Детский исследовательский проект «Волшебный мир кристаллов. Творческая работа, о кристаллах Интересная информация о кристаллах

Цель исследования С помощью литературных и интернет-источников узнать что такое кристаллы, что изучает наука – кристаллография. Узнать какие бывают и где встречаются кристаллы в природе. На примере снежинок узнать о строении кристаллов и от чего зависит их форма. Познакомиться с применением кристаллов. Вырастить кристаллы в домашних условиях.

Уилсон Бентли Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. С тех пор он уже не мог остановиться. До конца жизни, сорок с лишним лет, Бентли фотографировал их. Более пяти тысяч кристаллов, и ни одного одинакового.

В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха.

В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.

Звёздчатые дендриты кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.

Цвет снега Свет, пробившийся через толщу снега возле края этой ямки, будет казаться желтоватым, глубже он становится желтовато- зеленым, голубовато- зеленоватым и, наконец, ярко синим. Отсвет голубого неба здесь ни при чем, и чтобы убедиться в этом, можно провести опыт в пасмурную погоду или заглянуть в отверстие через картонную трубку. Оборудование для проведения опыта соль для выращивания кристаллов (если вы еще никогда не выращивали кристаллов, то советую использовать медный купорос; он продается в садоводческих и хозяйственных магазинах и из него получаются красивые синие кристаллы); сосуды на 500 мл; фильтрованная бумага или вата; толстые нитки, каркасы;

1. о зн аем мыЧ то алл ах?к ри ст Выполнили учащиеся 3 «В» класса ГБОУ СОШ № 534 города Москвы: Самохвалов Никита Попова Анна Научный руководитель: Ковтун Е.Н.
2. Учебный предмет – Окружающий мирЦель проекта: узнать, откуда берутся кристаллы, какой формы они бывают, научиться выращивать кристаллы в домашних условиях.
3. Что такое кристаллы?Кристаллы – поразительные создания природы. Нас восхищаютих яркие цвета и прозрачность, ровные, гладкие грани и, самоеглавное, правильная форма.Кристаллы выглядят таким образом, словно их кто-то специальновырезал, отшлифовал и раскрасил. Как мы сами скоро убедимся,кристалл можно специально вырастить. В природе кристаллыобразуютсяпод действием мощныхприродных сил.Как же это происходит, ичто такое кристаллна самом деле?
4. Беспорядок и порядокВы, наверное, уже знаете, что все вещества в нашем миресостоят из мельчайших частичек – атомов и молекул. Это своегорода «кирпичики», из которых «построены» и камни, и металлы,и даже вода и воздух. Атомы и молекулы настолько малы, что ихневозможно рассмотреть даже в обычный микроскоп. Чтобы ихобнаружить, нужны специальные, очень сложные приборы.Внутри разных веществ атомы - «кирпичики» могутрасполагаться по-разному. В некоторых (например, в воде и ввоздухе) они расположены совершенно беспорядочно – такиевещества не имеют собственной формы. Но в кристаллах атомырасположены в строгом порядке, поэтому кристаллы имеюттакую строгую форму.
5. Простые и сложныеВсе кристаллы в природе имеют правильную симметричную форму,однако у разных кристаллов это форма разная. Некоторые из формпростые и знакомы тебе с детства: например, кубики, в которыеиграют все дети, - это правильные шестигранники. Однако такиеправильные кристаллы в природе встречаются достаточно редко. Убольшинства кристаллов форма довольно сложна и имеет длинноенаучное название (тетрагональная, гексагональная, моноклинная итак далее). Но вне зависимости от формы, расположение атомоввнутри любого кристалла обязательно имеет правильную,повторяющуюся структуру, причем эта структура одинакова и дляобычного кристалла, и для большого кристалла, и для его маленькогоосколка.
6. Строгая Строгая форма форма Правильное расположение атомов в кристалле называетсякристаллической решеткой. Эту решетку можно представить себе как сетку, вкоторой на одинаковых расстояниях друг от друга и в строго определенномпорядке расположены атомы химических элементов, входящих в состав данноговещества. Особые силы – силы взаимодействия – не позволяют атомампокинуть свои места и расположиться в каком-нибудь другом порядке. На этом рисунке вы видите структуру поваренной соли, котораяобразовалась атомами (а точнее, ионами) натрия. ИОНЫ – это химическиечастицы, имеющие положительный или отрицательный электрический заряд(зелёные шарики) и хлора (белые шарики). Ионы натрия имеют положительныйзаряд, а ионы хлора - отрицательный. Таким образом, они притягиваются друг кдругу (а также отталкиваются друг от друга), как маленькие магниты.
7. Сложно, но красивоКристаллическую структуру имеют многиевещества, причем не только яркие и блестящиедрагоценные камни, но и обычные камни, изкоторых состоят горы, скалы и ущелья. Научноеназвание этих камней - минералы, причемформа образована из более простых, таких каккуб, пирамида и тому подобное. Названия уминералов часто довольно сложные, нозвучные и красивые – одно из этих названийвам наверняка приходилось слышать раньше.
8. Форма кристаллов некоторых минералов Алмаз, Магнетит, Гранат, Родонит, Тремолит, Авгит.
9. Апофиллит т ит г не а М
10. Научный фактЧто будет, если обработать кристалл ипридать ему другую форму – например, изкристалла каменной соли выточить шар?Казалось бы, что от большого красивогокристалла с его гранями и ребрами, ничего неостанется. Но…. Если опустить этот шар вводу и немного подождать, он станет….. кубом,то есть вновь примет ту форму, которая былаему изначально свойственна.
11. Откуда берутся кристаллы?Кристаллы возникают благодаря испарению. При испарении(«высыхании») вода превращается в пар и улетучивается. Норастворенные в воде химические вещества не могутиспариться вместе с ней и оседают в виде кристаллов. Ноесть и ещё один способ получить кристаллы – охлаждения.Именно из-за охлаждения миллионы лет назад на Землепоявились многие минералы. «Раствором» для этого «опыта»служила магма – расплавленная масса горных пород в недрахЗемли. Поднимаясь к поверхности из раскалённой глубины,магма охлаждалась, и в результате этого охлаждения, котороемогло длиться не одну тысячу лет, образовались те самыеминералы, по которым мы ходим, на которые взбираемся икоторые некоторые из мам носят на пальце. Кстати, когда тына морозе дышишь на стекло, вода содержащаяся в твоёмдыхании в виде пара, от охлаждения превращается вкрошечные кристаллы – иней.
12. Кристаллы солёные и кристаллы сладкиеДля формирования кристаллов железа, алмазов или горногохрусталя природе потребовалось многие века. Некоторыекристаллы можно вырастить за неделю. Но есть кристаллы,которые можно не только вырастить у себя дома, но и съесть. Сольи сахар, которые найдутся на каждой кухне, также имеюткристаллическую природу.
13. Кристаллы льда и снега. Кристаллы замерзающей воды, то есть лёд и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах. Это – кристаллы замёршей воды, то есть лёд и снег.Каждый отдельный кристаллик льда, каждаяснежинка хрупка и мала. Часто говорят, чтоснег падает как пух. Но даже это сравнение,можно сказать, слишком «тяжёлое»: ведькаждая снежинка примерно в 10 раз легчепушинки. Десяток тысяч снежинок веситстолько же, сколько весит одна копейка. Но,соединяясь в огромных количествах вместе,снежные кристаллы могут, например,остановить поезд; они даже могут сдвигать иразрушать скалы, как это делают снежныелавины и ледники.
14. Дорогие друзья!Выращивание кристаллов в домашних условиях –достаточно длительный процесс. После изготовленияраствора первые результаты становятся виднытолько через 24-36 часов. Но, чем дольше вы ждёте,тем больше и красивее становятся растущиекристаллы. Чтобы вырастить кристалл размером 6-8смпотребуется приблизительно неделя. Когда растворполностью испарится, вы увидите на дне контейнерабольшие, красивые, переливающиеся всеми гранямицветные кристаллы.
15. Т ПЫОПЫТ О
16. Откроем контейнер с реактивом, и высыпаемпримерно половину его содержимого в пластиковыйстаканчик

В настоящее время можно считать твердо установленным, что жидкость может затвердевать после ее охлаждения до температуры плавления только при наличии в ней «центров кристаллизации». В случае их отсутствия жидкость «переохлаждается», т. е. температура понижается ниже точки плавления данного вещества, но вещество остается в жидком состоянии. Возможность такого переохлаждения для воды была замечена уже более двухсот лет назад, в 1724 г., Фаренгейтом. Выгодная покупка недвижимости в Одессе в то время, как не сложно догадаться, доступна еще не была.

Позднее были установлены и изучены разнообразнейшие обстоятельства, способствующие как затвердеванию переохлажденной жидкости, так и ее сохранению в жидком виде. Выяснилось, что громадное значение для начала кристаллизации имеет «заражение» какими-либо твердыми частицами. Так^ если вода имеет поверхность, доступную действию атмосферного воздуха со взвешенными в нем пылинками различных твердых веществ, то ее трудно переохладить. Напротив, в запаянной пробирке, особенно при откачке оттуда воздуха, вода очень легко переохлаждается.

Кристаллизацию переохлажденной жидкости обыкновенно можно вызвать, потирая какой-нибудь твердой палочкой внутреннюю стенку стеклянного сосуда, в котором находится жидкость. При этом, по всей вероятности, от стенки отрываются микроскопические частички стекла, и они-то играют роли затравки.

К таким же заключениям приводят и факты, взятые из практических наблюдений. Капитан корабля «Днсковери» Р. Ф. Скотт записал 12 сентября 1902 г. в корабельном журнале, что сети и веревки, спущенные под воду (очевидно, переохлажденную), оказывались после их поднятия покрытыми кристаллами льда, причем в одном случае вокруг линя толщиной в 1 дюйм (2,54 см) образовался цилиндро-хлопьевидного льда диаметром около 25 см. Кристаллы льда в виде листочкоз были перпендикулярны к канату, и их плоскости взаимно пересекались под углом 60°. «Все это,- по словам Скотта,- похоже на красивое кружево; выставляя его на свет, мы видим сквозь него роскошные краски спектра, как от призмы. От прикосновения лед распадается на куски, и каждый листочек можно расщепить на тончайшие слои».

При этом нельзя упускать из вида, что кристаллизация жидкости сопровождается выделением теплоты, и если эту теплоту не удалять, то температура жидкости поднимется до такого предела, когда кристаллизация уже будет невозможна. Поэтому за ростом кристаллов из их зародышей удобно следить в переохлажденной жидкости. Так и поступал.виднейший современный исследователь этих вопросов Тамман, основоположник учения о центрах кристаллизации и признанный авторитет в этой области. Он и его сотрудники исследовали многочисленные жидкости, определяя для них две величины: скорость образования зародышей в зависимости от степени переохлаждения и затем, с полученными зародышами, скорость их роста.

Однако среди исследованных Тамманом жидкостей отсутствовала вода. По признанию Таммана первые же центры кристаллизации у воды растут с такой быстротой, что через незначительное время весь сосуд заполняется тонкими ледяными иглами, и поэтому невозможно проследить за скоростью возникновения кристаллических зародышей.

Технические трудности, помешавшие Тамману наблюдать начальную стадию кристалтизации воды, удалось преодолеть мне, причем оказалось, что для преодоления этих трудностей потребовались вовсе уж не чрезмерно сложные приемы.

В. своих работах по изучению кристаллизационных свойств воды вообще и ядер кристаллизации ее в частности я исходил из вывода теоретиков физико-химиков о том, что при малых переохлаждениях скорость развития ядер очень мала, а также из данных опыта, подтверждавших означенный вывод.

Поэтому я считал мнение Таммана, что при незначительном переохлаждении воды ядра кристаллизации будто бы развиваются настолько быстро, что технически нет возможности их изучать, неправильным, и это доказал на опыте, работая в области действительно малых переохлаждений (десятые и сотые доли градуса ниже 0°), при которых скорости развития ядер можно снизить до таких пределов, которые допускают возможность изучать ядра легко и свободно.

Таким образом преграда, мешавшая ранее Тамману и другим исследователям изучать ядра кристаллизации воды, оказалась снятой.

Для осуществления такой установки сосуд с переохлажденной водой окружался охладительной смесью из раствора соли ‘в воде со снегом; температура замерзания раствора зависит от концентрации в нем соли.

Исследование показало, что для наблюдения образования ледяных кристаллов наиболее удобны температуры между 0 и -1°. В случае более низких температур отмеченная Тамманом трудность уже сильно дает себя знать. Приходится считаться еще и с другими трудностями: с выделением теплоты при образовании кристаллов и с тем, что они стремятся всплывать вверх и уходят таким образом из-под наблюдения.

На рисунке показан один из вариантов примененной мной установки, где эти помехи уже не имеют места. Здесь буквой Я обозначен кристаллик льда, всплывающий наверх. Навстречу ему идет поток, воды, приводимой в движение вращающимся винтом. Скорость движения воды вниз поддерживается как раз такой, чтобы кристаллик оставался практически на неизменном уровне. Наружная трубка с протекающим по ней соляным раствором имеет назначением поддерживать постоянную температуру.

Применяя тонкое регулирование переохлаждения воды, можно было по желанию ускорять или замедлять, останавливать или. даже вести в обратном направлении процесс роста наблюдаемого кристалла, так что удалось уже выращенный кристалл вновь уменьшить и даже доводить до полного уничтожения.

Из этих опытов выяснилось, что форма кристаллического зародыша льда есть правильный диск, который при дальнейшем росте превращается в правильную шестиугольную пластинку прозрачного льда, а это последняя уже разрастается в шестилучевую звездочку. Дальнейший рост звездочки, которую удалось доводить до диаметра.2-3 см, дает ажурное строение, напоминающее по виду снежинку.

Громадные трудности связаны с фотографированием кристалликов. Ввиду их прозрачности их можно видеть только под таким углом зрения, при котором падающий на них свет испытывает полное внутреннее отражение. Кристаллики, вынутые из воды, обволакиваются жидкостью, а при ее удалении нарушается их нежная и тонкая структура.

Детей завораживает всё необычное, а что может быть удивительней растущих кристаллов! Особенно, когда за их ростом можно наблюдать. Благо, что на сегодняшний день у родителей есть достаточно возможностей провести подобные опыты дома. Выращивание кристаллов, для детей является настоящим путешествием в начальную химию и познание природных явлений. Сегодня я вам покажу какие красавцы выросли из нашего набора, расскажу какой цвет повел себя лучше, разберем несколько интересных фактов об объекте изучения.

Здравствуйте уважаемые читатели блога, уверена, что ни одного из вас не оставят равнодушными правильные грани кристаллов. Они как будто кем-то специально выточены в ровные многогранники. Моего сына, которому сейчас 6 лет 3 месяца, всегда восхищали прозрачные камни в моих украшениях, он как Кай из “Снежной королевы”, мог часами рассматривать их огранку. Исходя из этого интереса, мы уже выращивали , а также ко дню Святого Валентина. И хотя у нас еще осталось немного буры, хотелось продолжить опыты с этими великолепными твердыми телами. Для этого я приобрела набор Удивительные кристаллы (наш в американском варианте Crystal Growing). Похожий той же марки имеется в Озон .

Набор для детей

В него входит:

3 пакета Фосфорнокислого аммония.
3 маленьких упаковки:
белый порошок (Алюминиевый сульфат калия);
голубой (Алюминиевый сульфат калия, хлорид натрия и искрящийся синий краситель);
красный (Алюминиевый сульфат калия и амарант).
Контейнер для кипятка.
Прозрачные контейнеры 3 размеров для выращивания, а в дальнейшем защиты от пыли.
Крышки для установки готовых твердых тел.
Картонные кольца.
Мерная ложечка.
Инструкция.

Выращивание кристаллов для детей – инструкция

Итак, действуем по инструкции:

Помощь взрослого обязательна!

Берем 200мл чистой воды, от ее чистоты зависит прозрачность конечного продукта, доводим до 100 градусов или просто до кипения. Выливаем кипяток в специально отведенный для этого контейнер (можно использовать обычный стакан).
Высыпать в емкость с кипятком содержимое одного большого пакета и мешать до тех пор пока всё не растворится. Дать 15 минут остыть, лучше использовать термометр для воды. Идеальной считается температура 40 градусов Цельсия.
Перелить остывшую жидкость в шестиугольный контейнер, в нем и будем выращивать. Подождать еще 30 минут, чтобы смесь стабилизировалась.
Теперь выбираем цвет, который нам хотелось бы иметь: в брошюре есть отдельный пункт, где описывается как можно смешать цвета, чтобы получить фиолетовый, розовый, нежно-голубой. Или выбираем основные. На этом этапе нужно учитывать, что контейнер должен находиться в месте, где удобно наблюдать за ростом и не будет надобности передвигать его в течении 4-7 дней. Для правильного формирования, нужна температура около 20 градусов Цельсия. Поэтому стоит выбрать теплую комнату или поставить контейнер на холодильник, где также будет тепло.
Аккуратно, при помощи мерной ложечки, насыпаем содержимое маленького пакетика, распределяя равномерно по всей поверхности воды. НЕ ПЕРЕМЕШИВАТЬ!
Наблюдаем за процессом каждые 2-3 часа. Если условия соблюдены, в первый день кристаллы вырастут примерно на 50мм. И станут выше около 40мм через 4-7 дней. Размер зависит от среды в которой они содержатся, в холоде процесс займет больше времени, в единичных случаях может затянуться до нескольких недель.
Если через 2-3 дня, мелкие кристаллические образования появятся на стенках контейнера, нужно положить сверху картонное кольцо, которое входит в набор. Оно поможет прекратить “побег” материала.
Как только кристаллы выросли, нужно вылить жидкость из контейнера, придерживая содержимое рукой. Второй раз жидкость использовать не получится, поэтому удостоверьтесь, что процесс завершен. Чтобы рассмотреть какой размер вырос в цветной воде, посветите на нее фонариком.
Аккуратно сполосните чистой водой готовые экземпляры. Не лейте много, это может их повредить! Вымойте контейнеры, в которых они находились, насухо вытрите. Возьмите крышки-подставки, которые до этого не использовались. Установите своих красавцев на подставку и накройте контейнером шестиугольной формы сверху.
Теперь можно любоваться!

Наш опыт

Помимо имеющегося в наборе, мы с сыном использовали кухонные часики с таймером и термометр. Это помогло нам засекать точное время ожидания, не отвлекаясь от других занятий. Определять температуру воды, моему мальчику уже приходилось, но повторение не повредит в обучающем процессе.

Выбрали цвета белый (основной) для большой емкости, синий (основной) для среднего размера и еще один смешали (красный и синий), в надежде получить фиолетовый. На этой фотографии видно, что в прозрачной воде через 45-50 минут уже появились образования. С емкости среднего размера цветное содержимое только что высыпано и постепенно опускается на дно.

А через 2 часа стало понятно, что в “фиолетовом”, делаю кавычки, так как он таковым не стал, рассмотреть ничего невозможно. В связи с этим, советую не смешивать краски, если хотите наблюдать за процессом формирования. Зато в белом, рост был виден отлично!

Наши баночки стояли около стеклянной двери на террасу. В Доминиканской республике, где мы проживаем, практически всегда жарко. Но этот январь выдался прекрасным! Температура практически весь месяц держалась в районе +20+28 по Цельсию. И всё же солнечные лучи периодически “устраивали нам шоу”. Вот так голубой растущий кристалл выглядел через 2 дня.

Затем мы уехали на три дня к морю и по возвращении сразу занялись “купанием” наших красавцев. Небольшой парад звезд:

Вот что получилось при смешивании красного с синим:

Сейчас они стоят под колпачками, в которых росли, и сын может рассматривать их, любоваться сколько душе угодно.

Вам также могут быть интересны наборы:

И вот этот , его содержимое можно посмотреть в видео:

Как это работает?

Когда мы высыпаем кристаллический комплекс в очень горячую воду, он разбивается на крошечные частицы. Эти частицы намного меньше, чем может видеть наш глаз. Теперь мы имеем кристаллический раствор, он настолько плотен, что если бы мы насыпали в него больше порошка, тот уже не смог бы раствориться.

Медленно вода остывает, какая-то ее часть испаряется. Теперь она не может держать содержимое растворенным и частицы начинают собираться в группы. Со временем другие также прикрепляются к ним и группы объединяются. Соединение происходит организованным способом, делая кристаллы, которые мы видим, с прямыми, плоскими краями.

Дорогие родители, надеюсь моя статья оказалась для вас интересной, и вызвала желания повторить опыт. Выращивание кристаллов, для детей – это поистине интересное занятие, и что немаловажно, совместное времяпровождение с родителем. Поделитесь, пожалуйста, со мной в комментариях, если вы уже пробовали выращивать кристаллы в домашних условиях? Из чего они были? Какой формы? А я на этом прощаюсь с вами, до следующих интересных статей. И не забудьте подписаться, чтобы не пропустить их!