V loňském školním roce měla naše škola exkurzi do muzea Experimentarium. Po skončení exkurze jsem chtěl sám udělat nějaký vědecký experiment. V muzeu jsem si koupil sadu na pěstování krystalů. Doma jsme s pomocí maminky podle návodu začali pěstovat krystal. Rostl 12 dní. Oproti očekávání se ukázalo, že není tak velké a krásné jako na obrázku. A pak jsem se rozhodl zkusit znovu vypěstovat krystal a zároveň zjistit, z čeho můžeme krystaly vypěstovat v běžném životě.
Relevance tématu
Aktuálnost tématu spočívá v tom, že se v každodenním životě neustále setkáváme s krystaly, dá se říci, že všichni žijeme ve světě krystalů. Krystaly používáme v potravinářství, raketové vědě, stavbě letadel a stavbě domů. Horniny a minerály jsou tvořeny krystaly. Liší se velmi strukturou, tvarem, kvalitou, ale všechny mají vlastnosti nezbytné k vytváření věcí potřebných v životě. A krystaly jsou také krása, protože drahé kameny jsou také krystaly.
Předmět studia proces pěstování krystalů.
Předmět studia: krystaly.
Krystaly si můžete vypěstovat doma z dostupných látek.
Seznamte se s různými typy krystalů. Vypěstujte si krystaly doma.
Zjistěte, co jsou krystaly.
Zjistěte, v jakých oblastech života se krystaly používají.
Vypěstujte si krystaly doma.
Vytvořte prezentaci na téma práce.
Metody výzkumu:
Studium literatury na téma „Krystaly“.
Sledování průběhu experimentů.
Záznam výsledků práce.
II . Hlavní část
Crystal, co je?
Abych pochopil, co jsou krystaly, šel jsem online a přečetl jsem si článek na Wikipedii.
Krystaly jsou (z řeckého „crystallos“, „led“, dále „horský krystal“) pevná tělesa, atomy, které se nacházejí v určité poloze v prostoru. Krystaly mají různé velikosti a tvary: některé jsou malé a ostré, jiné velké a mohou dosahovat délky několika metrů. Vědci, kteří studují krystaly, je rozdělili do dvou kategorií: „ideální krystal“ a „skutečný krystal“.
Ideální krystal je krystal s úplným souborem všech kvalit, vlastností a vlastností, které jsou danému typu krystalu vlastní. Má dokonalou strukturu a je bez jakýchkoliv konstrukčních vad (příloha č. 1).
Skutečný krystal je ten, který existuje v reálném životě. Na rozdíl od dokonalého má některé vady. Nemá bezchybné okraje a symetrie není tak dokonalá. Ale přes všechny své nedostatky má skutečný krystal svou nejdůležitější vlastnost – částice v něm jsou uspořádány v přirozeném pořadí (příloha č. 2).
Odkud krystaly pocházejí?
Přírodní krystaly vznikají v hlubinách země po dlouhou dobu, kde jsou vystaveny velmi vysokým teplotám a vysokému tlaku.
A lidé si umělé krystaly mohou pěstovat doma.
V přírodě existuje mnoho látek s krystalickou strukturou. Nejběžnější látkou, která má schopnost tvořit krystaly, je obyčejná voda. Vidíme je v zimě – to jsou sněhové vločky a ledové vločky.
Kromě vody může mnoho kovů tvořit krystaly, například měď a železo, soli (příloha č. 3).
Z historie krystalů.
Nauka o krystalech začala studiem horského křišťálu (příloha č. 4). Jeho lesklé bezbarvé krystaly byly poprvé nalezeny ve starověku mezi věčnými sněhem ve švýcarských Alpách. Některé krystaly byly tak velké, že je několik silných mužů mohlo stěží zvednout.
Nejznámějšími krystaly jsou diamanty, které se po vybroušení promění v diamanty (příloha č. 5). Po mnoho staletí se lidé pokoušeli odhalit tajemství těchto drahých kamenů. Když se konečně zjistilo, že diamant je druh uhlíku, lidé tomu hned nevěřili! Diamant je totiž symbolem nejen bohatství, ale také mimořádné tvrdosti. Vezmeme-li další, v přírodě nejrozšířenější krystalickou odrůdu uhlíku – grafit, pak nás napadnou především tuhy – černé, na dotek mastné a velmi jemné. Ukázalo se, že jiskřivé krystaly, se kterými se pojí tolik romantických (a krvavých) příběhů, a nenápadný černý grafit jsou složeny ze stejných atomů uhlíku. Rozhodující experiment provedl v roce 1772 slavný francouzský chemik A.L. Lavoisier. Zjistil, že při spalování diamantů a obyčejného uhlí vzniká stejná látka – oxid uhličitý.
Brilantní diamantové krystaly byly nalezeny na území moderní Indie před 7 tisíci lety. Lidé byli ohromeni jejich leskem, průhledností (vynález skla byl ještě daleko) a mimořádnou tvrdostí. Diamant zdědil své jméno z řeckého slova „adamas“, což znamená „nezničitelný, nepřekonatelný“. Není divu, že ve starověku byly tomuto kameni připisovány zázračné vlastnosti a byl předmětem uctívání. Největší a nejkrásnější exempláře byly vloženy do očních důlků obřích soch Buddhy.
Lidé se naučili získávat mnoho drahých kamenů uměle. Z umělých rubínů se odedávna vyráběla například ložiska do hodinek a dalších přesných přístrojů. Uměle se získávají i krásné krystaly, které v přírodě vůbec neexistují. Například kubické zirkonie (jejich název pochází ze zkratky FIAN – Fyzikální ústav Akademie věd, kde byly poprvé získány). Bezbarvé kubické zirkonie je obtížné rozeznat okem od diamantů – na světle „hrají“ tak krásně.
Jaké je tajemství jedinečnosti krystalů?
Jedinečnost krystalů spočívá ve speciálním tvaru jejich tváří. Když se pozorně podíváte na krystalky soli a cukru, uvidíte rozdíl i bez mikroskopu. Jedním z nejzajímavějších a neobvyklých krystalů jsou sněhové vločky (příloha č. 6). Tyto ledové krystaly mají tvar jehlic, hranolů, šestiúhelníků nebo destiček. Každou zimu, zvláště při silných mrazech, pokrývají povrch země vrstvou měkkého a nadýchaného sněhu složité symetrické objekty ve tvaru 6úhelníkových desek. Skládají se z tenkých ledových krystalů shromážděných dohromady.
Slavný německý astronom Johannes Kepler napsal již v 17. století dílo, které věnoval šestiúhelníkovým sněhovým vločkám, čímž měl významný vliv na rozvoj krystalografie – nauky o vzhledu, struktuře a vlastnostech krystalických struktur. O dvě století později dal vynikající fotograf William Bentley světu příležitost obdivovat tyto nádherné výtvory přírody. Podařilo se mu nafotit tisíce sněhových vloček, kde se jedna neopakuje druhá. K tomu fotograf chytil sněhové vločky na černý samet a pořídil úžasné snímky. Proč jsou sněhové vločky šestihranné? Molekula vody obsahuje dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Když molekula vody krystalizuje, může tvořit pouze trojúhelníkové nebo šestiúhelníkové tvary. To je hlavní důvod šestiúhelníkového tvaru sněhových vloček. Sněhové vločky se tvoří vysoko v mracích při velmi nízkých teplotách. To se děje následovně: na nejmenších částicích prachu se při teplotách pod nulou tvoří ledové krystaly. Za prvé, pod vlivem proudění vzduchu začnou tyto krystaly padat, a proto se trochu roztaví a navzájem se spojí. Poté se krystaly opět zvednou a mírně zmrznou a zvětší se, jak na nich kondenzuje vlhkost ze vzduchu.
Jakmile krystaly příliš ztěžknou a už je nelze udržet v oblaku, začnou padat. Ale sněhové vločky se mohou dostat na zem pouze tehdy, když je teplota vzduchu pod nulou.
Krystaly a jejich využití v běžném životě.
Žijeme na Zemi, která je vyrobena z krystalických hornin: chodíme po krystalech, stavíme s krystaly, pěstujeme krystaly v laboratořích, jíme krystaly. Například horniny se skládají z krystalů: pískovce, vápenec, žula.
Krystaly jsou široce používány v technologii a každodenním životě. Diamanty, přírodní i umělé, se tak díky své ultra vysoké tvrdosti používají v průmyslu k výrobě vysoce pevných řezných nástrojů, speciálních nosných prvků pro zvláště přesné chronometry a dalších přístrojů a broušené diamanty jsou považovány za nejdražší kameny.
Rubíny jsou také drahé kameny. Stejně jako diamanty jsou široce používány v hodinářském průmyslu a továrnách na chemická vlákna. Krystaly křemene našly uplatnění v radiotechnice. Všichni jsme slyšeli výraz „displej z tekutých krystalů nebo obrazovka“. Které krystaly jsou považovány za kapalné? To je název pro neobvyklé látky, které spojují vlastnosti kapalin i krystalických těles. Z kapalných těles zdědili tekutost a od pevných látek řád v orientaci molekul. Tekuté krystaly se nejvíce používají v plochých televizních kohoutcích, ukazatelích hodin a kalkulačkách.
Jak se tvoří krystaly?
Vědci se již dlouho zajímali o to, jak krystaly vznikají, proč různé látky dávají krystaly různých tvarů a některé nevytvářejí krystaly vůbec, co je třeba udělat, aby byly krystaly velké a krásné. Výzkum ukázal, že krystaly jsou látky, ve kterých jsou v určitém pořadí zabaleny drobné částice (atomy, ionty nebo molekuly). Právě toto pořadí určuje tvar krystalu.
Krystaly se v přírodě poměrně často tvoří v okamžiku ochlazení kapaliny a jejího následného tuhnutí: molekuly kapaliny jsou spojeny ve formě speciální mřížky, což se několikrát opakuje.
V procesu pomalého ochlazování a tuhnutí magmatu v hlubinách naší planety tak vznikají krystaly minerálů s různou krystalickou strukturou, z nichž většinu tvoří drahé kameny.
Krystaly mohou vznikat i z páry. Například pára, kterou vydechujeme při velkých mrazech, se mění v malé bílé vločky. Během prvních podzimních mrazíků se tráva a větve nízko rostoucích keřů mohou pokrýt úžasnými krystaly vody, které se s rostoucí teplotou vypařují.
Další formou tvorby krystalů je odpařování z roztoku. Například po odpaření vody z nasyceného solného roztoku zůstanou na dně nádoby krystalky soli. Můžete například jednoduše nechat otevřenou nádobu s roztokem při pokojové teplotě po dlouhou dobu, voda se bude odpařovat velmi pomalu (zvláště pokud je nádoba s roztokem volně přikryta listem papíru, který zároveň ochrání roztok z prachu). V průmyslovém měřítku se velké krystaly často získávají ochlazením roztavené látky. Tvar tohoto krystalu (nazývaného „boule“) byl určen podmínkami jeho růstu. Pokud je „boule“ rozdělena, získáte průhledné krychlové krystaly. Rubínové „bule“ pěstované při vysokých teplotách mají tento tvar; Z umělých rubínů se vyrábí například ložiska pro osičky hodinek. Podobné procesy probíhají v přírodě. Pod paprsky horkého letního slunce se voda v mořích a slaných jezerech začíná odpařovat. Krystaly soli nejprve plavou na hladině vody a poté se usazují na dně. Tak vznikají přírodní ložiska soli.
Samozřejmě chcete rychle získat velký a krásný krystal – ale s tím se nedá nic dělat: budete muset být trpěliví.
Mnoho významných vědců, kteří se významně zasloužili o rozvoj chemie, mineralogie a dalších věd, zahájilo své první školní pokusy s pěstováním krystalů. Tyto experimenty jsou poměrně jednoduché, ale jejich výsledky mohou způsobit překvapení a obdiv i mezi lidmi, kteří mají k chemii velmi daleko a nikdy se o tuto vědu dříve nezajímali.
Krystalky cukru jsou opravdová lízátka, která si můžete vyrobit doma.
Rozhodl jsem se, že si krystaly cukru vypěstuji sám.
K tomu jsem vzal 2 dřevěné tyče; pánev; 2 prázdné sklenice.
Nejprve si připravíme cukrový sirup. K tomu jsme nalili vodu do pánve a nalili několik lžic cukru. Umístěte pánev na mírný oheň a rozpusťte cukr.
Na tlustý papír se nalilo malé množství cukru. Dřevěné tyčinky jsme ponořili do sirupu a poté je opatrně obalili v cukru. Krystalky cukru jsou rovnoměrně rozmístěny na všech stranách tyčinek.
Do pánve se nasypal cukr a přidala se voda. Umístěte pánev na mírný oheň a pomalu míchejte, rozpusťte všechen cukr. Poté přidejte další cukr a vařte, dokud se cukr úplně nerozpustí.
Poté do každé sklenice sirupu vhoďte tyčinku s krystaly cukru tak, aby na dně zůstalo 1,5-2 cm a tyčinky zajistěte silným papírem. Do jedné sklenice jsem přidala modré potravinářské barvivo.
Krystaly jsem pozoroval 2 týdny. Každý den se na palici objevovalo více a více krystalů. O dva týdny později jsme měli dvě krásná lízátka.
Závěr: Rozpuštěním cukru ve vodě jsme dostali sirup, přesycený roztok cukru. Voda pouze udržuje cukr horký. Když se ochladí, opustí roztok a usadí se na obrobku – dřevěné tyči se suchými krystaly cukru. Čím pomaleji se voda odstraňuje, tím lepší jsou krystaly.
Souběžně s experimentem s cukrem jsem se rozhodl vypěstovat krystal z obyčejné soli.
K experimentování se solí jsem potřeboval teplou vodu, sůl, sklenici, nit a dřevěnou tyč.
Vzali jsme hrubou sůl a nasypali ji do sklenice teplé vody. Sůl rozpouštějte, dokud se nepřestane rozpouštět.
Nasycený roztok jsme přelili do jiné nádoby, kde jsme krystal pěstovali.
Vyberte největší krystal ze soli pro naočkování.
Krystal byl omotaný nití.
Nit se semenem byla ponořena do solného roztoku.
Nádoba s krystalem byla pokryta silným papírem a krystal byl přemístěn na místo, kde nebylo jasné světlo ani průvan.
Krystal soli rostl tři týdny. Na rozdíl od krystalů cukru se nezvětšil.
Závěr: Vlákna nitě se stávají centry krystalizace následujícím způsobem. Náhodně se pohybující molekuly rozpuštěné látky začnou ulpívat na klcích a shromažďují se v pořadí nezbytném k vytvoření krystalové mřížky. Nejprve se na nich vytvoří drobné krystalky, které se postupně zvětšují.
V procesu zpracovávání tématu jsem se naučil hodně o světě krystalů. Dozvěděl jsem se, že jsme obklopeni krystaly a že krystaly se také používají v našem každodenním životě. Také jsem se dozvěděl, že mnoho chemiků začalo své experimenty s krystaly.
V průběhu své práce jsem si potvrdil hypotézu, že je možné si krystaly vypěstovat doma. Naučil jsem se pěstovat krystaly. Ukázalo se, že krystaly, které jsem vypěstoval, měly různé tvary a velikosti. Proces pěstování krystalů doma je zábavná a vzdělávací aktivita. Tato práce mě učinila pozornějším a otevřela mi svět vědy. Myslím, že znalosti, které jsem během své práce nabyl, se mi budou hodit při dalším studiu.
L.D. Vaitkene., “Chemie”, Moskva, “AST”, 2017.
Kitaygorodsky A.I., “Crystals”, M., “Popular Science Library”, 1950.
IA. Leenson., “Amazing Chemistry”, Moskva, “ENAS-KNIGA”, 2016.
4. Petrov T.G., „Growing crystals from solutions“, Leningrad, „Nedra“, 1983
