Кристалдардың өсінділерін өсіру

Кіріспе

Кристалдар ежелден-ақ әсемдігімен, дұрыс пішінімен және жұмбақ табиғатымен адамдардың назарын өзіне аударып келеді. Мені де осы қасиеттері қызықтырды.

Осы зерттеу жұмысында мен төмендегі мақсаттарды қойдым:

Кристалдардың не екенін анықтау.
Ас тұзы мен мыс купоросының кристалдарын өсіру.

Мақсаттарға жету үшін келесі негізгі міндеттер белгіленді:

Жұмысты жоспарлау.
Кристалдар туралы ақпарат жинау.
Тәжірибе жүргізу.
Нәтижелерді талдау.
Жұмысты мультимедиялық презентация ретінде рәсімдеу.

Зерттеу мәселесі

Үй жағдайында кристалдар өсіруге бола ма және оларды қайда қолдануға болады?

Зерттеу тәсілдері

Теориялық зерттеу, бақылау, эксперимент, қорытынды жасау.

Негізгі бөлім

Кристалдардың шығу тегі, түрлері, әртүрлілігі, зерттелуі, өсіру әдістері және қолданылуы.

Назар аударыңыз

Кристалдар — табиғаттағы кең таралған, құрылымы реттелген қатты денелер.

Кристалл сөзі қалай пайда болды?

«Кристалл» сөзі грек тілінен шыққан. Алғашқы мағынасы — «мұз», кейін «тау хрусталі» ұғымымен байланысқан. Кристалдар — атомдары белгілі бір заңдылықпен орналасып, кристалл торын түзетін қатты денелер.

Кристалдардың өсуі барысында олардың бетінде өздігінен тегіс қырлар пайда болады, нәтижесінде әртүрлі геометриялық пішіндер қалыптасады.

Көп ғасыр бұрын Альпі тауларындағы мәңгі қарлардан (қазіргі Швейцария аумағында) таза мұзға ұқсайтын, түссіз әрі өте әдемі кристалдар табылған. Ежелгі натуралистер оларды «кристаллос» — «мұз» деп атаған. Бұл атау грекше «суық» пен «аяз» мағынасын беретін түбірлермен байланыстырылады.

Сол дәуірде мұз ұзақ уақыт қатты суықта жатса, «тасқа айналып», ерімейтін болады деген түсінік болған. Аристотель де кристаллос «жылудан толық айырылған судан пайда болады» деп жазған.

Кристалдар қайда кездеседі?

Жер қыртысында және күнделікті өмірде (мысалы, ас тұзы түрінде).
Құрылыста және өндірісте.
Зертханалар мен зауыттарда арнайы өсіріледі.
Ғылым мен техникада көптеген құрылғылардың негізі ретінде қолданылады.

Кристалдар мен минералдардың түрлері

Кристалдардың ішінде ерекше орын алатындары — бағалы тастар. Олар ерте заманнан адамдардың қызығушылығын оятып келеді. Қазіргі кезде көптеген бағалы тастарды жасанды жолмен алуға да болады. Мысалы, сағат механизмдеріндегі тіректер (подшипниктер) және дәлдігі жоғары құралдарда жасанды гауһарлар қолданылады.

Гауһар

Түссіз, ашық-қызыл, қою-қызыл немесе күлгін-қызыл түсті болуы мүмкін. Түсі көбіне хром қоспаларына байланысты.

Изумруд

Бериллосиликаттарға жатады (алюминий мен бериллий қосылыстары). Жасыл түсі кристалл торда алюминийдің бір бөлігін алмастыратын хром иондарына байланысты.

Аметист

Кварцтың күлгін түсті түрі. Реңкі ашық сұр-күлгіннен қою күлгінге, кейде қара түске дейін өзгеруі мүмкін. Түсі көбіне темір қоспаларына тәуелді.

Неге кристалдар соншалық әртүрлі?

Құрылысына қарай кристалдар иондық, коваленттік, молекулалық және металдық болып жіктеледі. Сонымен қатар кристалдарды идеалды және нақты деп те бөледі.

Идеалды кристалл

Математикалық модель: симметриясы толық, қырлары тегіс, пішіні дұрыс.

Нақты кристалл

Дефектілері болуы мүмкін: қырлары қисық, кедір-бұдыр. Бұл өсу ортасының және жағдайының әсерімен түсіндіріледі. Дегенмен негізгі қасиет сақталады: кристалл торында атомдардың орналасу заңдылығы бұзылмайды.

Кристалдарды зерттейтін ғылымдар

Кристаллография

Идеалды кристалдарды симметрия заңдары тұрғысынан зерттейді және нақты кристалдармен салыстырады.

Құрылыстық кристаллография

Кристалдардың ішкі құрылысын анықтайды және кристалл торларының жіктелуін зерттейді.

Кристалдық оптика

Кристалдардың оптикалық қасиеттерін қарастырады.

Кристаллохимия

Әртүрлі заттардан және әртүрлі ортада кристалдардың түзілу заңдылықтарын зерттейді.

Кристалдарды өсіру әдістері

Қаныққан ерітіндіні біртіндеп салқындату арқылы өсіру. Бұл әдіс ерігіштігі температураға тәуелсіз заттарға жарамайды.
Қаныққан ерітіндіден суды біртіндеп буландыру: артық зат кристалданады.
Балқыған затты баяу салқындату арқылы кристалл өсіру.

Көп жағдайда ең жақсы нәтиже ерітіндіге немесе балқымаға бастапқы «дән» ретінде дұрыс пішінді кішкентай кристалл салынғанда байқалады.

Қолданылуы

Кристалдар ғылым мен техникада кеңінен қолданылады. Негізгі бағыттар:

жартылай өткізгіштер;
оптикалық құралдарға арналған призмалар мен линзалар;
зергерлік өндіріс;
қатты денелі лазерлер;
оптикалық және электрооптикалық кристалдар;
ферромагнетиктер және ферриттер;
жоғары сапалы металдардың монокристалдары.

Тәжірибелік бөлім

Әр үйде тіршілік үшін маңызды тағам бар — ол кәдімгі ас тұзы. Күнделікті өмірде тұз қатты зат ретінде көрінеді, бірақ шын мәнінде ол — көптеген ұсақ кристалдардан құралған құрылым. Тұз суда жақсы ериді, сондықтан оны кристалл өсіру тәжірибесіне ыңғайлы материал деп есептеуге болады.

Кристалл өсінділерін өсіру

Құрал-жабдықтар

мыс купоросы;
ас тұзы;
су;
шыны ыдыс (банка);
қасық;
таразы;
өлшеуіш цилиндр;
жіп.

Жұмыстың барысы

Суы бар ыдысқа тұз бен мыс купоросын салып, жақсылап араластырдым.
Ерітіндіні мүмкіндігінше қаныққан күйге жеткіздім (енді тұздар ерімейтін деңгейге дейін).
Ерітіндіні сүзіп, ыдыстың қабырғалары мен түбіне тимейтіндей етіп жіп ілдім.
Ыдысты салқын жерге қойдым. Бірнеше сағаттан соң жіпке жабыса бастаған кристалл түйіршіктерін байқадым.
Екі күннен кейін жіпті шығарып, ерітіндіні қайнағанша қыздырып, түбіндегі тұнбаны ерітуге тырыстым (қажет болса, тағы тұз қостым).
Жіпті қайтадан ерітіндіге салдым. Осылайша екі айдың ішінде алғашқы кристалды өсірдім.

Жеке кристалды өсіру

Тұз бен мыс купоросының қаныққан ерітіндісіне жіпті салдым.
Бір күннен кейін жіпте кристалл өсінділері пайда болды.
Жіпті ерітіндіден алып, ең тегіс әрі ірі кристалл түйіршігін таңдап, бөліп алдым.
Таңдалған кристалды басқа жіпке байлап, ыдыстың ортасына дәл түсетіндей етіп ерітіндіге батырдым.
Аздап салқындатылған ерітіндіде кристалдар көпжақты пішінде өсті.

Температура төмендеген сайын кристалдың әр қыры бойынша өсу жылдамдығы өзгеруі мүмкін. Соның әсерінен кристалдың сыртқы пішіні де түрленеді.

Қорытынды

Зерттеу барысында тәжірибелер мен бақылаулар жүргізілді. Алға қойған мақсаттарға қол жеткіздім: кристал өсіріп, оның қасиеттерін жақынырақ танып білдім.

Өсірілген кристалл сәл күңгірт болып шықты. Мұның себебі — кристалл ашық ауада жиі болып, жарықпен және ортамен көбірек жанасқан сайын оның беткі қабаты өзгеріп, күңгірттенуі мүмкін (әсіресе кристаллогидраттарда су молекулаларының жағдайы мен байланыстары өзгеріске ұшырайды).

Негізгі тұжырымдар

Қаныққан ерітіндіні дұрыс дайындау қажет.
Заттардың ерігіштігі температураға және өсіру жағдайына тәуелді.
Ерігеннен кейін зат өзінің негізгі қасиетін жоғалтпайды (мысалы, тұз — тұз күйінде қалады).
Үлкен көлемді поликристалл бір-біріне ұқсас кіші монокристалдардан тұрады.
Үй жағдайында әшекей бұйым немесе сувенир ретінде қолдануға болатын әдемі кристалдар өсіруге болады.
Ең маңыздысы: физика «қорқынышты» емес, керісінше қызықты екенін түсіндім.

Болашақ жұмыс бағыттары

Біз басқа материалдардан (мысалы, хромдықалийлі ашудастан) кристалл өсіру жолдарын қарастырмадық. Сонымен қатар кристалл түрлерінің физикалық қасиеттерінің айырмашылықтарын әрі қарай зерттегім келеді.

Қолданылған әдебиеттер

«Физика в школе», №6, 2001.
Банн Г. А. Кристаллы. Москва.
Шаскольская М. И. Кристаллы.
www.google.ru — «Выращивание кристаллов в домашних условиях».