ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ " СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА "БУГРОВСКИЙ ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ № 3"
Школьная учебно-исследовательская конференция «Ступени»
Удивительный мир кристаллов.
Выполнила: Аббасова Мадина
Ученица 8-2
Руководитель: Тимошенко Михаил Васильевич
Бугры 2023 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………1-2
-
Теоретическая часть
Глава 1. Что такое кристаллы?.........................................................................3
Глава 2. Основные свойства кристаллов…………………………………4-5
Глава 3. Структура и образование кристаллов……………………………6-7
Глава 4. Кристаллизация в природе и её значение…………………………8
Глава 5. Искусственные кристаллы и их значение…………………………9
-
Практическая часть
Глава 6. Раствор кристаллов и его состав…………………………………10
Глава 7. Наблюдение за ростом кристаллов………………………………11
Заключение…………………………………………………………………12 Список литературы…………………………………………………………12
Введение
Кристаллы окружают нас повсюду. Кто не рассматривал песчинки на речном берегу или не любовался снежинками? И морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Правильность и совершенство формы этих камней, безукоризненная поверхность - поражают. Трудно поверить, что такие многогранники образовались сами без помощи человека. Вот эти-то камни с природной, то есть не сделанной руками человека, правильной, многогранной формой и называются кристаллами.
Твердые тела, из которых строят дома, делают станки, вещества, которые мы употребляем в быту,- почти все они относятся к кристаллам.
Кристалл- это твёрдые тела с очень строгим расположением составляющих их невидимых частиц. Поэтому и имеют правильную форму, ровные грани и всегда очень красивы.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА: Изучение кристаллов в школе в рамках школьной программы почти не предусмотрено. Поскольку тема очень интересная и актуальная, я решила восполнить пробел и изучить этот вопрос более подробно.Кристаллы играют большую роль в жизни человека. Их используют в качестве украшений, элементов декора, в науке и технике. Проект позволяет нам подробней узнать о кристаллах и их строении.
ЦЕЛЬ: Вырастить кристаллы и изучить их особенности.
ЗАДАЧИ:
-Изучить строение кристалла
- Изучить условия образования кристоллов, их формы, цвета
-изучить материал о кристаллическом состоянии вещества, процессе кристаллизации, форме, видах, свойствах кристаллов
-выяснить, какое значение имеет кристаллизация в природе
-изучить области применения кристаллов
-Наблюдать за ростом кристалла
-Сделать кристалл и исследовать его
Проблема: К сожалению, в школьной программе по химии не предусмотрено изучение кристаллов, поэтому я решила восполнить этот пробел и рассказать о них сама.
Гипотеза: Можно ли вырастить кристалл в условиях класса? Чистота раствора влияет на рост кристалла?
В работе использовалась современная литература, а также открытые источники в интернете.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Глава 1.Что такое кристалл
Кристалл- это твердый материал, компоненты которого (такие как атомы, молекулы или ионы) расположены в высокоупорядоченной микроскопической структуре, образуя кристаллическую решетку, которая простирается во всех направлениях. Кроме того, макроскопические монокристаллы обычно идентифицируются по их геометрической форме, состоящей из плоских граней с определенной характерной ориентацией.
Первым, кто придал более широкое понятие слову «кристалл», был Капеллер. Хотя понимание и закон постоянств углов был установлен еще Нильсом Стенсеном в 1669 году.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
О них мы знаем с глубокой древности, но лишь в XVII-XVIII вв., когда были открыты основные законы огранки кристаллов, начала формироваться наука о кристаллах - кристаллография. Долгое время объектами исследования были природные минералы. В дальнейшем с развитием химии начала формироваться кристаллохимия, позволившая объяснить многие явления в кристаллах. Развитие теории образования кристаллов, особенностей их возникновения и роста стимулировало разработки методов синтеза искусственных кристаллов. Кварцы, корунды, алмазы, сапфиры и другие искусственные кристаллы успешны в технологии изготовления не только ювелирной промышленности, но и при создании современных приборов и техники. Кристаллография создала целый ряд специальных методик и способов, имеющих большое практическое значение и распространение.
Глава 2. Основные свойство кристаллов
Основными свойствами кристаллов являются их однородность, анизотропность, способность само ограняться и симметричность.
Основные свойства:
-
Анизотропность - выражается она в том, что физические свойства кристаллов неодинаковы по разным направлениям. К физическим величинам можно отнести такие параметры - прочность, твердость, теплопроводность, скорость распространения света, электропроводность. Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки слюды - легко расщепляются лишь по плоскостям. В поперечных же направлениях расщепить пластинки этого минерала значительно труднее.
При росте кристалла из расплава или раствора это является причиной различия скоростей роста разных граней. Анизотропия скоростей роста обуславливает правильную форму растущего кристалла. Анизотропия поверхностных свойств также имеет место в различии адсорбционной способности скоростей растворения, химической активности разных граней одного и того же кристалла. Анизотропия физических свойств является следствием упорядоченной структуры кристаллической решетки. В такой структуре плотность упаковки атомами плоскостей различна.
-
Однородность- выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.
Однородным считается тело, в котором на конечных расстояниях от
-
любой его точки найдутся другие, эквивалентные ей не только в физическом отношении, но и геометрическом.
Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.
-
Способность к самоогранению выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой.
Глава 3. Структура и образование кристаллов
Структура:
Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.
-
Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров – монокристалл. В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело. -
К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, тоже имеет поликристаллическую структуру. Большинство кристаллических тел – поликристаллы, так как состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы - монокристаллы, так как имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.
Условия образование:
Материальные частицы (атомы, молекулы, ионы), слагающие газообразные или жидкие (расплавленные) вещества, обладая высокой кинетической энергией, находятся в непрерывном движении. Время от времени они сталкиваются, образуя зародыши – микроскопические фрагменты будущей структуры. Чаще всего такие зародыши распадаются, что связано либо с собственными колебаниями, либо с бомбардировкой их свободными частицами. Однако для начала кристаллизации необходимо, чтобы зародыш достиг критической величины, т.е. содержал такое количество частиц, при котором присоединение следующей частицы сделало бы разрастание зародыша энергетически более выгодным, чем его распад. Такая возможность
для большинства веществ проявляется либо с понижением температуры, в результате чего уменьшаются температурные колебания, либо с повышением концентрации вещества в растворе или газе, что приводит к увеличению вероятности встречи частиц друг с другом, то есть к возникновению зародышей.
Таким образом, рост кристаллов можно рассматривать как процесс, посредством которого мельчайшие кристаллические частицы – зародыши – достигают макроскопических размеров. Причем кристаллизация протекает не во всем объеме, а лишь там, где возникнут зародыши. Факторами, влияющими на появление зародышей, являются не только переохлаждение и повышение концентрации раствора или вязкости расплава, но и присутствие посторонних обломков кристаллов или пылинок, на поверхности которых собираются частицы, упрощая этим начало кристаллизации.
Процесс кристаллизации является энергетически выгодным. Растущий кристалл не принимает равновесную форму вследствие того, что на него влияют различные изменяющиеся условия кристаллизации: температура, давление, сила тяжести, химический состав и динамика среды и т.д.
Глава 4. Кристаллизация в природе и её значение
Кристаллизация — это естественный процесс, который происходит, когда материалы затвердевают из жидкости или осаждаются из жидкости или газа.
Кристаллизация в природе – распространенное явление. Застывание магмы - это процесс роста кристаллов из расплавов. Магма представляет собой смесь многих веществ, у которых различны температуры кристаллизации. Чем медленнее застывает магма, тем больше успевают вырасти кристаллические зерна составляющих ее минералов.
Минеральные кристаллы 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 медленно остывать. 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.
Ещё один случай природной кристаллизации - кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за каплей просачивается вода через породу, растворяя по пути вещества, образующие эту породу. Каждая капля, падая вниз, 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.
Глава 5. Искусственные кристаллы и их значение.
Для многих отраслей науки и техники требуются кристаллы очень высокой химической чистоты с совершенной кристаллической структурой.
Искусственные кристаллы пробовали выращивать еще в XVI веке, но научились этому делу только в середине XX столетия. Сегодня растят не только то, что необходимо для промышленного применения, но и просто красивые камни для украшений, типа фианитов и изумрудов. Значение сверхчистых кристаллических материалов в нашей жизни огромно. Огромное значение имеют искусственные алмазы, благодаря своей исключительной твердости, в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами. ся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.