КРИСТАЛЛЫ. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА Ярой альпийской зимой лед превращается в камень. Солнце не в силах затем камень такой растопить. Клавдиан 390 г. Выполнил ученик 10 ИТ класса Петухов Иван

Цель работы: Изучить свойства и виды кристаллических веществ, их практическое значение. Задачи работы: Рассмотреть: - виды кристаллов; - виды кристаллов; - основные способы выращивания кристаллов; - основные способы выращивания кристаллов; Выяснить как выглядят природные и искусственные кристаллы.

Актуальность темы Так как кристаллы имеют широкое применение в науке и технике, то трудно назвать такую отрасль производства, где не использовались бы кристаллы. Так как кристаллы имеют широкое применение в науке и технике, то трудно назвать такую отрасль производства, где не использовались бы кристаллы. Мне стало интересно: Мне стало интересно: - что же такое кристалл; - что же такое кристалл; - как кристаллы растут; - как кристаллы растут; - какими свойствами обладают; - какими свойствами обладают; - где применяются? - где применяются? Алмаз (бриллиант)

Выдвинутая гипотеза: Кристаллы - основа жизни на земле. Понятия «кристалл» и «жизнь» - не взаимоисключающие. - не взаимоисключающие. Символ неживой природы кристалл – живой! Символ неживой природы кристалл – живой! Кристаллы можно вырастить.

Кристаллы (от греч. krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Кристаллы (от греч. krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Каждый, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» вещества. Каждый, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» вещества. Берилл Стронцианит Турмалин Церуссит

Упорядоченное трехмерное расположение молекул характерно для кристаллов и отличает их от других твердых веществ. Упорядоченное трехмерное расположение молекул характерно для кристаллов и отличает их от других твердых веществ. Кристаллы льда

аквамарин аквамарин

СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Разнообразие кристаллов по форме очень велико. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством - какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответственными гранями всегда одинаковы. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством - какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответственными гранями всегда одинаковы. Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямыми углами. Грани кварца имеют форму неправильных шестиугольников, но углы между гранями всегда одни и те же 120°. Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямыми углами. Грани кварца имеют форму неправильных шестиугольников, но углы между гранями всегда одни и те же 120°. Закон постоянства углов, открытый в 1669 г. датчанином Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах кристаллографии. Закон постоянства углов, открытый в 1669 г. датчанином Николаем Стено, является важнейшим законом науки о кристаллах кристаллографии. Измерение углов между гранями кристаллов имеет очень большое практическое значение, так как по результатам этих измерений во многих случаях может быть достоверно определена природа минерала. Измерение углов между гранями кристаллов имеет очень большое практическое значение, так как по результатам этих измерений во многих случаях может быть достоверно определена природа минерала. Простейшим прибором для измерения углов кристаллов является прикладной гониометр. Простейшим прибором для измерения углов кристаллов является прикладной гониометр. Сапфир Горный хрусталь

Виды кристаллов кристаллы монокристаллы поликристаллы Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко. Монокристаллами являются кварц, алмаз, рубин и многие другие драгоценные камни. Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении. Поликристаллами являются все металлы.

кристаллы искусственныеприродные Кораллы Аметрин Искусственный жемчуг Алмазы Мрамор Изумруд Кварц

Природные кристаллы Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Аквамарин Агат Перидот Рубин

Природные кристаллы В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров. Примером кристаллизации из расплава является образование льда из воды. Примером кристаллизации из расплава является образование льда из воды. Примером образования кристаллов из растворов, могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Примером образования кристаллов из растворов, могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки, иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы. Примером образования кристаллов из пара и газа являются снежинки, иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы. Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это например, жемчуг, перламутр. Многие кристаллы являются продуктами жизнедеятельности организмов. Это например, жемчуг, перламутр. Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных коралловых полипов. Рифы и целые острова в океанах сложены из кристалликов углекислого кальция, составляющих основу скелета беспозвоночных животных коралловых полипов. Каменная соль Сера Иней Кораллы

Искусственные кристаллы Искусственные кристаллы Для многих отраслей техники, выполнения научных исследований требуются кристаллы очень высокой химической чистоты с совершенной кристаллической структурой. Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных Кроме того, потребность во многих кристаллах превышает запасы в природных месторождениях. Кроме того, потребность во многих кристаллах превышает запасы в природных месторождениях. Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже больше половины. Из более чем 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже больше половины. Синтетический кварц Искусственный жемчуг

Применение кристаллов Из предыдущей таблицы видно, что кристаллы широко применяются в науке и технике: полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, лазеры, пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, оптические и лектрооптические кристаллы, ферромагнетики и ферриты, монокристаллы металлов высокой чистоты... Из предыдущей таблицы видно, что кристаллы широко применяются в науке и технике: полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, лазеры, пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, оптические и лектрооптические кристаллы, ферромагнетики и ферриты, монокристаллы металлов высокой чистоты... Около 80% всех добываемых природных алмазов и все искусственные алмазы используются в промышленности Около 80% всех добываемых природных алмазов и все искусственные алмазы используются в промышленности Рентгеноструктурные исследования кристаллов позволили установить строение многих молекул, в том числе и биологически активных – белков, нуклеиновых кислот. Рентгеноструктурные исследования кристаллов позволили установить строение многих молекул, в том числе и биологически активных – белков, нуклеиновых кислот. Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Неограненные алмазы Бриллиант Горный хрусталь

Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения. Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения.

Кристаллы – основа жизни ! Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно и понятия «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими. Кристалл обычно служит символом неживой природы. Однако грань между живым и неживым установить очень трудно и понятия «кристалл» и «жизнь» не являются взаимоисключающими. Во –первых, простейшие живые организмы вирусы могут соединяться в кристаллы. В кристаллическом состоянии они не обнаруживают признаков живого, но при изменениях внешних условий на благоприятные (такими для вирусов являются условия внутри клеток живого организма) они начинают двигаться, размножаться. Во-вторых, в живых организмах молекула ДНК представляет собой двойную спираль, составленную из небольшого числа сравнительно простых молекулярных соединений, повторяющихся в строго определенном для данного вида порядке. Во –первых, простейшие живые организмы вирусы могут соединяться в кристаллы. В кристаллическом состоянии они не обнаруживают признаков живого, но при изменениях внешних условий на благоприятные (такими для вирусов являются условия внутри клеток живого организма) они начинают двигаться, размножаться. Во-вторых, в живых организмах молекула ДНК представляет собой двойную спираль, составленную из небольшого числа сравнительно простых молекулярных соединений, повторяющихся в строго определенном для данного вида порядке. Диаметр молекулы ДНК равен 2*10-9 м, а длина может достигать нескольких сантиметров. Такие гигантские молекулы с точки зрения физики рассматриваются как особый вид твердого тела одномерные апериодические кристаллы. Следовательно, кристаллы это не только символ неживой природы, но и основа жизни на Земле. Диаметр молекулы ДНК равен 2*10-9 м, а длина может достигать нескольких сантиметров. Такие гигантские молекулы с точки зрения физики рассматриваются как особый вид твердого тела одномерные апериодические кристаллы. Следовательно, кристаллы это не только символ неживой природы, но и основа жизни на Земле. Молекула ДНК Кристаллы в клетках растений

Выращивание кристаллов Нам удаётся выращивать кристаллы благодаря кристаллизации - процессу образования кристаллов из паров, растворов, расплавов. Нам удаётся выращивать кристаллы благодаря кристаллизации - процессу образования кристаллов из паров, растворов, расплавов. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов - центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершенных атомных слоев при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм и структуры кристаллов. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершенных атомных слоев при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм и структуры кристаллов.

Способы выращивания кристаллов. Кристаллизацию можно вести разными способами. Один из них – охлаждение насыщенного горячего раствора. При охлаждении раствора частички вещества (молекулы, ионы), которые уже не могут находиться в растворенном состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы-зародыши. Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении образуется много зародышей, правильных кристаллов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на поверхности кристалла на положенное им место. Образуются друзы – скопления, грозди маленьких кристаллов. Друзы и кристаллики соли

Другой метод получения кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. «Лишнее» вещество при этом кристаллизуется. И в этом случае чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Другой метод получения кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. «Лишнее» вещество при этом кристаллизуется. И в этом случае чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Третий способ – выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Третий способ – выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Рубин

Лабораторная работа 1 Изучение кристаллов Оборудование: Оборудование: микроскоп, сухие вещества и растворы. Ход работы: Ход работы: Под микроскопом я рассмотрел кристаллы следующих веществ: Под микроскопом я рассмотрел кристаллы следующих веществ: поваренной соли, сахара, медного купороса, нафталина, аммиачной селитры; поваренной соли, сахара, медного купороса, нафталина, аммиачной селитры; растворов: растворов: аспирина, медного купороса, пищевой соды. аспирина, медного купороса, пищевой соды.Вывод: 1) разнообразие кристаллов по форме очень велико 1) разнообразие кристаллов по форме очень велико 2) кристаллы разных веществ отличаются друг от друга; 2) кристаллы разных веществ отличаются друг от друга; Кристаллы и раствор медного купороса

Аспирин, или ацетилсалициловая кислота, как и многие другие вещества имеет кристаллическую структуру. Под микроскопом его кристаллы напопинают иголки, расходящиеся из одной точки. Аспирин, или ацетилсалициловая кислота, как и многие другие вещества имеет кристаллическую структуру. Под микроскопом его кристаллы напопинают иголки, расходящиеся из одной точки. Для приготовления раствора аспирина я брал одну таблетку ацетилсалициловой к-ты, размельчил её в ступке и получившийся порошок растворил в спирте. Что бы добиться лучших результатов, я профильтровал получившийся раствор. Далее капнул две-три капли раствора на предметное стекло и дал ему высохнуть. Для приготовления раствора аспирина я брал одну таблетку ацетилсалициловой к-ты, размельчил её в ступке и получившийся порошок растворил в спирте. Что бы добиться лучших результатов, я профильтровал получившийся раствор. Далее капнул две-три капли раствора на предметное стекло и дал ему высохнуть. Кристаллы аспирина под микроскопом

Лабораторная работа 2 Выращивание кристаллов Оборудование: поваренная соль, дистиллированная вода, воронка, стеклянная палочка, вата, стаканы. Оборудование: поваренная соль, дистиллированная вода, воронка, стеклянная палочка, вата, стаканы. Порядок выполнения работы: Я тщательно вымыл 2 стакана и воронку и подержал их над паром Налил 100 гр. дистиллированной воды в стакан и нагрел ее до 30С. Приготовил насыщенный раствор соли и слил его через ватный фильтр в чистый стакан. Закрыл стакан крышкой. Подождал пока раствор остынет до комнатной температуры и открыл стакан. Через некоторое время началось выпадение кристаллов. Порядок выполнения работы: Я тщательно вымыл 2 стакана и воронку и подержал их над паром Налил 100 гр. дистиллированной воды в стакан и нагрел ее до 30С. Приготовил насыщенный раствор соли и слил его через ватный фильтр в чистый стакан. Закрыл стакан крышкой. Подождал пока раствор остынет до комнатной температуры и открыл стакан. Через некоторое время началось выпадение кристаллов. Через сутки слил раствор через ватный фильтр в чистый стакан. Среди множества кристаллов оставшихся на дне первого стакана выбрал самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепил кристалл – затравец к нитке и подвесил его в раствор. Поставил стакан в теплое место. Через сутки слил раствор через ватный фильтр в чистый стакан. Среди множества кристаллов оставшихся на дне первого стакана выбрал самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепил кристалл – затравец к нитке и подвесил его в раствор. Поставил стакан в теплое место..

Рост кристалла происходил в течение 47 дней. Кристалл – затравка имел вытянуто – овальную форму. После помещения затравки в раствор рост кристалла не происходил, а наоборот он растворялся, так как температура была на 3 – 9 С выше комнатной и раствор стал не насыщенным, при этом он потерял верхние, поврежденные слои, что привело к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура стала комнатной, раствор вновь стал насыщенным, и растворение кристалла прекратилось. Начался рост кристалла. За счет испарения воды из раствора темп роста кристалла увеличивался Рост кристалла происходил в течение 47 дней. Кристалл – затравка имел вытянуто – овальную форму. После помещения затравки в раствор рост кристалла не происходил, а наоборот он растворялся, так как температура была на 3 – 9 С выше комнатной и раствор стал не насыщенным, при этом он потерял верхние, поврежденные слои, что привело к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура стала комнатной, раствор вновь стал насыщенным, и растворение кристалла прекратилось. Начался рост кристалла. За счет испарения воды из раствора темп роста кристалла увеличивался В конце срока выращивания я вынул кристалл соли из раствора, тщательно осушил салфеткой и измерил его. Кристалл соли увеличился в три раза от начальных размеров затравки. На этом выращивание кристалла соли завершено. В конце срока выращивания я вынул кристалл соли из раствора, тщательно осушил салфеткой и измерил его. Кристалл соли увеличился в три раза от начальных размеров затравки. На этом выращивание кристалла соли завершено.

Выращенный кристалл имеет пирамидальную форму с небольшими отклонениями. Стороны кристалла ровные, имеют форму прямоугольников. Первоначальное ощущение – что это срослось множество квадратиков и прямоугольников, такой вид имел кристалл. Исходя из этого я пришел к выводу, что атомы кристаллов имеют правильную геометрическую форму, и когда они сращиваются в один кристалл, тот приобретает так же правильную геометрическую форму с небольшими отклонениями. Выращенный кристалл имеет пирамидальную форму с небольшими отклонениями. Стороны кристалла ровные, имеют форму прямоугольников. Первоначальное ощущение – что это срослось множество квадратиков и прямоугольников, такой вид имел кристалл. Исходя из этого я пришел к выводу, что атомы кристаллов имеют правильную геометрическую форму, и когда они сращиваются в один кристалл, тот приобретает так же правильную геометрическую форму с небольшими отклонениями. Вывод: в этой лабораторной работе я научился выращивать кристаллы поваренной соли и узнал, что этим способом можно выращивать кристаллы любых других простых веществ, а так же, что необходимо для выращивания и как происходит рост кристаллов. Вывод: в этой лабораторной работе я научился выращивать кристаллы поваренной соли и узнал, что этим способом можно выращивать кристаллы любых других простых веществ, а так же, что необходимо для выращивания и как происходит рост кристаллов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРИКЛАДНОГО ГОНИОМЕТРА И ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ МЕЖДУ ГРАНЯМИ КРИСТАЛЛОВ. Оборудование: две линейки, транспортир, кристаллы поваренной соли. Для измерения углов между гранями кристаллов служит прибор называемый прикладным гониометром. Самодельный гониометр можно изготовить из двух линеек. Цель работы: изготовление самодельного гониометра и измерение углов между гранями поваренной соли. Порядок выполнения работы. Я изготовил прикладной гониометр. Для этого скрепил две линейки с помощью винта и гайки. Я изготовил прикладной гониометр. Для этого скрепил две линейки с помощью винта и гайки. Приложил кристалл к одной из линеек у точки крепления так, Чтобы грань кристалла была перпендикулярна плоскости линейки. Повернул вторую линейку так, чтобы вторая грань кристалла была перпендикулярна плоскости второй линейки. Закрепил взаимное положение линеек винтом и измерил величину угла между ними с помощью транспортира. Таким же образом измерил величину угла между другими пересекающимися гранями того же кристалла, а так же между гранями других кристаллов. Результаты измерений занес в отчетную таблицу. Приложил кристалл к одной из линеек у точки крепления так, Чтобы грань кристалла была перпендикулярна плоскости линейки. Повернул вторую линейку так, чтобы вторая грань кристалла была перпендикулярна плоскости второй линейки. Закрепил взаимное положение линеек винтом и измерил величину угла между ними с помощью транспортира. Таким же образом измерил величину угла между другими пересекающимися гранями того же кристалла, а так же между гранями других кристаллов. Результаты измерений занес в отчетную таблицу. Образец Углы между гранями Поваренная соль Поваренная соль Образец Углы между гранями Поваренная соль Поваренная соль

Вывод: в этой лабораторной работе я изготовил самодельный гониометр и измерил углы между гранями поваренной соли. Сравнив результаты всех измерений, я пришел к выводу, что кристаллы имеют примерно одинаковую форму граней (при этом не важно какую форму имеет сам кристалл). Все грани имеют одинаковые размеры углов (88 – 90), т.е. грани имеют прямые углы, что дает им правильную геометрическую форму. Вывод: в этой лабораторной работе я изготовил самодельный гониометр и измерил углы между гранями поваренной соли. Сравнив результаты всех измерений, я пришел к выводу, что кристаллы имеют примерно одинаковую форму граней (при этом не важно какую форму имеет сам кристалл). Все грани имеют одинаковые размеры углов (88 – 90), т.е. грани имеют прямые углы, что дает им правильную геометрическую форму.

ЛИТЕРАТУРА Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. М., «Мир», 2000 Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. М., «Наука», 2003 Шаскольская М.Л. Очерки о свойствах кристаллов. М., «Наука», 2003 Шаскольская М.Л. Кристаллы. М., «Наука», 2000 Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика. М., «Мир», 2004 Банн Ч. Кристаллы. Их роль в природе и науке. М., «Мир», 2000 Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. М., «Наука», 2003 Шаскольская М.Л. Очерки о свойствах кристаллов. М., «Наука», 2003 Шаскольская М.Л. Кристаллы. М., «Наука», 2000 Харгиттаи И., Харгиттаи М. Симметрия глазами химика. М., «Мир», 2004 Ресурсы Интернет Ресурсы Интернет