Кристаллы, кристаллы, соцветья во мглу погруженной земли. Когда расцвели вы, на свете другие цветы не цвели. Нацежен был мало-помалу из мрака лучистый хрусталь, чтоб стало под силу кристаллу вместить невместимую даль. Мигель де Унамуно Мигель де Унамуно

Основополагающий вопрос: «Каково значение кристаллов в жизни человека?» Проблемные вопросы: Что такое кристаллы? Какая форма у кристаллов? Можно ли кристалл вырастить в домашних условиях? Где применяются кристаллы? Какие кристаллы называют жидкими и почему к ним проявляется значительный интерес? Какие кристаллы называют драгоценными?

Проследить эволюцию взглядов на природу кристаллов; Изучить строение и физическое свойства кристаллов, благодаря которым они нашли такое широкое применение; Исследовать области применения кристаллов; Выяснить, почему человек издавна обращает внимание на некоторые кристаллы и называет их драгоценными, за какие свойства и качества. Выращивание кристаллов и наблюдение за процессом их роста.

Провести анализ источников по теме проекта; Познакомиться с представлениями ученых о твердых кристаллах на протяжении нескольких столетий; Рассмотреть особенности пространственных решеток и их классификацию; Изучить физические свойства кристаллов; Познакомиться с применением жидких кристаллов; Выбрать способ, приемлемый для выращивания кристаллов в лабораторных условиях; · Изучить условия образования кристаллов, их формы, цвета; Проанализировать полученные результаты. Создать мультимедийную презентацию по теме проекта.

krystallos), Кристаллы (от греческого krystallos), первоначально – лёд, в дальнейшем- горный хрусталь, кристалл. Горный хрусталь Кристалл снега

Алмаз Металлы, сплавы, цемент, кирпич - всё это состоит из кристаллических зёрен Буля искусственного рубина Кристаллы – все твёрдые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно наподобие узлов пространственных решёток. Кристалл меди (в виде кристаллического скелета) Гранит, состоящий из зёрен полевого шпата, кварца, слюды.

Поваренная соль Карбонат кальция

Поваренная соль NaCl

Алмаз

В узлах решётки находятся атомы и ионы металла

Лёд

В 1619г. Иоганн Кеплер обратил внимание на шестерную симметрию снежинок. Он попытался объяснить её тем, что кристаллы построены из мельчайших одинаковых шариков, теснейшим образом присоединённых друг к другу (вокруг центрального шарика можно вплотную разложить только шесть таких же шариков). Немецкий математик и астроном И.Кеплер 1571г-1630г

В 1669г датский геолог, кристаллограф Николаус Стеной сформулировал понятия о формировании кристаллов: «Рост кристалла происходит не изнутри, как у растений, но путём наложения на внешние плоскости кристалла мельчайших частиц, приносящихся извне некоторой жидкостью. Ученый открыл основной закон геометрической кристаллографии – закон постоянства углов. Геолог,кристаллограф Николаус Стеной (1638г-1686г) Кварц

Грани кристаллов могут изменяться по своей форме и относительным размерам, но их взаимные наклоны постоянны и неизменны для каждого рода кристаллов Турмалин Изумруд Гранат

В 1785г предположил, что кристаллы построены из молекул параллелепипедальной формы; кристаллы представляют собой своеобразные кладки из молекулярных «кирпичиков». Французский кристаллограф Рене Жюст Гаюи 1743г-1822г

32 вида симметрии Низшая категория Средняя категорияВысшая категория Сингонии: Триклинная Моноклинная Ромбическая Сингонии: Тетрагонапьная Тригональная Гексагональная Сингонии: Кубическая Французский учёный, кристаллограф О. Браве ( ) Русский военный специалист, профессор А.В.Гадолин ( )

В каждую сингонию входят кристаллы, у которых отмечается одинаковое расположение кристаллографических осей и одинаковые элементы симметрии Триклинная сингония Моноклинная сингония Ромбическая сингония

Кварц-1 Апатит-4

Циркон

Пирит Золото Гранат

Монокристаллы (кварц, алмаз) Поликристаллы (металлы, сахар) Монокристаллы – это одиночные кристаллы. Иногда обладают геометрически правильной внешней формой, но главный признак монокристалла периодически повторяющаяся внутренняя структура во всем его объеме. Поликристаллы – это твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов. Поликристаллическую структуру чугуна, например, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый маленький монокристалл поликристаллического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изотропно.

Карбин Алмаз Графит

Слюда Графит Гипс Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях, но совпадают в параллельных направлениях.

Горный хрустальКоралл Гранат Янтарь Изумруд ЯшмаЖемчуг БирюзаЛазурит

Жемчуг Янтарь коралл Коралл Лазурит

Магматические или природные (Рис.1 – гранит) Синтетические или осадочные Метаморфические (Рис.1 - эклогит, амфиболит, серпентинит; рис.2 - гнейс) Алмаз

Набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. Карл Фридрих Христиан Моос ( ) – немецкий минералог и геолог. корунд

Эвклаз (весьма совершенная спайность) Топаз (совершенная спайность) Гранат (несовершенная спайность)

Самый крупный алмаз «Куллинан», найденный в 1908г. весом 3106 каратов.

Ставролит (занозистый излом) Золото (крючковатый излом) Марказит (неровный излом) Кварц (раковистый излом)

Плотность драгоценных камней колеблется от 1 до 7 кг/м³: лёгкие драгоценные камни - янтарь (1,1 кг/м³); драгоценные камни нормальной тяжести - кварц (2,65 кг/м³); тяжёлые драгоценные камни – алмаз, рубин, сапфир, касситерит (5-7кг/м³). Сапфир Алмаз Рубин Янтарь Кварц

Основан на законе Архимеда: путём погружения камня в воду. Камень помещают в тяжёлую жидкость: раствор двойного иодида калия и ртути, раствор формиата и таллия. Весы Вестфеля для определения плотности тяжёлых жидкостей.

Александрит (Днём - зелёный, вечером – красный) Чёрный алмаз (свет поглощается) Хрусталь (частичное поглощение света – мутно-белый) Кварц бесцветный (пропускает все длины волн) Сапфир при искусственном освещении - темный Изумруд при искусственном освещении - яркий

Для измерения показателей преломления камней используют иммерсионный метод – погружая камень в жидкость с известным показателем преломления и наблюдая границы раздела по яркости, чёткости и ширине контуров и рёбер определяют показатель преломления камня. Кварцит Величина светопреломления кристалла определяется через показатель преломления. Иммерсионный метод

Бриллиант – кристалл алмаза Алмаз Дисперсия выражена у бесцветных камней Велико значение цветовой дисперсии у алмаза, который именно ей обязан своей великолепной игрой цветов – знаменитым «огнём», составляющим главную прелесть этого камня.

Алмаз (алмазный блеск) Цинкит (алмазный блеск) Лазурит (жирный блеск) Гематит (металлический блеск) Лунный камень (перламутровый блеск) Хрусталь (алмазный блеск)

Кварцевый «кошачий глаз» Соколиный «кошачий глаз» Тигровый «кошачий глаз» Явление возникает в результате отражения света от параллельно расположенных включений волокнистых и игольчатых минералов или трубчатых пустот.

Голубовато-белое мерцающее сияние лунного камня в форме кабошона, которое при движении камня скользит по поверхности. Эффект объясняется интерференцией света на тонких параллельных пластинках ортоклаза и альбита, из которых построен лунный камень.

Спектролит Лабрадор Цветовая игра в синих, зелёных, красных, золотисто-коричневых тонах с металлическим отливом. Причина – явление отражения и интерференции на тонких пластинках, образующие в структуре камней параллельные срастания.

Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное состояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости.

*Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. *Не имеют жёсткую кристаллическую решётку. *Наличие порядка пространственной ориентации молекул *Осуществление более сложного ориентационного порядка молекул, чем у кристаллов.

В зависимости от вида упорядочения осей молекул жидкие кристаллы разделяются на:

Тонкие плёнки жидких кристаллов, заключённые между стёклами нашли широкое применение в качестве индикаторных устройств (прикладывая низковольтные электрические поля к разным частям плёнки, можно получать видимые глазом фигуры, образованные прозрачными и непрозрачными участками)

Экраны LCD-мониторов (жидкокристаллические мониторы) сделаны из жидкого вещества, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Это жидкости, обладающие анизотропией свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Жидкие кристаллы выравниваются перпендикулярно подложке. Плёнка на верхней поверхности позволяет увеличить угол зрения от 90 до 140 градусов. Электроды ЖК молекулы поляризатор стеклянная пластина поляризатор стеклянная пластина

При подаче напряжения молекулы выравниваются параллельно подложке. Угол обзора достигает 170 градусов. Стеклянная пластина Поляризатор Электроды Поляризатор Стеклянная пластина

Наилучший компромисс для получения широких углов обзора и малого времени реакции.

Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

Создаются плоские телевизоры с тонким жидкокристаллическим экраном.

Жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем.

Изготовили из проволоки каркасы, имеющие форму геометрических фигур.

Аккуратно обмотали проволочные каркасы шерстяными нитями.

Сделали затравку (к шерстяной нити прикрепили кристаллики соли).

В одной из металлических банок приготовили насыщенный раствор соли (исходили из расчета на 500мл воды 250 г соли медного купороса, 200г алюмокалиевых квасцов, 300г поваренной соли и 300г железного купороса).

Раствор все время помешивали стеклянной палочкой. Когда вся соль растворялась, добавляли еще, все время поддерживая температуру 35°С-40°С. Если соль переставала растворяться, то растворение прекращали.

Профильтровали горячий раствор через ватные тампоны в другую банку.

Опустили в еще не остывший пересыщенный раствор изготовленные ранее проволочные каркасы (на подвесках), где происходили образование и рост кристаллов на поверхности волокон нити.

Через трое суток извлекли каркасы, поросшие кристалликами, из раствора и высушили.

Красивые кристаллы получились из алюмокалиевых квасцов, медного купороса, железного купороса.

Наблюдение за ростом кристалла В различных кристаллах одного и того же вещества форма граней, их взаимные расстояния и их число могут изменяться, но углы остаются постоянными.

Мы исследовали самые крупные кристаллы на теплопроводность.

Теплопроводность кристалла в разных направлениях различна.

Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике.

Шлифовальный порошокКроваво-красный рубин и лазарево- синий сапфир, иначе – корунд. Наждачный каменьНаждачный станок

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах.

Новая жизнь рубина – это лазер. В глазной хирургии применяется чаще всего неодитовые лазеры и лазеры на рубине.

Пьезоэлектрические методы измерения.

Калибратор шумаШумомер

В технике также нашел применение поликристаллический материал поляроид.

Конденсаторы Микросхемы вставка Транзисторы Потенциометр

1. Все физические свойства, благодаря которым кристаллы так широко применяются, зависят от их строения – их пространственной решётки. 2. Драгоценные камни принадлежат миру минералов, т. е. выращены природой в недрах Земли из растворов, расплавов или путём перекристаллизации. Химический состав таких кристаллов выражается формулой. Отношение человека к драгоценным камням за многие столетия претерпело изменения: от обожествления и применения в медицине до демонстрации своей состоятельности или доставления эстетического удовольствия от красоты и гармонии камня. 3. Наряду с твёрдотельными кристаллами в настоящее время широко применяются жидкие кристаллы, а в скором будущем мы будем пользоваться приборами, построенными на фотонных кристаллах. 4. Мы отобрали наиболее приемлемый способ для выращивания кристаллов в домашних условиях и вырастили кристаллы медного и железного купороса, а также кристаллы алюмокалиевых квасцов. По мере роста кристаллов проводили наблюдения