Всем специалистам в области кристаллографии или физики твердого тела совершенно ясно, что в случае кристалла мы имеем дело с упорядоченным расположением в пространстве атомов или ионов. В некоторых случаях, например, в кристаллах льда или отвержденных газов, речь может идти о молекулах. Для краткости далее будем говорить только об атомах, в том числе ионизированных (ионах), если не оговаривается что-нибудь другое.
Итак, кристалл - это упорядоченная в пространстве система атомов. Они расположены правильным образом и чаще всего так, чтобы максимально плотно заполнить объем пространства. Попытавшись расположить вплотную друг к другу стальные шарики от шарикоподшипника, мы получим вполне приличную модель кристаллического строения и быстро убедимся, что число способов, которыми можно разместить шарики, ограничено. В зависимости от того, как расположены относительно друг друга атомные ряды и атомные плоскости, могут быть получены разные типы кристаллов. В свою очередь тип расположения атомов определяется их взаимодействием между собой, природой связи между частицами.
Аккуратное разламывание кристаллов приводит к появлению необычных структур с интересными свойствами. Сначала появляются крупные области с положительным или отрицательным поверхностным зарядом, создающие мощное электрическое поле, а затем они переходят в лабиринты шириной всего в несколько атомов.
Многие свойства ионных кристаллов обусловлены их структурой на атомарном масштабе: положительно и отрицательно заряженные атомы притягиваются друг к другу и образуют прочную периодическую решетку. Однако на поверхности кристалла заряды должны быть скомпенсированы. «Если расщепить кристалл с кубической решеткой вдоль определенных направлений, то можно получить заряды только одного типа, - поясняет один из авторов работы Ульрих Дибольд из Венского университета. - Такая конфигурация крайне нестабильна». Потенциально такой слой мог бы на крошечном образце создавать поле с напряжением в миллионы вольт. Такую ситуацию ученые называют «поляризационной катастрофой».
В новом исследовании физики пытались понять, как именно атомы реорганизуются, чтобы не допустить поляризационной катастрофы. «Поверхность может по-разному измениться в ответ на разлом, - говорит первый автор статьи Мартин Сетвин. - Электроны могут начать накапливаться в определенных местах, кристаллическая решетка может исказиться или молекулы из воздуха могут налипнуть на поверхность, меняя ее свойства».
Ученые раскалывали кристаллы танталата калия KTaO3 при низких температурах и получали сколы, при которых половина атомов из слоя с одинаковыми зарядами оставалось на одном обломке, а вторая - на другом. Области с ионами одинакового заряда формировали «островки», хотя в среднем поверхность оказывалась нейтральной. «Тем не менее, островки достаточно велики, поэтому поляризационной катастрофы не удается полностью избежать - создаваемое ими поле настолько велико, что оно меняет свойства нижележащих слоев», - рассказал Сетвин.
При небольшом повышении температуры островки распались на лабиринт из ломаных линий, причем его «стены» были высотой всего в один атом и шириной в 4-5 атомов.
«Лабиритнообразные структуры не только прекрасны, но и потенциально полезны, - подытожил Дибольд. - Этот как раз то, что нужно - сильные электрические поля на атомном масштабе». Одним из возможных применений авторы называют проведение химических реакций, которые не проходят в других условиях, например, расщепление воды для получения водорода.
Основные свойства кристаллов – анизотропность, однородность, способность к самоогоранению и наличие постоянной температуры плавления определяются их внутренним строением.
Анизотропность
Это свойство называется еще неравносвойственностью. Выражается она в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям. Частицы, образующие кристаллическую структуру по непараллельным направлениям, отстоят друг от друга на разных расстояниях, вследствие чего и свойства кристаллического вещества по таким направлениям должны быть различными. Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчастости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.
Анизотропность проявляется и в том, что при воздействии на кристалл какого-либо растворителя скорость химических реакций различна по различным направлениям. В результате каждый кристалл при растворении приобретает свои характерные формы, носящие название фигур вытравливания.
Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равносвойственностью) – физические свойства по всем направлениям проявляются одинаково.
Однородность
Выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.
Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.
Способность к самоогранению
Способность к самоогранению выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой. Стеклянный же шарик, например, такой особенностью не обладает.
Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться друг от друга своей величиной, числом граней, ребер и формой граней. Это зависит от условий образования кристалла. При неравномерном росте кристаллы получаются сплющенными, вытянутыми и т.д. Неизменными остаются углы между соответственными гранями растущего кристалла. Эта особенность кристаллов известна как закон постоянства гранных углов. При этом величина и форма граней у различных кристаллов одного и того же вещества, расстояние между ними и даже их число могут меняться, но углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества остаются постоянными при одинаковых условиях давления и температуры.
Закон постоянства гранных углов было установлен в конце XVII века датским ученым Стено (1699) на кристаллах железного блеска и горного хрусталя, впоследствии этот закон был подтвержден М.В. Ломоносовым (1749) и французским ученым Роме де Лиллем (1783). Закон постоянства гранных углов получил название первого закона кристаллографии.
Закон постоянства гранных углов объясняется тем, что все кристаллы одного вещества тождественны по внутреннему строению, т.е. имеют одну и ту же структуру.
Согласно этому закону кристаллы определенного вещества характеризуются своими определенными углами. Поэтому измерением углов можно доказать принадлежность исследуемого кристалла к тому или иному веществу. На этом основан один из методов диагностики кристаллов.
Для измерения у кристаллов двугранных углов были изобретены специальные приборы – гониометры.
Постоянная температура плавления
Выражается в том, что при нагревании кристаллического тела температура повышается до определенного предела; при дальнейшем же нагревании вещество начинает плавиться, а температура некоторое время остается постоянной, так как все тепло идет на разрушение кристаллической решетки. Температура, при которой начинается плавление, называется температурой плавления.
Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют четко выраженной температуры плавления. На кривых охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ, можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба, соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.
Прочность кристаллов
Проблема прочности кристаллов была и остается одной из важных в современных технике. Дело в том, что широко используемые конструкционные материалы в большей части представляют собой сплавы железа (сталь), алюминия (силумин, дюралюминий), меди (латунь, бронза) и некоторых других металлов, и все они имеют кристаллическое строение. В случае металлов мы редко имеем дело с такими правильными и красивыми кристаллами, о которых шла речь раньше. Металлические сплавы имеют так называемое поликристаллическое строение, то есть состоят из отдельных зерен - кристаллов, несколько развернутых друг относительно друга.
Шаг за шагом человек переходил от менее прочного материала к более прочному, это вело к совершенствованию всей используемой техники и расширению ее возможностей. Сейчас в борьбе за прочность счет идет уже только на проценты; из технических материалов выжато практически все, что можно, и каждый последующий шаг дается со все большим трудом.
Лет двадцать назад казалось, что если научиться выращивать бездефектные кристаллы большого размера, то проблема прочности будет полностью решена, а расход металла в сотни раз сократится. К сожалению, эти надежды не сбылись. Вырастить идеальный кристалл большого размера или очень дорого, или невозможно. Только в таких областях, как радиоэлектроника, это можно себе позволить. Например, полупроводниковые кристаллы Ge и Si выращиваются практически бездефектными. Такими же являются и рубиновые кристаллы для лазеров. Что же касается конструкционных материалов, то здесь пока приходится достигать высоких значений прочности, идя традиционным путем.
И еще одно важное заключение. Оказывается, что многие физические свойства кристаллов, в первую очередь их прочность, определяются не идеальной кристаллической решеткой, а отклонениями от идеальности - дефектной структурой. Умелое использование таких пороков кристалла позволяет управлять его свойствами и приспосабливать их к разнообразным требованиям современной техники. Для физика или инженера дефекты являются очень важной составной частью кристалла, без которой он практически не может существовать. Но тема дефектов в кристаллах заслуживает более глубокого и всестороннего обсуждения, чем то, которое возможно в этой статье.
Спасибо за интерес. Оценивайте, комментируйте, делитесь, подписывайтесь.
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.
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;
Муниципальное Бюджетное общеобразовательное учреждение
Одинцовская гимназия № 4
Кристаллы
Работу выполнила:
Минасова Виктория
Ученица 2-го «В» класса
Руководитель:
Манухова Н.Е
Учитель нач.классов
Оглавление:
Введение
1. Теоретическая часть.
1.1 Что такое кристаллы?
1.2 Виды и типы кристаллов.
1.3 Какие формы бывают у кристаллов?
1.4 Строение кристаллов
1.5 Кристаллы в жизни человека.
1.6 Интересные факты о кристаллах
1.7 Кристаллы - драгоценные камни
Вывод
Список литературы
Приложения
2.Экспериментальная часть.
2.1. Выращивание кристалла из химического состава
2.2.Вращивание кристалла из сахарного сиропа
Введение:
Как-то раз, когда мне было 5 лет мы с мамой растили кристалл. Тогда я не понимала, насколько это интересно наблюдать за ними, следить за их ростом и замечать, как они образуют различные формы. Я вспомнила об этом, когда нам нужно было выбрать тему своей исследовательской работы.
Собирая информацию для проекта, мы узнали, что можно вырастить кристаллы не только из готовых химических составов, но и из соли, медного купороса и сахара. В теме этого проекта мы попробуем вырастить кристаллы из готового химического состава и сахара.
Цель моего проекта : узнать и рассказать одноклассникам интересные сведения о кристаллах, об их форме, о том, как появляются кристаллы.
Задачи:
1.Провести анализ источников по теме проекта;
2.Узнать о том, как появляются кристаллы;
3.Выяснить, какие бывают кристаллы;
4.Вырастить кристаллы в домашних условиях;
5.Создать презентацию по теме проекта.
1.Теоретическая часть.
1.1 Что такое кристаллы?
Само слово кристалл произошло от древнегреческого «krystallos», что значит «лёд». Айсберг – огромная глыба льда. Твердое вещество, молекулы которого организованы в четкой повторяющейся схеме. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы. Иногда их совершенство наводит на мысль, что над ними потрудился профессиональный огранщик
Кристалл - это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода - одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки. Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии.
В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов. Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов.(рис1)
1.2 Виды и типы кристаллов
Различают несколько типов кристаллов:
1) ионные
2) атомные
3) металлические
4) молекулярные
Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обладает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии. Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.
Виды кристаллов
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
Природные кристаллы.
Раньше кристаллы считали редкостью. Конечно, великаны многогранники встречаются не часто. Но кристаллы меньших размеров окружают нас повсюду. В граните даже без лупы можно легко различить пластинки слюды, кристаллики кварца и полевого шпата. Песок состоит из окатанных кристаллов кварца, а мрамор – из кристаллов кальцита. Почти все минералы на земле состоят из кристаллов. Установлено, что все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов.
Снежинки - это тоже кристаллы. Составленные из тонких ледяных иголочек, они похожи на звездочки. У этих звездочек всегда шесть лучей. Все они разные. Один ученый сделал 2500 фотоснимков снежинок, и все они отличались. Узоры на окнах зимой - это тоже кристаллы воды. Толстый лед на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. И иголочки снежинок, и «карандашики» - это кристаллы замёршей воды. Из кристаллов состоят очень многие другие тела: в глине, каучуке, саже, костях, волосах, иглах дикобраза, клыках мамонта, в волокнах шерсти, шелка, целлюлозы обнаружено кристаллическое строение.
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.
Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисман ах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения.
В природе кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров.
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 пара и газа являются снежинки, иней. Воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.
Многие кристаллы, что удивительно, 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. (рис 2-4)
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
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. (рис 5-7)
1.3 Формы кристаллов
Форма кристаллов следует топологии молекул, из которых они состоят так, что каждая новая молекула может закрепиться, как в конструкторе заданной формы, по направлениям межатомных связей.
Но то, сколько молекул закрепится и с какой стороны и грани, то, насколько непрерывно будет нарастать конструкция кристалла, какие молекулы примесей и сколько окажется включенным в кристалл или, при невозможности образовать связи с его конструкцией, внедрятся в него как кристалл другого типа, - все это зависит от внешних условий формирования кристаллов, приводя к невероятному разнообразию форм даже для "чистого" вещества (содержащего молекулы одного вида). Наибольшее влияние оказывают температура и химический состав окружающей среды.
В каждых данных условиях формируется и остается неизменным ("выживает") то, что соответствует этим условиям, а в противном случае претерпевает изменения.
Наиболее знакомо всем и постоянно наблюдается разнообразие кристаллов воды: Снежинки, Ледяные узоры, Кристаллы воды.
Повсюду разнообразные формы кристаллов окружающих веществ, видимые и микроскопические, непосредственно определяющие нашу жизнь и вообще делающие возможной жизнь на Земле. Ведь органические вещества и даже био -формы - так же определены в своей основе направленностью межатомных связей в молекулах. (рис.8)
1.4 Строение кристаллов
Разнообразие кристаллов по форме очень велико .
В кристаллах все атомы расположены так, чтобы из них образовывалась трехмерно-периодическая укладка. Таким образом, на поверхности мы видим кристаллическую решетку. (рис.9)
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°.
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.
Простейшим прибором для измерения углов кристаллов является прикладной гониометр. (рис. 10-11)
Гониометр (от греч. γωνία (гониа) - угол и греч. μέτρεω (метрео) - измеряю)
Прибор для измерения углов между плоскими гранями твердых тел. Используется в кристаллографии, геодезии, метрологии и др.
1.5 Кристаллы в жизни человека
Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т.е. в основном из кристаллов. Мы ходим по кристаллам, добываем кристаллы из земли, создаем изделия из кристаллических материалов, едим кристаллы, лечимся кристаллами и даже сами частично состоим из кристаллов. Из кристаллов делают очень много нужных вещей. Например, полупроводниковые кристаллы применяются в радиотехнике, камни в часах- тоже кристаллы. У кристаллов много применений.
Из таблицы видно, что кристаллы широко применяются в науке и технике(прил.): полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, лазеры, пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, оптические и лектрооптические кристаллы, ферромагнетики и ферриты, монокристаллы металлов высокой чистоты...(рис.12-13)
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.
Сегодня трудно назвать такую отрасль производства, в которой бы не использовались кристаллы. Ограненные кристаллы драгоценных камней, в том числе выращенных искусственно, используются как украшения. (рис.14-16)
1.6. Интересные факты о кристаллах
1) Самые крупные кристаллы существуют в Мексике, в двух пещерах. На глубине более 300 метров находятся кристаллы длинною в 10-15 м. А сами таковые состоят из селенита - прозрачный гипс. (рис.17)
2) Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по праву можно называть "живыми" существами природы.(рис.18)
3) Кристаллы могут образовывать самые различные формы. И, несмотря на это, внутренний рисунок кристалла имеет цикличность в произведении других. Это было доказано учеными. (рис.19)
4) Знаете ли вы, что некоторые природные минералы могут образовывать кристаллы? Вот только есть одна проблема, рассмотреть таковые можно лишь через увеличительное стекло. (рис.20)
5) Знаете ли вы, что вода является самым основным "ингредиентом" для образования кристалла? (рис.21)
6) Есть и представители самых больших и крошечных кристаллов. Хранятся они в Австрии в музее "Хрустальные миры". Самый крупный весит более 62 кг и имеет 310 тыс. карат. Крошечный же вариант кристалла в диаметре не достигает и одного сантиметра. Все они принадлежат к самой знаменитой компании "Сваровски" и занесены в книгу рекордов Гиннеса. (рис.22-24)
1.7 Кристаллы - драгоценные камни.
Происхождение и строение драгоценных камней.
Драгоценные камни - это минералы, которые обладают особыми свойствами. Ценность камней зависит от того, насколько они редки, каковы их цвет, прозрачность, вес. Откуда же черпают минералы свою силу? Все минералы образуются в ходе процесса, называемого кристаллизацией. При высокой температуре минерал является частью раствора. Находясь в жидком состоянии, остывая, он приобретает свою многогранную форму и характерную внутреннюю структуру со строгим порядком распределения атомов.
Все драгоценные камни, за редким исключением, принадлежат миру минералов.
Минералы могут возникать различными способами. Одни образуются из огненно-жидких расплавов и газов в недрах Земли или из вулканических лав, извергнутых на ее поверхность (магматические минералы). Другие выпадают из водных растворов либо растут с помощью организмов на (или вблизи) земной поверхности (осадочные минералы). Новые минералы образуются путем перекристаллизации уже существующих минералов под влиянием больших давлений и высоких температур в глубинных слоях земной коры (метаморфические минералы).
Химический состав минералов выражают формулой. Примеси при этом не учитываются, даже если они вызывают появление цветовых оттенков, вплоть до полного изменения цвета минерала. Почти все минералы кристаллизуются в определенных формах, то есть представляют собой кристаллы - однородные по составу тела с регулярным расположением атомов, ионов или молекул в решетке. Кристаллы характеризуются строгими геометрическими формами и ограничены преимущественно гладкими плоскими гранями. В большинстве своем кристаллы мелки, отчасти даже микроскопически малы; но встречаются и гигантские экземпляры. Внутренняя структура кристаллов (пространственная решетка) определяет их физические свойства, в том числе внешнюю форму, твердость и способность раскалываться, тип излома, плотность и оптические явления.
Вывод .
1. Кристаллы- это камни с природной, правильной, симметричной, многогранной формой;
2. Все металлы и почти все камни – кристаллы. На земле нет некристаллических металлов;
3. Мы живем в мире кристаллов. Наши дома и города построены из кристаллов, мы ходим по кристаллам, едим кристаллы, лечимся кристаллами и т.д.
4. Форма кристалла зависит от того, как расположены частицы из которых он состоит;
5. У кристаллов может быть 9 вариантов формы: призма (ромбическая и шестигранная), куб, цилиндр и др. У кристаллов медного купороса- форма ромбической призмы, у кристаллов поваренной соли форма куба.
6. Что бы вырастить кристалл нужно: приготовить насыщенный раствор вещества; выделить на следующий день кристалл-затравку; закрепить кристалл-затравку в растворе и ждать.
Список литературы:
1. Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита «Издательство МАХАОН» 2006г.
2. Кантор Б. З «Минерал рассказывает о себе" 1985г.
3. Алексинский В. Н «Занимательные опыты по химии" 1995г.
4. Китайгородский А.И «Кристаллы» 1950г.
Яна Соловьёва (Туркова)
Проект ученика 4 класса «Ужасно интересно всё то, что неизвестно! Удивительный мир кристаллов»
Здравствуйте!
Представляю Вашему вниманию презентацию "Ужасно интересно всё то, что не известно! " по изучению мира кристаллов.
Презентация составлена моим сыном, учеником 4 класса Алексинской школы ЛО Турковым Даниилом.
Гипотеза: Кристалл- драгоценный камень .
Цель: Найти опровержение тому, что кристаллы это только драгоценные камни.
Задачи:
1. Узнать, что такое кристалл.
2. Узнать, что вокруг нас является кристаллами.
3. Узнать интересные факты о кристаллах.
4. Вырастить кристаллы в домашних условиях.
Что такое кристалл?
Кристаллы – это поразительные создания природы. Нас восхищают их яркие цвета и прозрачность, ровные, гладкие грани и, самое главное, правильная форма. Кристаллы выглядят таким образом, словно их кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил. Именно этому «чуду» и посвящена работа…
Кристалл от греческого krystallos, первоначально – лёд, однако позже кристалл приобрел и еще одно название - горный хрусталь.
Это твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Эта форма - следствие упорядоченного расположения в кристаллах атомов, образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку.
Что вокруг нас является кристаллами?
В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода - одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Вокруг нас кристаллом является и самые обычные вещи такие как сахар и соль.
Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
Драгоценные камни тоже являются кристаллами! Это минералы, обладающие двумя основными характеристиками «драгоценности»: красота и редкость. Названия многих вам известны: алмаз, аметист, рубин, сапфир, изумруд, топаз и т. д.
1. Знаете ли вы, что кристаллы воспроизводят сами себя и таким образом растут? Их по праву можно называть "живыми" существами природы.
Самые большие кристаллы были обнаружены в 2000 году в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину - 1 метр.
2. Известен и своими гигантскими, метровыми, кристаллами минерал сподумен.
3. Музей «Хрустальных миров» в Австрии.
Удивительный музей хрусталя открыт в 1995 году к столетнему
юбилею компании Swarovski. Музей представляет собой интерактивную экспозицию изделий из хрусталя, где экспонаты можно рассмотреть, почувствовать, услышать и даже понюхать. Помещение музея представляет собой подземный лабиринт, где коридорами и лестницами связаны между собой экспозиционные залы. На входе посетителей встречает голова великана, глаза которой выполнены из зеленых кристаллов, а изо рта льется водопад. Согласно легенде в этих краях жил великан, который бережно хранил свои несметные сокровища, а теперь охраняет богатства Хрустальных миров Swarovski. В музее хранятся самый большой и самый маленький кристалл в мире занесенные в Книгу рекордов Гиннеса. Самый большой кристалл Сваровски имеет диаметр 40 см и весит 310 тысяч карат. Диаметр же самого маленького кристалла составляет всего-навсего 0,8 мм и увидеть его можно только через микроскоп. Сейчас Хрустальные миры Swarovski являются вторым по своей популярности музеем в Австрии.
4. Торбернит.
Сколь завораживающе красив этот минерал, столь же он и смертельно опасен. Призмы кристаллов торбернита содержат уран и способны вызвать у человека рак. Кроме того, при нагревании эти камни начинают медленно испускать опаснейший для здоровья газ радон.
5. Клиноклаз.
Редкий кристалл клиноклаз имеет один небольшой секрет – при нагревании этот изысканно красивый минерал выделяет чесночный запах.
6. Белый барит, усыпанный кристаллами ванадинита.
Свое имя ванадинит получил в честь скандинавской богини красоты Ванадис. Этот минерал – один из самых тяжелых на планете, поскольку он отличается высоким содержанием свинца. Хранить кристаллы ванадинита стоит подальше от солнечных лучей, так как они склонны темнеть под их воздействием.
7. Серебристый стибнит с баритом.
Стибнит является сульфидом сурьмы, однако кажется, что он состоит из серебра высокой пробы. Благодаря этому сходству однажды кто-то решил делать из этого материала элитные столовые приборы. И это была очень плохая идея… Кристаллы сурьмы вызывают сильнейшее отравление, даже после контакта с кожей необходимо тщательно промыть ее с мылом.
8. Халькантит.
Очаровывающая красота этих кристаллов скрывает смертельную опасность: оказавшись в жидкой среде, медь, содержащаяся в этом минерале, начинает стремительно растворяться, грозя всему живому, оказавшемуся на ее пути. Всего один небольшой синий камешек способен погубить целый пруд со всей его флорой и фауной, так что стоит относиться к нему крайне осторожно.
9. Купросклодовскит.
Игольчатые кристаллы купросклодовскита привлекают восхищенное внимание глубиной и разнообразием своей зеленой расцветки, а также занятной формой. Однако этот минерал добывается в урановых месторождениях и отличается высокой радиоактивностью и его следует держать подальше не только от живых существ, но и даже от других минералов.
10. Метеорит палласит.
Немецкий ученый Паллас в 1777 году доставил в музей Кунсткамера образцы редкого металла, обнаруженного в Красноярске на месте падения метеорита. Вскоре в Петербург была переправлена вся глыба внеземного происхождения весом 687 кг. Этот материал получил название «палласово железо» или палласит. Аналогичного ему вещества из тех, что добываются на нашей планете, не найдено. По оценкам специалистов этот метеорит представляет собой железно-никелевую основу с многочисленными вкраплениями кристаллов оливина.
11. Болеит.
Небольшие кубические кристаллы синего цвета – болеиты – особенно ценятся в странах Южной и Северной Америки. В России пока что этот редкий минерал в ходу замечен не был.
12. Крокоит.
Название «крокоит» происходит от древнегреческого слова, означающего «шафран», поскольку сходство поверхности кристалла с этой пряностью заметна невооруженным взглядом. Красная свинцовая руда, коей является этот минерал, представляет особую ценность для коллекционеров и знатоков.
13. Байлдонит.
Своим цветом редкий кристалл байлдонит обязан содержащейся в его составе меди, а блеском – высокому проценту свинца.
14. Висмут.
Искусственно выращиваемые кристаллы висмута имеют узнаваемый радужный блеск на своей темной поверхности. Такой эффект возникает из-за покрывающей ее оксидной пленки. Кстати, оксид-хлорид висмута применяется при создании лаков для ногтей как средство для придания им блеска. Так что искусственно выращенные кристаллы ещё и помогают женщинам быть красивыми и ухоженными.
15. Какоксенит.
Выполняя роль включения, этот редкий минерал способен придать кварцу и аметисту неповторимую расцветку и более высокую стоимость. Как представитель игольчатых кристаллов, какоксенит невероятно хрупок.
Выращивание кристаллов в домашних условиях.
Вам понадобится: вода, соль, сахар, стаканчики, картон, палочки, краски.
Для изготовления кристаллов палочки предварительно обмакиваются в воду, затем в соль/сахар и высушиваются в течении суток.
Приготовление раствора для изготовления кристаллов из соли/сахара. В подогретой воде растворяем соль/сахар, делаем насыщенный солевой раствор (который подкрашиваем голубой акварелью) и сахарный сироп.
Разливаем получившиеся растворы по стаканчикам.
Заранее приготовленные палочки аккуратно помещаем в приготовленные растворы. Сверху, проткнув картон палочкой накрываем им стаканчики. Картон на палочке необходим для предотвращения быстрого испарения жидкости.
Оставляем заготовки в тихим спокойном месте на неделю для выращивания кристаллов.
Итоги эксперимента
Кристалл из сахара получился удачно!
Но вот кристалл из соли не вышел, но почему?
Из-за чего не получился кристалл соли!
В ходе данного эксперимента не получились кристаллы из соли, а краска просто осела на дне стаканчика. Самостоятельно решить вопрос я не смог и обратился к интернету. Вот такие сведенья я нашёл:
«Да, не следует раскрашивать раствор, где растёт ваш кристалл, например красками или чем -нибудь подобным, - это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы - это подобрать нужную по цвету соль! Кристалл он так
устроен что каждый атом встает на свое место.. так и
получается кристалл. Если его покрасить то сама по
себе затея провалится- во первых вы его покроете
краской и он не сможет расти. во вторых, если
использовать пигмент в чистом виде то вы привнесете
в кристалл дефекты и он не будет красивым. В
принципе. многие природные кристаллы имеют цвет
благодаря таким дефектам но надо точно знать какие
вещества окрасят кристалл не нарушая его
кристаллическую решетку, ну или достаточно
гармонично в нее впишутся.»