№ 1 (19) / 2025
Мария Репина,
ученица 5 класса ГБОУ города Москвы «Школа № 167 имени Маршала Л.А. Говорова»
Т.В. Мурзина,
учитель начальных классов ГБОУ города Москвы «Школа № 167 имени Маршала Л.А. Говорова»
Слово «кристалл» происходит от древнегреческого слова krustallos, означающего одновременно «лед» и «прозрачный камень». Примерами природных кристаллов являются снежинки, алмазы и поваренная соль. Помимо натуральных кристаллов существуют искусственные кристаллы, созданные людьми.
Изучение и выращивание кристаллов актуально и имеет большое значение. Искусственные минералы востребованы там, где нецелесообразно использовать настоящие минералы из-за их высокой стоимости, ограниченного количества и природных дефектов.
Сферы применения искусственных кристаллов:
• Промышленность: для производства режущих инструментов, лазерных систем, элементов электроники и других высокотехнологичных продуктов.
• Медицина: для производства хирургических инструментов, имплантатов и даже некоторых лекарственных средств и материалов.
• Наука: в исследованиях, например, для производства кристаллов, без которых не обойтись в экспериментах по физике и химии.
• Ювелирное дело: синтетические алмазы, сапфиры, рубины и изумруды прочны, красивы и более доступны по цене, чем натуральные камни.
Меня очень заинтересовала тема выращивания кристаллов. На сегодняшний день существует множество методов выращивания искусственных кристаллов, в том числе промышленные и лабораторные. Но любое большое дело начинается с малых шагов, поэтому я решила попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.
Цель проекта: изучить условия образования и роста кристаллов, вырастить кристаллы из нескольких растворов в домашних условиях, зафиксировать процесс роста кристаллов от начала до конца эксперимента.
Задачи проекта
1. Найти и изучить информацию по теме проекта.
2. Освоить методику выращивания кристаллов.
3. Выполнить эксперимент для различных растворов.
4. В процессе проекта наблюдать и фиксировать рост кристаллов.
5. Проанализировать полученные результаты.
6. Обобщить и сделать вывод.
Методика выполнения работы
1. Работа с источниками информации.
2. Анализ полученных данных.
3. Эксперимент.
4. Наблюдение.
5. Обобщение и фиксация результатов.
Используемые оборудование, реактивы, расходные материалы
1. Поваренная соль (NaCl).
2. Медный купорос (CuSO4).
3. Раствор карбамида ((NH2)2CO).
4. Калия алюминий сульфат (KAl(SO4)2.
5. Дигидрофосфат калия (KH2PO4).
6. Стеклянные и пластиковые емкости.
7. Карандаши и нитки.
8. Фильтровальная бумага (салфетки).
Работа с источниками информации и анализ полученных данных
Прежде чем приступить к выращиванию кристаллов, я изучила методику приготовления насыщенных растворов и познакомилась с таблицами растворимости и простейшими расчетами.
Чтобы вырастить кристаллы дома, необходимо взять стеклянную банку, проволочку или нитку, запас солей, из которых выращивать кристаллы. Выращивать кристаллы очень интересно, но делать это нужно аккуратно и осторожно. Нужно поддерживать в чистоте емкость, которая будет служить кристаллизатором. Время от времени необходимо сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на кристалле, а также на стенках и дне сосуда. Если выращенный кристалл оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нем воду, может превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить кристалл от разрушения, его можно покрыть бесцветным лаком.
С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. При медленном охлаждении в растворе без посторонних примесей, например, пыли, зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, и сам процесс идет активнее, но правильных кристаллов при этом не получится.
Можно оставить открытую емкость с раствором при комнатной температуре на длительный срок – вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги или прикрыть марлей). Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. При быстром удалении воды из насыщенного раствора кристаллы получаются мелкими, но правильной формы, с острыми ребрами.
Практическая часть
Для практической части я использовала поваренную соль, медный купорос и три готовых набора: растворы карбамида, сульфата алюминия калия, дигидрофосфата калия (рис. 1).
Рис. 1. Оборудование и заготовки для проведения опытов
Опыт № 1. Выращивание кристаллов поваренной соли
Оборудование: банка, ложка, воронка из салфетки для фильтрования раствора, поваренная соль, нитка, карандаш.
Условия опыта: медленное испарение воды, использование «затравки».
Выполнение опыта:
• Взять емкость подходящего объема и налить в нее подогретую воду.
• Добавить в воду соль небольшими порциями, каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения. Когда раствор «насытился», вещество остается на дне (рис. 2а).
• Отфильтровать раствор через воронку с салфеткой.
• Затем взять крупный кристалл соли и закрепить его на ниточке для «затравки» процесса кристаллообразования (рис. 2б).
• Опустить кристалл в приготовленный насыщенный раствор поваренной соли (рис. 2в).
• Прикрепить вторую часть нитки к карандашу, который будет удерживать кристалл в воде. По мере испарения воды карандаш необходимо прокручивать, тем самым опускать кристалл вниз.
• Поставить емкость в теплое место, где сохраняется постоянная температура помещения.
Через 30 дней кристалл будет готов (рис. 2г).
Рис. 2 (а, б, в, г). Выращивание кристаллов поваренной соли
Опыт № 2. Выращивание кристаллов медного купороса
Оборудование: банка, ложка, воронка из салфетки для фильтрования раствора, медный купорос.
Условия опыта: медленное испарение воды.
Выполнение опыта:
• Взять емкость подходящего объема и налить в нее подогретую воду.
• Работая с медным купоросом (вещество является ядом), необходимо использовать правила и средства безопасности (резиновые перчатки и респиратор), внимательно следить за тем, чтобы вещество и его раствор не попали в пищу, воду, на слизистые и т. д.
• Добавить в воду медный купорос небольшими порциями, каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения. Когда раствор «насытился», вещество начинает выпадать на дно осадком (рис. 3а).
• Поставить емкость в теплое место, где сохраняется постоянная температура помещения для последующих наблюдений и фиксаций результатов.
Через 10 дней кристалл будет готов (рис. 3б).
Рис. 3 (а, б). Выращивание кристаллов медного купороса
Опыт № 3. Получение окрашенных кристаллов соли из сульфата алюминия калия
Оборудование: банка, раствор сульфата алюминия калия, краситель желтого цвета.
Условия опыта: медленное испарение воды.
Выполнение опыта:
• Порошок сульфата алюминия калия растворить в горячей воде.
• Добавить желтый краситель и тщательно перемешать.
• В емкость с раствором положить таблетку (служит «затравкой») (рис. 4а).
• Закрыть емкость пробкой.
• Через 24 часа убрать пробку, емкость поместить в теплое место, кристалл начнет расти (рис. 4б).
Через 20 дней вода полностью испарится, кристалл будет готов (рис. 4 в, г).
Рис. 4 (а, б, в, г). Выращивание кристаллов соли из сульфата алюминия калия
Опыт № 4. Получение окрашенных кристаллов из раствора карбамида
Оборудование: карбамид с красителем, поддон для выращивания кристаллов, картонная основа.
Условия опыта: пропитка картона раствором, медленное испарение воды.
Выполнение опыта:
• В поддон вставить картонные полоски, после чего в поддон добавить раствор карбамида (рис. 5а).
• Картон пропитается раствором карбамида, жидкость начнет испаряться, начнется рост кристаллов (рис. 5б, в).
В течение 2-х суток жидкость полностью испарится, кристалл будет готов (рис. 5г).
Рис. 5 (а, б, в, г). Выращивание кристаллов из раствора карбамида
Опыт № 5. Получение кристаллов из дигидрофосфата калия
Оборудование: раствор дигидрофосфата калия, поддон для выращивания кристаллов, картонная основа.
Условия опыта: пропитка картона раствором, медленное испарение воды.
Выполнение опыта:
• В поддон вставить картонную заготовку (в виде дерева), после чего в поддон добавить раствор дигидрофосфата калия (рис. 6а).
• Картон пропитается раствором дигидрофосфата калия, жидкость начнет испаряться, начнется рост кристаллов (рис. 6б).
В течение 2-х суток жидкость полностью испарится, кристалл будет готов (рис. 6в, г).
Рис. 6 (а, б, в, г). Выращивание кристаллов из дигидрофосфата калия
Результаты работы. Выводы
1. Работая над проектом и проанализировав результаты, я сделала следующие выводы:
2. Кристаллы – твердые тела, атомы, ионы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку).
3. Кристаллы широко распространены в природе, большое количество разных кристаллов получают искусственным путем в лабораториях и на производстве.
4. Самым доступным методом получения кристаллов является кристаллизация из растворов. При выращивании кристаллов из растворов движущей силой процесса является перенасыщение. Скорость выращивания кристаллов зависит от количества исходного вещества в растворе.
5. Самым простым способом выращивания кристаллов в домашних условиях является выращивание их с использованием готовых наборов.
6. Когда кристаллический зародыш уже образовался и начинает расти, часть растворенного материала переходит из раствора на кристалл и концентрация раствора вблизи кристалла падает, он становится ненасыщенным. Поэтому периодически раз в неделю, надо менять или обновлять раствор.
7. На рост и форму кристаллов оказывают влияние условия выращивания (температура окружающей среды, площадь испарения раствора, наличие посторонних примесей в растворе).
8. Главным результатом моей работы является знакомство с одним из способов выращивания кристаллов.
Список литературы
1. Большая детская энциклопедия: Химия. Составитель К. Люцис. – М. «Русское энциклопедическое товарищество», 2000 г. – 640 стр.
2. Боцци М.Л., Палаццоло В., Палаццески Р., Прати Э., Цибизова И.М. Современная детская энциклопедия. Факты, открытия, фантазии : [для детей младшего школьного возраста. – М. : Махаон, 2010. – 249 с.
3. Шалаева Г.П. Литературное чтение. – М. : Издательство АСТ, 2010.
4. Камни и минералы: свойства, характеристики // Энциклопедия камней и минералов URL: https://o-kamne.com/?ysclid=m70fn0k9b5342602115 (дата обращения: 11.02.2025).
5. Выращивание кристаллов удалением воды из насыщенного раствора // Обучонок. Индивидуальные проекты и исследовательские работы URL: https://obuchonok.ru/node/111 (дата обращения: 25.02.2025).
6. Кристаллы // Википедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кристаллы (дата обращения: 11.02.2025).
7. Выращивание кристаллов // Вики URL: https://ru.crystalls.info/Добро_пожаловать (дата обращения: 11.02.2025).
