| 1 | | Дослідницька робота з фізики на тему: "Вирощування кристалів та
дослідження їх властивостей"
Роботу виконала: учениця 10 "Б" класу Іянова Юлія Вчитель: Байметова А.І.
Актуалізація
Кристали грали і грають досі важливу роль житті людини. Вони мають оптичні та механічні властивості, саме тому перші лінзи, в тому числі і для окулярів, виготовлялися з них. Кристали досі застосовуються для виготовлення призм та лінз оптичних приладів. Розвиток нової техніки потребує створення нових матеріалів із особливими властивостями. У зв'язку з цим необхідно ознайомитися з основами кристалізації та з сучасними уявленнями про структури кристалічних речовин. Крім того, кристали можна вирощувати із розчину. Це дивовижна властивість кристалічних тіл.
Цілі та завдання дослідницької роботи
Мета роботи: дослідити спосіб вирощування кристалів солі з розчину, визначити властивості та оптимальні умови для отримання кристалів. Завдання: Розглянути властивості кристалів. Розглянути різноманітність світу кристалів. Виростити кристал кухонної солі. Визначити роль кристалів у світі. Гіпотеза роботи: виростити та вивчити кристали різних солей, визначити найбільш оптимальні умови для вирощування кристалів, запропонувати найбільш оптимальний спосіб вирощування кристалів.
Основні відомості про кристали та їх властивості
Кристали - цетверді тіла, в яких атоми або молекули розташовані закономірно, утворюючи тривимірно-періодичне просторове укладання — кристалічну решітку. Тому кристали мають пласкі грані. Тверде тіло, що складається з великої кількості дрібних кристаликів, називають полікристалічним. Поодинокі кристали називають монокристалами. Кристали утворюються при охолодженні розплавів чи насичених розчинів. Іноді кристали утворюються безпосередньо при охолодженні парів (сніг) або холодних поверхнях (сублімація).
1. Мідний купорос
2. Поварена сіль
Властивості кристалів
Температура плавлення. Плавлення - це перехід речовини з твердого стану в рідкий. Процес плавлення будь-якого кристала відбувається за постійної температури, званої температурою плавлення. Симетрія. Ідеальні форми кристалів симетричні. У кристалах можна знайти різні елементи симетрії: вісь симетрії, площину симетрії, центр симетрії. Різні кристали мають різну симетрію.
Властивості кристалів
Закон сталості кутів – основний закон кристалографії. У кристалах однієї речовини кути між відповідними гранями завжди однакові – так звучить закон сталості кутів. У кристалографії грані можуть відрізнятися між собою за формою і вважатися рівними, якщо вони мають однакові фізичні та хімічні властивості. Усі кристали мають кристалічну решітку. Взаємодія частинок у кристалі призводить до того, що частинки встановлюються лише у певних положеннях, де сили, що діють на них, виявляються компенсованими, а потенційна енергія їхньої взаємодії стає найменшою. Таку будову і називають кристалічною решіткою, а положення, в яких можуть розташовуватися частинки, - вузлами кристалічноїграти. Елементарний осередок - це сукупність мінімального числа частинок, що регулярно повторюється всередині кристала.
Властивості кристалів
Поліморфізм. Поліморфізм – властивість речовини мати дві (чи кілька) різні кристалічні структури. Яскравим прикладом такої речовини є вуглець. Вуглець в чистому вигляді містять: Сажа, або кіптяг Вугілля деревне або кам'яне Графіт Алмаз Анізотропія. Анізотропія – відмінність властивостей кристала з різних напрямів.
Зростання кристалів
Кристали можуть зростати як у природі, так і в штучних умовах. Зростання кристалів у природі У соляних озерах, на мілководді вода, нагріваючись, випаровується. Сіль випадає в осад, нарощуючи на дні. Так утворюються солончаки, що становлять дно висохлих озер. Зростання кристалів у штучних умовах У штучних умовах кристали вирощують із розчину або з розплаву.
Застосування кристалів та його роль сучасному світі
Потрібні оптичні та механічні властивості мають кристали незабарвленого кварцу, і перші лінзи, в тому числі і для окулярів, виготовлялися з них. Кристали кварцу, кальциту та інших прозорих речовин досі застосовуються для виготовлення призм та лінз оптичних приладів. Кристали відіграли важливу роль у багатьох технічних новинках ХХ століття. Деякі кристали генерують електричний заряд під час деформації. Першим значним застосуванням було виготовлення генераторів радіочастоти зі стабілізацією кварцовими кристалами. Напівпровідникові діоди використовуються в комп'ютерах та системах зв'язку, транзистори замінили електронні лампи в радіотехніці, а сонячні батареї, що розміщуються на зовнішній поверхні космічних літальних апаратів, перетворюють сонячну енергію на електричну. Напівпровідники широко застосовуються такожу перетворювачах змінного струму на постійний. Кристали використовуються також у деяких мазерах для посилення хвиль НВЧ-діапазону та в лазерах для посилення світлових хвиль. Кристали, що мають п'єзоелектричні властивості, застосовуються в радіоприймачах і радіопередавачах, в головках звукознімачів і в гідролокаторах.
Практична частина (вирощування кристалів із розчинів)
Етапи вирощування кристалів кухонної солі
Щоб виростити кристал необхідно підготувати: - ложку для розмішування розчину; - Місткість для розчину; - сіль; - Воду; - Каструлю.
Умови кристалізації
Якщо кристалізація йде дуже повільно, виходить один великий кристал, а якщо швидко — безліч дрібних кристалів. Ми помітили, що збільшення швидкості росту кристалів з підвищенням температури пояснюється тим, що з підвищенням температури розчину одночасно зростає і концентрація солі в насиченому розчині. Ємність з кристалом краще поставити в прохолодне і сухе місце, так як при високій вологості, швидкість випаровування води зменшується, і утворення кристалів йтиме повільніше. Важливо дотримуватися таких запобіжних заходів: 1. Кристалік не можна при зростанні без особливої причини виймати з розчину. 2. Не допускати потрапляння сміття до насиченого розчину. 3. Потрібно стежити за рівнем насиченого розчину, періодично (раз на тиждень чи два) оновлювати при випаровуванні розчин.
Експериментальний досвід
«Знаходження оптимальної концентрації розчину для зростання монокристалу та полікристалу кухонної солі».
однакова приблизно 23°С.
однакова приблизно 23°С.
V води = 80 мл m солі = 100 г
V води = 80 мл m солі = 60 г
Температура навколишнього середовища
Об'єм води та маса солі в розчині
У цьому стакані кристал виріс досить швидко; на вигляд - полікристал
Кристал ріс повільно; на вигляд-маленький і симетричний монокристал.
Висновок: в ході досвіду я з'ясувала: для того, щоб виростити монокристал
кухонної солі, треба 80 мл води та 60 г солі. Для того, щоб виростити гарний полікристал, треба 80 мл води та 100 г солі. Необхідна температура вирощування кристала приблизно 23°С.
Аналіз отриманих результатів
Я встановила, що можна виростити кристали солі в домашніх умовах. У процесі виконання роботи я намагалася одержати кристали. За підсумками виконання дослідницької роботи я зробила собі такі висновки: За сприятливих умов деякі тверді тіла набувають форми кристалів. Кристали ростуть із розчинів, коли випаровується вода. Зростання кристалів залежить від концентрації розчину. На форму кристалів солі впливає температура (змінюється форма кристалів та число граней кристалів). Швидкість зростання кристалів залежить від відносної вологості. Швидкість зростання кристалів залежить від роду речовини. Кристали різних речовин мають різну форму