Nevýhody této metody: Hotové sady neposkytují úplné pochopení toho, jak se krystaly pěstují a na čem závisí jejich růst; neznali jsme krystaly z jakých látek jsme pěstovali, navíc se krystaly ukázaly jako velmi křehké . Aby se nesrazily, musely být nalakovány. Fotografie jsou uvedeny v příloze 2. Tento způsob pěstování má však i své výhody. Líbila se nám jednoduchost a snadné použití – není potřeba studovat speciální literaturu ani shánět a připravovat ingredience pro experiment.
2.2 Výzkum růstu krystalů
Diskutovali jsme a rozhodli jsme se vypěstovat krystaly z kuchyňské soli a síranu měďnatého. Nošení rukavic pracovalo se síranem měďnatým.
Uvařili jsme nasycený roztok soli v horké vodě a sklenici umístili na teplé a suché místo.
Smíchejte nasycený roztok soli ve studené vodě a sklenici postavte na chladné místo.
Připravili jsme nasycený roztok síranu měďnatého v horké vodě a umístili jej na teplé a suché místo.
Po 3 dnech jsme viděli, že se první krystaly objevily v první sklenici a první krystaly se objevily ve třetí sklenici. Ve druhé sklenici nebylo nic.
O týden později byla horní část první sklenice pokryta krystaly soli a vlákno bylo zarostlé krystaly. Ve druhém se objevily první krystaly
Po dvou týdnech se krystaly v první sklenici zvětšily a vnitřek sklenice se začal pokrývat krystaly soli. Ve druhé sklenici se krystaly objevily na vrcholu samotné sklenice. Ve třetím se krystal síranu měďnatého zvětšil.
Po třech týdnech se krystaly soli v první sklenici zvětšily a bylo vidět jejich tvar. Bylo to krychlové. Ve druhé sklenici krystaly zcela pokryly sklo a byly poněkud beztvaré. A na niti byla spousta malých krystalů.
Ve třetím se krystal ještě zvětšil.
Fotografie výsledných krystalů si můžete prohlédnout v příloze 3. Výsledky jsou uvedeny v tabulce.
roztok kuchyňské soli
roztok kuchyňské soli
roztok síranu měďnatého na teplém místě
Mnoho malých krystalů
Mnoho malých krystalů
Výzkum nás bavil. V důsledku vykonané práce jsme dospěli k závěru, že krystaly lze skutečně pěstovat doma z roztoků kuchyňské soli a síranu měďnatého.
Získali jsme následující výsledky: rychlost růstu a vzhled krystalů závisí na teplotě vzduchu (čím chladnější, tím pomaleji krystaly rostou), na počáteční teplotě vody, ve které byla sůl rozpuštěna (čím vyšší teplota, tím rychleji rostou) a různé soli mají různé krystaly podle barvy, tvaru a rychlosti růstu.
Rychlost růstu a vzhled výsledných krystalů závisí na následujících podmínkách: na teplotě vzduchu (čím chladnější, tím pomaleji krystaly rostou), na počáteční teplotě vody, ve které byla sůl rozpuštěna (čím vyšší teplota rychleji rostou) a různé soli mají různé krystaly podle barvy, tvaru a rychlosti růstu.
Pokud se roztok rychle ochladí, krystaly také rychle porostou, ale jejich tvar může být nepravidelný. Pokud se roztok ochladí pomalu, tvar krystalů bude správný. Při rychlém ochlazení se tvoří mnoho „jader“; V tomto případě nebudou získány správné krystaly, protože částice v roztoku jednoduše nemají čas „usadit“ se na povrchu krystalu na svém správném místě. Cizí pevné nečistoty v roztoku mohou také hrát roli krystalizačních center, takže čím čistší roztok, tím méně krystalizačních center bude. Krásné krystaly různých látek si doma vypěstujete za dva až tři týdny.
Pěstování umělých krystalů je velmi vzrušující a důležitý proces pro moderní život.
Pro naše spolužáky jsme vypracovali návod na pěstování krystalů (příloha 3).
Сseznam použité literatury
Vorotnikov A. A. Fyzika a chemie. Univerzální encyklopedie pro školáky. Harvest LLP, 1996
Webová stránka Pohodlná nemovitost [Elektronický zdroj] – Režim přístupu: http://cozyhomestead.ru/Terminy_1764.html (10.11.2021)
Svět krystalů / Aplikace krystalů ve vědě a technice [Elektronický zdroj] – Režim přístupu: http://course-crystal.narod.ru/p31aa1.html (02.11.2021)
Myakishev G. Ya., A. Z. Sinyakov. Fyzika. Molekulární fyzika. Termodynamika. Stupeň 10. Učebnice pro hloubkové studium fyziky – M.: Drop obecný, 2005;
Kritsman V.A., Stanzo V.V. Encyklopedický slovník mladého chemika. – M.: Pedagogika, 1996;
Krystaly Smolegovského A. M. – M.: Vzdělávání, 1999;
Čujanov V. A. Encyklopedický slovník mladého fyzika. – M.: Pedagogika, 1995.
Svět kolem nás se skládá z krystalů, dá se říci, že žijeme ve světě krystalů. Obytné budovy a průmyslové stavby, letadla a rakety, motorové lodě a dieselové lokomotivy, horniny a minerály jsou složeny z krystalů. Krystaly jíme, léčíme se jimi a částečně jsme z krystalů.
Co jsou tedy krystaly? Jaké vlastnosti mají? Jak krystaly rostou? Jak a kde se v současnosti využívají a jaké jsou výhledy jejich využití do budoucna? Tyto otázky mě zaujaly a snažil jsem se na ně najít odpovědi.
Stáhnutí:
| Příloha | velikost |
|---|---|
| Výzkumná práce | 662.66 KB |
| Prezentace | 2.6 MB |
Náhled:
11. VĚDECKÁ A PRAKTICKÁ KONFERENCE OKRESU KUZNETSK „OPEN WORLD“
Hlavní aplikace umělých krystalů
Absolvoval žák 8. třídy
vedoucí Sizochenko A.I.,
1.2. Monokrystaly a polykrystaly. 4
1.3. Metody pěstování krystalů………. ……5
1.4. Aplikace krystalů …………………………. …7
2. Praktická část
2.1. Pěstování krystalů doma
Jako kouzelný sochař
Světlé okraje krystalů
Vytváří bezbarvý roztok.
Svět kolem nás se skládá z krystalů, dá se říci, že žijeme ve světě krystalů. Obytné budovy a průmyslové stavby, letadla a rakety, motorové lodě a dieselové lokomotivy, horniny a minerály jsou složeny z krystalů. Krystaly jíme, léčíme se jimi a částečně jsme z krystalů.
Krystaly jsou látky, ve kterých jsou nejmenší částice „zabaleny“ v určitém pořadí. Výsledkem je, že při růstu krystalů se na jejich povrchu spontánně objevují ploché okraje a samotné krystaly získávají různé geometrické tvary.
Prohlášení akademika A.E. Fersman „Téměř celý svět je krystalický. Světu vládne krystal a jeho pevné, lineární zákony“ je v souladu s vědeckým zájmem vědců z celého světa o tento předmět výzkumu.
Moderní průmysl se neobejde bez široké škály krystalů. Používají se v hodinkách, tranzistorových rádiích, počítačích, laserech a mnoha dalších. Velká laboratoř – příroda – již nemůže uspokojit poptávku po vývoji technologie a nyní se umělé krystaly pěstují ve speciálních továrnách: malých, téměř nepostřehnutelných a velkých o hmotnosti několika kilogramů.
Lidé se naučili získávat mnoho drahých kamenů uměle. Z umělých rubínů se odedávna vyráběla například ložiska do hodinek a dalších přesných přístrojů. Krásné krystaly, které se v přírodě vůbec nevyskytují, se získávají uměle – kubické zirkonie. Je těžké rozeznat kubické zirkonie od diamantů pouhým okem – na světle tak krásně hrají.
Co jsou tedy krystaly? Jaké vlastnosti mají? Jak krystaly rostou? Jak a kde se v současnosti využívají a jaké jsou výhledy jejich využití do budoucna? Tyto otázky mě zaujaly a snažil jsem se na ně najít odpovědi.
Moje práce je výzkumná, protože při její realizaci jsou využívány znalosti několika akademických předmětů: fyzika, chemie, biologie, informatika. Výsledkem aktivity bylo vytvoření prezentace „Krystaly a jejich aplikace“, kterou lze použít v hodinách fyziky a chemie jako názorná pomůcka, a krystaly vypěstované ze síranu měďnatého a kuchyňské soli.
Určete hlavní oblasti použití umělých krystalů a experimentálně otestujte možnost pěstování krystalů kuchyňské soli a síranu měďnatého bez použití speciálního zařízení.
K dosažení tohoto cíle jsem čelil následujícímu
- Sbírejte materiály o krystalech a jejich vlastnostech z literárních a internetových zdrojů.
- Proveďte experimenty s rostoucími krystaly síranu měďnatého a kuchyňské soli.
- Systematizovat materiál o krystalech: použití umělých krystalů a způsoby jejich pěstování.
- Vytvořte prezentaci „Krystaly a jejich aplikace“ pro vzdělávací účely.
- Hlavní část
- Crystal koncept
Křišťál (z řeckého krystallos – „průhledný led“) se původně nazýval průhledný křemen (horský křišťál), nalezený v Alpách. Horský křišťál byl mylně považován za led, ztvrdlý chladem do té míry, že již netaje. Zpočátku byla hlavní charakteristika krystalu viděna v jeho průhlednosti a toto slovo se používalo pro všechny průhledné přírodní pevné látky. Později začali vyrábět sklo, které nebylo v lesku a průhlednosti horší než přírodní látky. Předmětům vyrobeným z takového skla se také říkalo „křišťál“. Ještě dnes se sklo zvláštní průhlednosti nazývá křišťál a „kouzelná“ koule věštců se nazývá křišťálová koule.
Úžasnou vlastností horského křišťálu a mnoha dalších průhledných minerálů jsou jejich hladké, ploché hrany. Na konci XNUMX. stol. bylo zjištěno, že v jejich uspořádání je určitá symetrie a bylo zjištěno, že některé neprůhledné minerály mají přirozený pravidelný řez. Vznikl odhad, že tvar může souviset s vnitřní strukturou. Nakonec se krystalům začalo říkat všechna tělesa, která mají přirozeně plochý výbrus.
Ve zbrojnici jsou šaty a koruny ruských carů, zcela poseté krystaly – drahokamy – ametysty. V kostelech byly ikony a oltáře zdobeny ametysty.
Nejznámějšími krystaly jsou diamanty, které se po vybroušení promění v diamanty. Lidé se po mnoho staletí pokoušeli odhalit tajemství těchto kamenů, a když zjistili, že diamant je druh uhlíku, nikdo tomu nevěřil.
Rozhodující experiment provedl v roce 1772 francouzský chemik Lavoisier. V přírodě se diamanty tvoří v hlubinách země při velmi vysokých teplotách a tlacích. Vědci dokázali v laboratoři vytvořit podmínky, za kterých lze diamanty získat z grafitu až o 200 let později. Nyní se vyrábí desítky tun umělých diamantů. Mezi nimi jsou diamanty pro klenotnické účely, ale většina z nich se používá k výrobě různých nástrojů.
- Monokrystaly a polykrystaly
Krystalická tělesa mohou být monokrystaly nebo polykrystaly. Jediný krystal se nazývá monokrystal, který má makroskopickou uspořádanou krystalovou mřížku. Mají geometricky pravidelný vnější tvar, ale tato vlastnost není povinná.
Polykrystaly jsou malé, náhodně orientované krystality srostlé dohromady.
- Metody pěstování krystalů
V laboratoři se krystaly pěstují za pečlivě kontrolovaných podmínek, aby byly zajištěny požadované vlastnosti, ale v zásadě laboratorní krystaly vznikají stejně jako v přírodě – z roztoku, taveniny nebo páry. Piezoelektrické krystaly Rochelleovy soli tak rostou z vodného roztoku při atmosférickém tlaku. Velké krystaly optického křemene se také pěstují z roztoku, ale při teplotách 350–450 o C a tlaku 140 MPa. Rubíny se syntetizují za atmosférického tlaku z prášku oxidu hlinitého, roztaveného při teplotě 2050 o C. Krystaly karbidu křemíku, používané jako brusivo, se získávají z par v elektrické peci.
Prvním monokrystalem získaným v laboratoři byl rubín. Pro získání rubínu byla zahřívána směs bezvodého oxidu hlinitého obsahující větší či menší příměs žíravého draslíku s fluoridem barnatým a dichromodraselnou solí. Ten se přidává k obarvení rubínu a odebírá se malé množství oxidu hlinitého. Směs se umístí do hliněného kelímku a zahřívá (od 100 hodin do 8 dnů) v dozvukových pecích při teplotách až 1500 o C. Na konci experimentu se v kelímku objeví krystalická hmota, stěny jsou pokryty krásné růžové rubínové krystaly.
Druhou běžnou metodou pro pěstování syntetických krystalů drahokamů je Czochralského metoda. Je to takto: tavenina látky, ze které mají kameny krystalizovat, se vloží do žáruvzdorného kelímku ze žáruvzdorného kovu (platina, rhodium, iridium, molybden nebo wolfram) a zahřeje se ve vysokofrekvenčním induktoru . Na výfukové šachtě se do taveniny spouští semeno z materiálu budoucího krystalu a na něm se pěstuje syntetický materiál do požadované tloušťky. Hřídel se semenem je postupně tažen nahoru rychlostí 1-50 mm/h se současným růstem při rychlosti otáčení 30-150 ot./min. Otáčením hřídele vyrovnáte teplotu taveniny a zajistíte rovnoměrné rozložení nečistot. Průměr krystalů je do 50 mm, délka do 1 m. Syntetický korund, spinel, granáty a další umělé kameny jsou pěstovány Czochralského metodou.
Krystaly mohou také růst, když pára kondenzuje – tak se na studeném skle získávají vzory sněhových vloček. Při vytěsňování kovů ze solných roztoků pomocí aktivnějších kovů vznikají také krystaly. Například ponořte železný hřebík do roztoku síranu měďnatého; pokryje se červenou vrstvou mědi. Ale výsledné krystaly mědi jsou tak malé, že je lze vidět pouze pod mikroskopem. Měď se na povrchu nehtu uvolňuje velmi rychle, takže její krystaly jsou příliš malé. Ale pokud se proces zpomalí, krystaly se ukážou jako velké. Chcete-li to provést, zakryjte síran měďnatý silnou vrstvou stolní soli, položte na něj kruh filtračního papíru a nahoře – železnou desku s mírně menším průměrem. Zbývá do nádoby nalít nasycený roztok kuchyňské soli. Síran měďnatý se začne pomalu rozpouštět v solném roztoku. Ionty mědi (ve formě zelených komplexních aniontů) budou po mnoho dní difundovat nahoru velmi pomalu; proces lze pozorovat pohybem barevného okraje. Po dosažení železné desky se ionty mědi redukují na neutrální atomy. Ale protože tento proces probíhá velmi pomalu, atomy mědi se seřadí do krásných lesklých krystalů. Někdy tyto krystaly tvoří větve – dendrity.
