В процессе исследовательской работы по биологии на тему "Выращивание кристаллов медного купороса с использованием воды различной степени очистки" автором была поставлена цель, научиться правильно выращивать кристаллы из медного купороса, выяснить, с применением воды какой степени очистки получаются лучшие кристаллы.

Подробнее о работе:

Учебный проект по биологии на тему "Выращивание кристаллов медного купороса с использованием воды различной степени очистки" направлен на рассмотрение особенностей выращивания кристаллов медного купороса в домашних условиях. Автор описывает последовательность выращивания кристалла медного купороса, изучает принцип выращивания кристаллов из разных типов воды: из фильтрованной воды, из водопроводной воды, из минеральной воды.

В исследовательском проекте по биологии "Выращивание кристаллов медного купороса с использованием воды различной степени очистки" учащаяся школы проводит практическое исследование, в рамках которого описывает воздействие разных типов воды на рост кристаллов, проводит сравнительный анализ получившихся образований на дне емкостей с растворами из разных типов воды, дает характеристику роста и изменения кристаллов в длительном временном промежутке.

Оглавление

Введение
1. Выращивание кристаллов.
1.1 Последовательность выращивания кристалла медного купороса.
2. Выращивание кристаллов из разных типов воды.
2.1 Кристалл из фильтрованной воды.
2.2 Кристалл из водопроводной воды.
2.3 Кристалл из минеральной воды.
3. Воздействие разных типов воды на рост кристаллов.
4. Сравнительный анализ получившихся образований на дне емкостей с растворами из разных типов воды.
5. Рост и изменение кристаллов в длительном временном промежутке.
Заключение
Список литературы

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми. Выращивание кристаллов – распространенный химический опыт, но несмотря на это многие не знают, как правильно и с научной точки зрения выращивать кристаллы.

Кристаллизация - это процесс образования кристаллов. Начинается он лишь при определённой концентрации вещества в растворе и при наличии очага кристаллизации. Кристаллы (от греч. krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку). Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например, при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл). [1, 2],

В домашних условиях можно вырастить кристаллы почти всех солей, но начинать лучше с технологически простых материалов. К ним относятся поваренная соль, сахар, бура и, наконец, медный купорос. Из него получаются самые крупные и красивые кристаллы синего цвета. Выращивать их легко, в то же время это очень интересный и познавательный процесс. На просторах интернета находится достаточно обобщенная информация о выращивании кристаллов [3, 4], однако точной последовательности действий не представлено.

После нескольких неудачных попыток у меня получилось сформировать удобную для меня последовательность действий.

Цель работы: научиться правильно выращивать кристаллы из медного купороса.

Задачи:

• ознакомиться с процессом выращивания кристаллов;
• провести наблюдение за ростом кристаллов из разных типов воды;
• провести ряд исследований и опытов;
• провести анализ полученных результатов.

Оборудование, необходимое для выращивания кристалла:

• сосуд, в котором будет выращиваться кристалл;
• сосуд для приготовления раствора;
• леска без покрытия, толщиной 0,15-0,20 мм;
• деревянная палочка для приготовления раствора;
• деревянная палочка, длиннее, чем диаметр сосуда для выращивания кристалла;
• резиновые перчатки, для защиты кожи рук во время приготовления раствора.

Сами упаковки медного купороса (CuSO4●5H2O) приобретаются в зависимости от того, сколько и какого размера вы собираетесь выращивать кристаллы.

Перед работой необходимо надеть резиновые перчатки.

1. Для приготовления перенасыщенного раствора возьмем емкость, палочку и пакетики с медным купоросом.

В моем случае была взята чистая стеклянная банка объемом 1000мл, заполненная 700мл теплой воды и два пакетика медного купороса, каждый из которых весит 100 грамм (Рисунок 1).

Рисунок 1. Оборудование, необходимое для выращивания кристалла.	Рисунок 2. Приготовление раствора медного купороса.

2. В теплую воду начинаем понемногу всыпать медный купорос, постоянно помешивая для более быстрого и интенсивного растворения. Всыпаем кристаллики медного купороса до того момента, когда они перестают растворяться и оседают на дне емкости (Рисунок 2).

3. Остужаем наш раствор до комнатной температуры. Убеждаемся, что кристаллики купороса на дне не растворились. Перенасыщенный раствор готов, остается только отфильтровать его через марлю.

4. Приготавливаем сосуд для выращивания и вливаем в него профильтрованный через сложенную в несколько слоев марлю. Достаем из упаковки несколько щепоток медного купороса и бросаем их в раствор. Кристаллики осели на дне. (Рисунок 3).

Рисунок 3. Насыщенный раствор медного купороса	Рисунок 4. Выросшая затравка

Из щепотки кристалликов на следующий день вырастет затравка, из которой мы сможем выбрать подходящий по размеру и форме кристаллик для дальнейшего выращивания. (Рисунок 4)

5. Примерно через 9-14 часов мы сможем увидеть, что на дне нашей емкости образовалось множество маленьких кристаллов-затравок. Переливаем раствор в другой сосуд и достаем со дна эти кристаллики. Выбираем понравившийся по форме кристаллик и отделяем его от остальных.

6. Пока кристаллик обсыхает на кусочке марли или ватки (Рисунок 5), мы займемся обновлением нашего раствора. Сосуд с раствором помещаем на водяную баню. В теплом растворе растворяем кристаллики медного купороса до того момента, когда они перестанут растворяться. Остужаем его, убедившись, что перенасыщенный раствор готов, отфильтровываем и переливаем в сосуд для выращивания, который перед этим был хорошо промыт и высушен.

7. Маленький кристаллик, выбранный нами ранее, подвешиваем на леску. Процесс довольно кропотливый, чтобы надежно привязать кристаллик нужно постараться. После этого мы привязываем другой конец лески к деревянной палочке, обматываем ее вокруг палочки, регулируя длину. Обращаю ваше внимание на то, что длину лески нельзя делать слишком короткой. Так как в процессе роста кристалла она с каждым днем будет становиться короче.

Рисунок 5. Кристаллики для дальнейшего выращивания

8. Кладем нашу палочку на горлышко сосуда, тем самым помещая кристаллик в раствор. Сверху кладем сложенную в несколько раз чистую марлю и убираем наш сосуд в затемненное место.

9. На следующий день повторяем процедуру обновления раствора. Необходимо обязательно проверять то, чтобы раствор был перенасыщенным, иначе, кристалл начнет растворяться в воде, уменьшаться в размере, а может и полностью раствориться.

10. Через несколько дней или недель таких действий, когда кристалл вырастет до нужного вам размера, нужно покрыть его прозрачным лаком для ногтей, тем самым завершая выращивание своего кристалла.

Обращаю ваше внимание, что главное, следить за качеством роста своего кристалла. Когда он достигнет определенного размера, он начнет слоиться по бокам. В таком случае, нужно завершать выращивание.

Далее мы проведем эксперимент и пронаблюдаем за процессом роста кристаллов из разных типов воды. Для опыта возьмем:

1. Фильтрованную через бытовой фильтр водопроводную воду;
2. Нефильтрованную водопроводную воду;
3. Минеральную воду.

Через 11 часов после приготовления раствора на дне банки образовалось множество мелких кристалликов различных форм. Выбрав самый подходящий по форме и размеру (0,5 см), я продолжила выращивание.

Измерения размера кристалла:

• день 1 – 0,5 см;
• день 2 – 2 см (Рисунок 6);
• день 3 – 3 см;
• день 4 – 4 см (Рисунок 7);
• день 7 – 5 см;
• день 10 – 6 см (Рисунок 8);
• день 12 – размер остался прежним, но кристалл значительно вырос в ширину и стал намного массивнее (Рисунок 9);
• день 17 – 6,5 см, кристалл по-прежнему растет в ширину;
• день 21 – 8 см.

Рисунок 6. Второй день выращивания		Рисунок 7. Четвертый день выращивания
Рисунок 8. Десятый день выращивания	Рисунок 9. Двенадцатый день выращивания

В отличие от первого эксперимента, кристалл из водопроводной воды у меня не получилось вырастить с первого раза. Вместо кристалликов-затравок на дне банки образовалась кашица.

На второй раз, я накрыла сосуд с кристаллом плотной темной тканью и убрала его в неосвещенное место.

На следующее утро на дне банки находились крупные, красивые кристаллики-затравки правильной формы. Причем, намного крупнее, чем из фильтрованной воды (Рисунок 10).

Рисунок 10. Затравка на водопроводной воде.

Измерения размера кристалла:

• день 1 – 1 см;
• день 2 – 1,8 см (Рисунок 11);
• день 5 – 2,3 см;
• день 8 – 3,5 см (Рисунок 12);
• день 10 – 4 см;
• день 15 – 5,5 см.

Рисунок 11. Второй день выращивания.	Рисунок 12. Восьмой день выращивания.

Кристалла из минеральной воды у меня так и не получилось вырастить, несмотря на множество попыток.

На дне банки не образовалось ни кристалликов, ни кашицы, получилась просто жижа (Рисунок 13). После того, как я попробовала сделать так же, как и с кристаллом из водопроводной воды и подержать все это подольше, ничего не изменилось.

Когда спустя неделю абсолютно ничего не изменилось, я сделала новый перенасыщенный раствор в соотношении минеральной и фильтрованной воды 1:1. За ночь, в кашице сформировались маленькие образования неправильной формы (Рисунок 14). Кристалликами их назвать нельзя, так как они разваливаются в руках в первые же секунды, соответственно подвесить хоть один из них на леску невозможно.

Тогда я сделала новый перенасыщенный раствор в соотношении минеральной и фильтрованной воды 1:3, а затем и 1:6 (Рисунок 15). В итоге, получилась кашица из мелких кристалликов-образований. Из которой также невозможно было выбрать ни один нормальный кристаллик-затравку.

Для выращивания была взята минеральная вода «НАРЗАН» (Рисунок 16).

Исходя из состава воды и приведенных примеров, можно предположить, что ионы минералов и углекислый газ (CO2), содержащиеся в минеральной воде, мешают образованию кристаллической решетки кристаллов.

После того, как я закончила выращивание кристаллов из фильтрованной и водопроводной воды, я решила провести небольшой эксперимент.

Я смешала перенасыщенный раствор из фильтрованной воды и перенасыщенный раствор из водопроводной воды в отношении 1:1. После этого я разлила равное количество раствора в две одинаковые емкости и погрузила в одну из них кристалл из фильтрованной воды, а в другую кристалл из водопроводной воды. Через 14 часов оба кристалла полностью растворились.

Спустя две недели я повторила эксперимент, вырастив по одному кристаллу из водопроводной и фильтрованной воды. Результат оказался тем же.

1. Ниже вы можете наблюдать то, что образуется на дне емкости с раствором из фильтрованной воды за ночь (Рисунок 17). Эти образования забирают на себя большое количество раствора из медного купороса. Поэтому, с каждым разом уходит все большее количество купороса (минимум 250 грамм медного купороса на 0,8 литра воды).

Они очень легко разъединяются между собой, стоит чуть потрясти банку.

2. В банке, где растет кристалл из водопроводной воды, образуются кристаллики намного меньше. Они как бы прилипают к дну банки. Разъединяются они намного сложнее и при помощи деревянной палочки (Рисунок 18).

Я приготовила перенасыщенный раствор из фильтрованной воды и бросила в него несколько щепоток медного купороса. Емкость я накрыла темной плотной тканью и убрала в неосвещенное место. Все это я оставила ровно на 2 месяца. В течение этого времени я не притрагивалась к сосуду и не снимала ткань.

Каково было мое удивление, когда я, достав банку, увидела множество крупных кристаллов неправильной формы (Рисунок 19). Также можно увидеть, что небольшое количество раствора, оставшееся после образования этих кристаллов, позеленело и помутнело.

Таким образом, сравнивая размеры кристаллов, выращенных на очищенной и на водопроводной воде (Рисунок 20), можно сделать вывод, что кристаллы на очищенной воде растут быстрее и получаются более крупными, чем на водопроводной. На минеральной воде вырастить крупные кристаллы не получается вообще.

Сначала немногие из беспорядочно движущихся молекул или атомов растворенного вещества собираются в том примерно порядке, который нужен для образования кристаллической решетки. Такую группу атомов или молекул называют зародышем. Опыт показывает, что зародыши чаще образуются при наличии в растворе каких-либо центров кристаллизации. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики растворенного вещества, поэтому если посуда не чистая, то кристаллы растут на дне и стенках сосуда.

Медный купорос - химически активная соль. Именно поэтому в опыте на водопроводной воде кристаллы росли медленнее, чем на очищенной воде, не содержащей других растворённых в ней солей. Водопроводная вода, во-первых, содержит растворённые соли и, во-вторых, может быть сильно хлорированной.

Примеси (особенно карбонаты в жёсткой водопроводной воде и соли в минеральной воде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего сильно тормозится или вообще прекращается рост кристаллов. Моя работа имеет практическую значимость, потому что материалы исследования могут быть использованы для подготовки к уроку, для подготовки к экзаменам. Цель работы достигнута. Я научилась выращивать кристаллы медного купороса.

1. Интернет.
2. Макарова О.В., Щадрина Л.В. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 7. – С. 148-149;
3. Будаев А. Г., Третьякова Н. В. Выращивание кристаллов в домашних условиях // Юный ученый. — 2015. — №1. — С. 66-68.