Studium vlivu různých faktorů na pěstování krystalů doma | Vzdělávací sociální síť

Krystaly jsou úžasný a nepředvídatelný přírodní jev. Velikosti, barvy a tvary krystalů někdy prostě ohromují svou neobvyklostí. Jsou to sněhové vločky v zimě a drahé kameny ve špercích. Stavíme si z krystalů domy, také je jíme, léčíme se jimi, ale co je nejdůležitější, i my sami jsme částečně složeni z krystalů. Sůl, cukr, sníh, led, hlína a písek, stovky dalších látek – to vše není nic jiného než krystaly.

Na začátku roku jsme v hodině o světě kolem nás studovali vlastnost vody – rozpustnost. V jedné ze sklenic jsme rozpustili kuchyňskou sůl. Po hodině jsme sklenici nechali na parapetu a zapomněli na ni. O několik dní později jsme si s překvapením všimli, že se na stěnách sklenice objevil bílý povlak. Zajímalo mě, jak se to stalo. Ukázalo se, jak řekla Světlana Semjonovna, že začal proces krystalizace. A protože jsem velmi zvídavá, ráda se učím všechno nové a zajímavé, experimentuji, pozoruji, stalo se to ještě zajímavějším a vyvstalo mnoho otázek:

— Co je to krystalizace? Jak k tomuto procesu dochází? Co je to krystal? Kde se krystaly nacházejí? Jak vypadají? Jaké existují druhy? Je možné si krystaly vypěstovat sami? A pokud ano, z čeho a jak? Rozhodla jsem se, že se pokusím najít odpovědi na tyto otázky sama. Ve třídě jsem provedla průzkum, z jehož výsledků jsem zjistila, že ani moji spolužáci nevědí, co je krystal, 2 si myslí, že je to sklo, 3, že je to světelný objekt, a 16 lidí nechalo otázku nezodpovězenou, 10 lidí si myslí, že se dají nalézt v jeskyních. Celá třída se chce o krystalech dozvědět co nejvíce a chtěli by se naučit, jak si krystaly pěstovat doma. Tak vznikl náš projekt.

Téma mého projektu je “Studium vlivu různých faktorů na pěstování krystalů v domácích podmínkách”

Cíl studie: vypěstovat krystaly různých látek z roztoků a zkoumat vliv různých faktorů na pěstování krystalů v domácích podmínkách.

Abych tohoto cíle dosáhl/a, stanovil/a jsem si následující úkoly:

• shromažďovat, studovat a systematizovat literaturu s využitím různých zdrojů;
• seznámit se s metodami pěstování krystalů a naučit se, jak pěstovat krystaly doma;
• pozorovat proces krystalizace a identifikovat faktory ovlivňující proces růstu krystalů.
• shrnout výsledky pozorování.

Hypotéza: Předpokládám, že je možné pěstovat krystaly doma.

Předmět studia: krystaly.

Předmět výzkumu: vliv různých faktorů na proces pěstování krystalů v domácích podmínkách.

Produkt: Fotodeník o pěstování krystalů doma, sbírka krystalů.

Výzkumné metody: 1) sběr informací; 2) pozorování; 3) experiment; 4) dotazník.

Relevance studie: pěstování krystalů je zajímavá a vzrušující činnost a pro většinu mladých výzkumníků možná nejjednodušší, nejdostupnější a nejlevnější, nejbezpečnější z hlediska bezpečnosti, což je důležité pro ty, kteří provádějí experimenty doma. Pečlivá příprava a provedení zdokonaluje dovednosti v pečlivém zacházení s látkami a správné organizaci práce. A také zařízení založená na tekutých krystalech se stala nedílnou součástí našich životů, takže toto téma je relevantní pro moderního člověka.

Praktický význam spočívá ve vytvoření třídní sbírky „Krystaly“, sestavení prezentace s fotografiemi vypěstovaných krystalů. Výsledky studie lze využít v hodinách o okolním světě, v mimoškolních aktivitách, v klubových hodinách.

Kapitola I. Rozmanitý svět krystalů a jejich aplikace

1. Co jsou krystaly?

V hlubinách země lidé někdy nacházejí kameny, které mají úžasný tvar – někdy se zdá, že je někdo speciálně rozřezal a poté vyleštil, aby získaly tento konkrétní tvar. Správnost a dokonalost tvaru těchto kamenů často udivuje lidi svou krásou. Někdy je pro nás těžké uvěřit, že se vytvořily samy od sebe bez lidského zásahu. Právě tyto kameny s přirozeným, nikoli lidskýma rukama vytvořeným, správným, symetrickým, mnohostranným tvarem se nazývají krystaly. Co jsou tedy krystaly?

Ve výkladovém slovníku Vladimira Dahla je krystal „fosilie, která přirozeně tvoří pravidelné geometrické těleso; fazeta, žulová fazeta, samosnímající se fazeta; přeměněná na krystal, přírodní, skalní sklo nebo bílé, fazetované sklo.“ [4,164 7,248] Podle S. I. Ožegova je to „pevné těleso s uspořádanou, symetrickou strukturou“ [18 XNUMX] Částice, které tvoří krystal, jsou v různých látkách uspořádány a spojeny různými způsoby. Díky tomu mohou mít krystaly různé tvary a velikosti. Existují monokrystaly a polykrystaly. Pevné těleso sestávající z velkého počtu malých krystalů se nazývá polykrystalické. Monokrystaly se nazývají monokrystaly. Studium krystalů se provádí speciální vědou zvanou krystalografie; studuje se v ústavech a na univerzitách, když již znají chemii, fyziku a některé další vědy. Krystalografie je věda o struktuře, vlastnostech, vzniku a růstu krystalů, která vznikla v XNUMX. století. Je nemožné vidět, jak krásné horské krystaly, zářící četnými třískami, vznikly v přírodních podmínkách. Vědci získávají v laboratořích umělé krystaly některých minerálů pomocí velmi složitých zařízení.

1.2 Historie původu slova „krystal“

Slovo „kristallos“ v řečtině původně znamenalo „led“ [7,161 7,161] a později „horský křišťál“. Úžasná podobnost mezi ledovými krystaly a horským křišťálem byla zaznamenána již dlouhou dobu. První informace o horském křišťálu pocházejí od římského vědce Plinia Staršího (XNUMX. století n. l.). Ve starověku a středověku se předpokládalo, že krystaly horského křišťálu a ledové krystaly jsou totéž, jen led tuhne před našima očima a horský křišťál – pouze v obzvláště silném mrazu. Předpokládalo se, že led se stává krystalem po tisíci letech a krystal se stává diamantem po tisíci stoletích. Slovo „krystal“ se však nepoužívá pouze k označení krystalů zmrzlé vody. Téměř všechny kameny a horniny se skládají z krystalů. Sůl, cukr a mnoho dalších věcí kolem nás jsou krystalické látky. Nejkrásnější z krystalů jsou drahé kameny [XNUMX XNUMX]. Ve starověku byly krystalům připisovány nejrůznější neobvyklé vlastnosti. Například se věřilo, že krystal ametystu přináší šťastné sny, smaragd zachraňuje námořníky před bouřemi, safír pomáhá při uštknutí štírem, diamant chrání před nemocemi, topaz přináší štěstí v listopadu, granát v lednu atd. Člověk uštknutý hadem byl nucen sníst drcený smaragd. Starověcí Inkové uctívali velký krystal zeleného smaragdu jako božstvo.

Krystaly, které leží hluboko v zemi, jsou nekonečně rozmanité. Často se jim říká „květiny kamenného světa“. Velikosti takových přírodních krystalů někdy dosahují lidské výšky. Existují i velmi tenké krystaly, jejichž tloušťka je menší než tloušťka listu papíru. Existují však i obrovské vrstvy, jejichž tloušťka dosahuje několika metrů. Existují krystaly, které jsou malé, úzké a ostré jako jehly, ale mohou mít i obrovský tvar, jako majestátní sloupy. Někdy se tvoří dendrity – jedná se o krystaly, které vypadají jako větve stromů; velmi křehké, ale velmi krásné. Mnoho krystalů je dokonale čistých a průhledných, jako voda. Ne nadarmo můžete neustále slyšet výrazy: „průhledný jako křišťál“, „křišťálově čistý“. Některé minerály tvoří krystaly, které lze vidět pouze mikroskopem.

1.4. Aplikace krystalů

Využití krystalů ve vědě a technice je tak četné a rozmanité, že je obtížné je všechny vyjmenovat. Proto se omezím na několik příkladů. Například kamenná sůl vstoupila do lidského života už dávno a navždy. V běžném životě jí říkáme jednoduše sůl, v technice – kuchyňská nebo jedlá sůl. Lidé si odedávna vážili její nesrovnatelné chuti. V dávných dobách země, kam se dovážela, platily cenu rovnající se zlatu: za kilogram soli – kilogram zlatého písku.

Přírodní krystaly vždy vzbuzovaly v lidech zvědavost. Jejich barva, lesk a tvar se dotýkaly lidského smyslu pro krásu a lidé jimi zdobili sebe i své domovy.

Nejtvrdším a nejvzácnějším z přírodních minerálů je diamant. Dnes je diamant primárně opracovatelným kamenem, nikoli dekoračním. Díky své výjimečné tvrdosti hraje diamant obrovskou roli v technologii. K řezání kamenů se používají diamantové pily. Celý hodinářský průmysl pracuje s umělými rubíny. Křemenný křišťál se používá v telefonních přístrojích. A nejkrásnější a nejúžasnější odrůdou křemene je horský křišťál, tj. průhledné krystaly křemene. Proto se z průhledného křemene vyrábějí čočky, hranoly a další části optických zařízení.

Krystaly hrály důležitou roli v mnoha technických inovacích 20. století. Mobilní telefony se staly nedílnou součástí našich životů, digitální fotoaparáty a videokamery již nahradily filmové fotoaparáty a televize a monitory z tekutých krystalů postupně nahrazují ty staré. (V roce 1888 rakouský botanik Reinedzer zjistil, že při zahřátí krystal změkne a následně se změní ve skutečnou kapalinu). A i nyní se lidem často, když se dívají na nádherné, jiskřivé, duhové mnohostěny krystalů, nechce věřit, že je stvořila příroda, a ne člověk.

Pěstování krystalů stolní soli

Pěstování krystalů síranu měďnatého

Rostoucí krystaly červené mědi

Něco z tekutých krystalů

Rostoucí krystaly Co potřebujete vědět!

Rostoucí krystaly — proces je velmi zajímavý, ale může být značně zdlouhavý. Je užitečné vědět, jaké procesy řídí její růst; proč různé látky tvoří krystaly různých tvarů a některé je netvoří vůbec; co je třeba udělat, aby byly velké a krásné.
Pokud krystalizace probíhá velmi pomalu, získáte jeden velký krystal (nebo jeden krystal, například při pěstování umělých kamenů), pokud rychle, získáte mnoho malých (nebo polykrystal, například kovy).

Pěstování krystalů doma vyráběné různými způsoby. Například chlazení nasyceného roztoku. Jak teplota klesá rozpustnost látek klesá (hlavně v případě bezvodé soli) a říká se, že se vysrážejí. Nejprve se v roztoku a na stěnách nádoby objeví drobná krystalová jádra. Když je chlazení pomalé a v roztoku nejsou žádné pevné nečistoty (řekněme prach), tvoří se málo zárodků, které se postupně mění v krásné krystaly pravidelného tvaru. Při prudkém ochlazení se objeví mnoho malých krystalů, téměř žádný z nich nemá správný tvar, protože jich roste mnoho a vzájemně si překážejí.

Rostoucí krystaly lze provést i jiným způsobem – postupným odstraňováním vody z nasyceného roztoku. A v tomto případě platí, že čím pomaleji se voda odstraňuje, tím lepší je výsledek. Nádobu s roztokem nechte dlouho otevřenou při pokojové teplotě, přikryjte ji listem papíru – voda se bude pomalu odpařovat a do roztoku se nedostane prach. Rostoucí krystal může být buď zavěšen v nasyceném roztoku na tenké pevné niti, nebo umístěn na dně nádoby. V druhém případě je třeba krystal periodicky otáčet na druhou stranu. Jakmile se voda odpaří, je třeba do nádoby přidat čerstvý roztok. I když měl náš původní krystal nepravidelný tvar, dříve nebo později opraví všechny své vady a získá tvar charakteristický pro danou látku, například se změní v osmistěn, pokud použijete kamencovo-draselnou sůl, nebo kosočtverec. pokud používáte síran měďnatý.

Rostoucí krystaly – proces je zábavný, ale vyžaduje pečlivý a pečlivý přístup k vaší práci. Teoreticky je velikost krystalu, který lze tímto způsobem pěstovat doma, neomezená. Jsou známy případy, kdy nadšenci obdrželi krystaly takové velikosti, že je bylo možné zvednout pouze s pomocí jejich kamarádů.

Existují však některé vlastnosti jejich skladování (samozřejmě každá sůl a látka má své vlastní vlastnosti). Pokud například krystal kamence necháte otevřený na suchém vzduchu, postupně ztratí obsaženou vodu a změní se v nenápadný šedý prášek. Pro ochranu před zničením jej můžete přetřít bezbarvým lakem. Síran měďnatý a kuchyňská sůl jsou stabilnější a můžete s nimi bezpečně pracovat.

Jak vypěstovat krystal

Vypěstujte si krystal mohou být vyrobeny z různých látek: například z cukru, dokonce i kamene – umělé pěstování kamenů, za dodržení přísných pravidel o teplotě, tlaku, vlhkosti a dalších faktorech (umělé rubíny, ametysty, křemen, citríny, moriony).
Doma to všechno samozřejmě nezvládneme, takže to uděláme jinak. Budeme růst krystaly soli. Všichni máme doma běžnou kuchyňskou sůl (jak jistě víte, její chemický název je chlorid sodný NaCl). Poslouží i jakákoliv jiná sůl (sůl z chemického hlediska), například ze síranu měďnatého nebo jakéhokoli jiného síranu (například síranu železnatého) můžete získat krásné modré krystaly. Můžete použít kamenec (dvojité kovové soli kyseliny sírové), thiosíran sodný (dříve používaný k fotografování). Všechny tyto soli (a sůl obecně) nevyžadují žádné zvláštní podmínky: vytvořili roztok, vhodili do něj „embryo“ (to vše je podrobně popsáno níže) a roste a každým dnem narůstá do výšky.
Ano, neměli byste barvit roztok tam, kde vám krystal roste, například barvami nebo něčím podobným – tím se pouze zkazí samotný roztok, ale nezbarví krystal! Nejlepší způsob, jak získat barevné krystaly, je vybrat si správnou barvu soli! Ale pozor: například krystaly žluté krevní soli mají červenooranžovou barvu – a roztok se změní na žlutou.
Nyní můžeme začít!

Pěstování krystalů stolní soli

Krystaly stolní soli — proces pěstování nevyžaduje žádné speciální chemikálie. Všichni máme kuchyňskou sůl (nebo kuchyňskou sůl), kterou přijímáme do jídla. Může se také nazývat kámen – vše je stejné. Krystaly kuchyňské soli NaCl Jsou to bezbarvé průhledné kostky. Pojďme začít. Roztok kuchyňské soli nařeďte následovně: nalijte vodu do nádoby (například sklenice) a vložte ji do pánve s teplou vodou (ne více než 50 °C – 60 °C). Samozřejmě ideálně, pokud voda neobsahuje rozpuštěné soli (tedy destilovaná), ale v našem případě můžete použít vodu z kohoutku. Nasypte kuchyňskou sůl do sklenice a nechte 5 minut, nejprve promíchejte. Během této doby se sklenice vody zahřeje a sůl se rozpustí. Je vhodné, aby teplota vody ještě neklesla. Poté přidejte další sůl a znovu promíchejte. Tento krok opakujte, dokud se sůl již nerozpustí a neusadí se na dně sklenice. Máme nasycený solný roztok. Nalijte ji do čisté nádoby o stejném objemu, zbavte ji přebytečné soli na dně. Vyberte si libovolný větší krystal kuchyňské soli, který se vám líbí, a umístěte jej na dno sklenice s nasyceným roztokem. Křišťál můžete svázat nití a zavěsit tak, aby se nedotýkal stěn sklenice. Teď musíme počkat. Již po několika dnech si můžete všimnout výrazného růstu krystalu. Každým dnem to bude přibývat. A pokud uděláte totéž znovu (připravte nasycený solný roztok a kápněte do něj tento krystal), pak poroste mnohem rychleji (krystal vyjměte a použijte již připravený roztok, přidejte do něj vodu a požadovaný podíl kuchyňské soli ). Pamatujte, že roztok musí být nasycený, to znamená, že při přípravě roztoku by sůl měla vždy zůstat na dně sklenice (pro jistotu). Pro informaci: ve 100 g vody o teplotě 20°C se může rozpustit přibližně 35 g kuchyňské soli. S rostoucí teplotou se zvyšuje rozpustnost soli.
Takto se pěstují krystaly kuchyňské soli (nebo krystaly soli, jejichž tvar a barvu preferujete)

Pěstování krystalů síranu měďnatého

Krystaly síranu měďnatého – pěstují se stejným způsobem jako u kuchyňské soli: nejprve se připraví nasycený solný roztok, poté se do tohoto roztoku přikape malý krystal síranu měďnatého dle vašeho výběru.
Pozornost! Síran měďnatý je chemicky aktivní sůl! Proto, aby byl experiment v tomto případě úspěšný, je třeba vzít destilovanou vodu, tzn. neobsahuje žádné další rozpuštěné soli. Je také lepší nepít vodu z kohoutku, protože za prvé obsahuje rozpuštěné soli a za druhé může být vysoce chlorovaná. Nečistoty (zejména tvrdé uhličitany) vstupují do chemických reakcí se síranem měďnatým, což způsobuje značné znehodnocení roztoku
Pokud bude vše v pořádku, budeme pokračovat. Pokud se rozhodnete nevylévat roztok z nádoby, ve které malý krystal původně rostl, pak krystal zavěste tak, aby se nedotýkal ostatních krystalů zbývajících na dně!

Krystaly se pěstují nejen z roztoků, ale také z roztavených solí. Pozoruhodným příkladem jsou žluté neprůhledné krystaly síry ve tvaru kosočtverce nebo podlouhlých hranolů. Ale zvláště nedoporučuji pracovat se sírou. Plyn vznikající při jeho odpařování je zdraví škodlivý.
Růstu jednotlivých krystalových ploch lze zabránit. K tomu je třeba tyto okraje nanést roztokem vazelíny nebo tuku.

Rostoucí krystaly mědi

Nyní pojďme růst červené krystaly mědi. Potřebujeme síran měďnatý, kuchyňskou sůl, ocelový plát ve tvaru průřezu nádoby (o něco menší obvod. Můžete použít ocelové piliny nebo knoflíky), kde vyrostou krystaly mědi, a kruh savého papíru ve tvaru sekce. Takže na dno láhve dejte trochu síranu měďnatého (nejlépe rovnoměrně po celé ploše). Navrch posypte kuchyňskou solí a celé to přikryjte vystřiženým kruhem z papíru. Položte na něj železnou desku (nebo ji naplňte ocelovými pilinami). To vše dohromady je nutné zalít nasyceným roztokem kuchyňské soli (my jsme takový roztok připravili z kuchyňské soli). Nechte nádobu asi týden. Během této doby vyrostou jehlicovité červené krystaly mědi. Když proces růstu probíhá, snažte se nádobou nehýbat a je také velmi nežádoucí odstraňovat krystaly z roztoku.

Můžete pěstovat vícebarevný a vícevrstvý krystal. Získávají se přípravou roztoků kamence (podvojné soli kyseliny sírové) a střídavým přenosem narostlého krystalu z jednoho roztoku do druhého.

Pokud mícháte horké koncentrované roztoky síranů hlinitých Al₂(TAK₄)₃ a draslík K₂(TAK₄), a výsledný roztok se ochladí, poté z něj začne krystalizovat kamenec – podvojný síran draselný a hlinitý 2KAl(SO₄)₂•12N₂A. Kamenec se rozpouští ve vodě takto: 5,9 g na 100 g vody při 20 °C, ale již 109 g při 90 °C, pokud jde o bezvodou sůl. Při skladování na vzduchu se kamenec rozptýlí. Při teplotě 92,5 °C tají ve své krystalizační vodě a při zahřátí na 120 °C se dehydratují a mění se na pálený kamenec, který se rozkládá až při teplotách nad 700 °C. Molekuly vody, které tvoří kamenec, jsou chemicky vázány na ionty draslíku a hliníku, takže soli kamence mají vzorec, který je správněji napsán jako komplexní sůl [K(H₂O)₆][Al(H₂O)₆](TAK₄)₂.

Tekuté krystaly jsou látky, které se chovají jako kapaliny i jako pevné látky. Molekuly v tekutých krystalech jsou na jednu stranu dost pohyblivé, na druhou stranu jsou pravidelně uspořádány, tvoří něco jako krystalickou strukturu (jednorozměrnou nebo dvourozměrnou). Často se i při mírném zahřátí naruší správné uspořádání molekul a z tekutého krystalu se stane obyčejná kapalina. Naopak při dostatečně nízkých teplotách zamrzají a mění se v pevné látky. Pravidelné uspořádání molekul v tekutých krystalech určuje jejich speciální optické vlastnosti. Jejich vlastnosti lze ovládat vystavením magnetickému nebo elektrickému poli. Používá se v LCD displejích na hodinkách, kalkulačkách, počítačích a televizorech nejnovějších modelů.

Fáze 1: Sůl, ze které vyroste krystal, rozpustíme v ohřáté vodě (je nutné ji zahřát, aby se sůl rozpustila o něco více, než se může rozpustit při pokojové teplotě). Sůl rozpouštějte, dokud si nejste jisti, že sůl již není rozpuštěna (roztok je nasycený!). Doporučuji používat destilovanou vodu (tj. bez jiných solí)
Fáze 2: Nalijte nasycený roztok do jiné nádoby, kde mohou růst krystaly (vzhledem k tomu, že se bude zvětšovat). V této fázi se ujistěte, že roztok příliš nevychladne.
Fáze 3: Na nit navažte krystal soli, nit přivažte např. na zápalku a zápalku položte na okraje sklenice (nádoby), kam se nalévá nasycený roztok (3. fáze). Krystal ponořte do nasyceného roztoku.
Krok 4: Přeneste nádobu s nasyceným roztokem a krystalem na místo, kde není průvan, vibrace a silné světlo (pěstování krystalů vyžaduje dodržování těchto podmínek).
Krok 5: Přikryjte nádobu s krystalem něčím nahoře (například papírem), abyste zabránili vnikání prachu a nečistot. Nechte roztok několik dní.

Je důležité si pamatovat!

1. krystal nelze z roztoku během růstu bez zvláštního důvodu odstranit
2. Nedovolte, aby se do nasyceného roztoku dostaly nečistoty, nejvýhodnější je použít destilovanou vodu
3. sledujte hladinu nasyceného roztoku, pravidelně (jednou za týden nebo dva) aktualizujte roztok, jak se odpařuje

Přepnout do angličtiny
Pěstování krystalů. Jak pěstovat krystal

Fáze 1: Rozpusťte sůl v ohřáté vodě

Krok 2: Míchejte, dokud se úplně nerozpustí (dokud se sůl již nerozpustí)

Fáze 3: Zavažte nit a spusťte ji do přesyceného roztoku

Fáze 4: Nechte roztok vychladnout a počkejte, až se objeví malé krystalky síranu měďnatého

Fáze 5: Krystal síranu měďnatého – pokud budete čekat déle!