2.1. Опыт 1 — выращивание кристаллов из поваренной соли
Цель: научиться выращивать кристаллы из соли в домашних условиях.
Для поведения опыта по выращиванию кристаллов из поваренной соли нам понадобилось:
— соль;
— вода;
— нитки;
— ложку, чтобы размешивать раствор;
— ёмкость, где будет находиться раствор.
Для кристаллов из соли мы взяли пол стакана кипятка. Затем растворили 6 столовых ложек поваренной соли, добавляя постепенно по ложке добились того чтобы соль перестала растворятся в кипятке.
К нитке привязали самый крупный кристалл соли. Опустили кусочек соли в стакан с солёным раствором, чтобы доставал наш кристалл до дна стакана, потому как соль будет оседать и нарастать на подвязанный кристалл.
Переносим ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий). Накрываем чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом от попадания пыли и мусора.
Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. А если проделать всё ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее.
Поваренная соль состоит из кристаллов, при соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются, по мере того как вода испаряется, соль снова образует кристаллы.
Вывод: из поваренной соли можно вырастить кристаллы.
2.2. Опыт 2 — выращивание кристаллов из соды
Цель: научиться выращивать кристаллы из пищевой соды в домашних условиях.
Для поведения опыта по выращиванию кристаллов из пищевой соды нам понадобилось:
— пищевая сода;
— скрепка;
— вода;
— шерстяная нить;
— ложка, чтобы размешивать раствор;
— ёмкость, где будет находиться раствор.
Наливаем полстакана горячей воды и растворяем в ней 6 чайных ложек пищевой соды. Хорошенько перемешиваем. Если сода полностью растворилась, добавляем до тех пор, пока не появится нерастворимый осадок. К нитке прикрепляем скрепку или что-то, чтобы служило якорем и опускаем в стакан. Так же, переносим ёмкость в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света. Через несколько дней начали появляться кристаллы.
Шерстяная нить впитывает раствор соды. Когда вода испаряется, сода остается на нити, и на ней постепенно вырастают кристаллы.
Вывод: из соды можно вырастить кристаллы.
2.3. Опыт 3 — выращивание кристаллов из готового набора
Так как эта темя меня заинтересовала, то мы с мамой решили приобрести готовый набор по выращиванию кристаллов «Кристаллические скульпторы».
В состав набора входит:
— медный купорос;
— проволока;
— нитка;
— деревянная палочка.
Для начала я определился, что из кристаллов хочу сделать фигуру звезды. Из проволоки сделал звезду и привязал к нитке. Фигурку смочил в воде и «обмакнул» в кристаллы медного купороса, которые находились в пакете. К фигурке должны были прилипнуть несколько кристаллов. Затем отложил фигурку и дал ей высохнуть.
Пока сохла фигурка, я приготавливал насыщенный раствор медного купороса. Для этого в стакан налил 100 мл горячей воды и добавили весь порошок медного купороса. С помощью деревянной палочки размешиваем раствор, чтобы весь порошок растворился.
Фигурку опускаем в раствор так, чтобы она не касалась стенок стакана. Накрываем стакан листом и убираем его в темное место.
Через несколько дней на фигурке образовались кристаллы синего цвета. На дне стакана так же образовались кристаллы.
Медный купорос относится к тем веществам, растворимость которых повышается с увеличением температуры воды. При остывании раствора растворимость медного купороса снижается и начинается выпадение кристаллов. Так как мы изначально фигурку из проволоки «обмакнули» в порошке медного купороса, то мы немного упорядочили процесс выпадения кристаллов. Постепенно вода из раствора испаряется и рост кристаллов ускоряется.
Вывод: вырастит кристаллы из готового набора можно и использовать его для создания украшений.
3. Заключение
Изучив литературу и проделав опыты, я пришел к следующим выводам:
1. Узнал, что кристалл — это твердое тело, которое растет, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара.
2. Выяснил, что кристаллы окружают нас повсюду и являются неотъемлемой частью нашей жизни;
3. Так же выяснил, что кристаллы могут создаваться природой и руками человека, что приводит к огромному разнообразию видов кристаллов;
4. Узнал, что кристаллы независимо от их происхождения применяются практически во всех областях науки и техники и даже в быту;
5. Проведя успешные эксперименты по выращиванию кристаллов из поваренной соли, соды и медного купороса и в процессе наблюдения за процессом кристаллизации, выяснил факторы, влияющие на процесс выращивания кристаллов.
6. Таким образом, в результате проведенной мною работы, я научился выращивать кристаллы в домашних условиях. Так же я могу сказать о том, что выращивать кристаллы не сложно, а очень интересно. И любой человек сам может вырастить кристаллы в любое время года.
Цель моей работы, научиться выращивать кристаллы из разных веществ, достигнута. Гипотеза подтвердилась — кристаллы можно выращивать в домашних условиях, причем с минимальными затратами. Своё исследование мне хотелось бы продолжить. Поэтому я планирую продолжать свои эксперименты с новыми веществами, и создать коллекцию кристаллов.
Литература:
1. Афонькин С. Ю. Минералы и драгоценные камни. Школьный путеводитель.-СПб.: «БКК», 2012 г.
2. Ананьева Е. Г. Жизнь Земли. Физическая география и рельеф планеты –М.:Эксмо,2014.
3. Белов Н. В. Энциклопедия драгоценных камней и кристаллов.- Минск: «Харвест», 2009 г.17.
4. Кристаллография и минералогия: учеб. — метод. пособие/ В. В. Сергеева. — Екатеренбург: Изд — во Урал. ун — та, 20
5. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Драгоценные камни и минералы. — М.: ООО «Издательство Астрель»; ООО «Издательство АСТ»; 2000
6. https://mschistota.ru/sredstva/mednyj-kuporos.html
7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кристаллы
