38

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………….	4
1 . Основні відомості про кристали……………………………………	6
1. 1. Історія розвитку уявлень про кристали……………………	6
1.2. Застосування кристалів………………………………………	8
1.3. Взаємозв’язок між структурою кристалів та їх фізичними властивостями…………………………………………………	9
2. Вирощування кристалів із розчинів................................................	11
2.1. Основні відомості……………………………………………..	11
2. 2. Вирощування кристалів способом випаровування………..	12
2. 3. Вирощування кристалів способом охолодження………….	13
2.4. Вирощування кристалів змішаним способом………………..	14
2.5. Вирощування кристалічної міді………………………………	15
3. Результати дослідження………………………………………………	17
3. 1. Визначення оптимальних умов для росту кристалів із розчинних у воді солей……………………………………………………	17
3.2. Дослідження залежності швидкості процесу кристалізації від температури розчину ………………………………………………………	18
3. 3. Дослідження зв’язку коефіцієнта поверхневого натягу речовини та процесу кристалізації………………………………………...	20
ВИСНОВКИ………………………………………………………………..	21
ЛІТЕРАТУРА...........................................................................................	22
ДОДАТКИ
Додаток А. Вирощування монокристалів мідного купоросу …………	23
Додаток Б. Вирощування полікристалів калій біхромату…………….	25
Додаток В. Вирощування монокристалів кухонної солі………………	26
Додаток Г. Вирощування полікристалів кобальт хлориду……………..	27
Додаток Д. Вирощування кристалічної міді……………………………	29
Додаток Е. Спроба виростити кристали цукру………………………..	31
Додаток Ж. Діаграма залежності швидкості процесу кристалізації від температури розчину……………………………………………………..	32
Додаток З. Установка для вимірювання сили поверхневого натягу розчину……………………………………………………………………..	33
Додаток И. Залежність сили поверхневого натягу від процесу кристалізації при вирощуванні кристалів за температури 45˚С………	34
Додаток К. Залежність сили поверхневого натягу від процесу кристалізації при вирощуванні кристалів за температури 20˚С………	35

ВСТУП

У твердому стані більшість речовин має кристалічну будову. У цьому легко переконатися, розколовши шматок речовини і розглянувши отриманий злом. Зазвичай на зломі (наприклад, у цукру, сірки, металів) добре помітні розташовані під різними кутами невеликі грані кристалів. У тих випадках, коли кристали дуже малі, кристалічну будову речовини можна встановити за допомогою мікроскопа.

Проблема вивчення та вирощування кристалів дуже актуальна. У наш час кристали використовуються не лише при виготовленні ювелірних виробів. Завдяки унікальним властивостям кристалів їх широко використовують у медицині, точному машинобудуванні, годинниковій справі, тощо.

Об’єктом дослідження науково – дослідницької роботи є вирощування кристалів у перенасичених розчинах при дії на них температурного чинника.

Основна мета роботи полягає в тому, щоб виростити монокристали і полікристали із розчинних у воді солей, розкрити вплив температури на їх якість та швидкість росту.

При дослідженні даної теми автор ставить перед собою такі завдання:

• опрацювати літературу по кристалографії;

• розкрити значення терміну «кристал»;

• висвітлити історію дослідження кристалів;

• охарактеризувати застосування кристалів у техніці;

• розглянути методи вирощування кристалів із розчинів;

• виростити кристали мідного купоросу, кухонної солі, калій біхромату, цукру, кристалічної міді та кобальт хлориду;

• дослідити явище поверхневого натягу речовини;

• розглянути вплив температури на швидкість та якість росту кристалів;

• охарактеризувати можливі дефекти кристалів.

Новизна дослідження полягає в тому, що при виконанні роботи автор показує взаємозвязок між процесом кристалізації та величиною коефіцієнта поверхневого натягу. До цього при виконанні подібних робіт враховувалися лише темперетурний показник, значення тиску та вологості.

Автор намагається розкрити у доступній формі ключові моменти даної теми, популяризувати хімічні та фізичні знання про кристали серед школярів, тим самим викликати зацікавленість ровесників у пошуку нових сфер застосування властивостей кристалів на практиці.

У роботі проілюстровано основні кроки вирощування кристалів, наведені графіки залежності коефіцієнта поверхневого натягу розчину від температури та процесу утворення кристалів. У першому розділі розглядається історія дослідження кристалів, напрацювання кристалографії та найпоширеніші застосування кристалів. У розділі 2 описано як вирощувалися кристали з розчинів при дії на них температурного фактору. Третій розділ присвячено питанню взаємозв’язку значення коефіцієнта поверхневого натягу та процесу кристалізації.

Автор використовує теоретичний метод дослідження (вивчення та аналіз відповідної літератури), дослідницький метод (вирощування кристалів, встановлення зв’язку між температурним показником та швидкістю росту і якістю кристалів, визначення коефіцієнта поверхневого натягу на всіх етапах росту кристалів), індуктивний метод (збір, систематизація та узагальнення показників), графічний метод (дослідження динаміки певних показників), аналітичний метод (дослідження та аналіз температурного чинника).

1. Основні відомості про кристали

1. 1. Історія розвитку уявлень про кристали

Що ж таке кристал? Слово кристал походить від грецького krystallos – кристал (на усіх європейських мовах звучить приблизно однаково) і має дуже цікаве походження. Багато віків тому серед вічних снігів у Альпах, на території сучасної Швейцарії, знайшли дуже гарні безбарвні кристали, які були схожі на чистий лід. Стародавні натуралісти так їх і назвали – «кристаллос» (по-грецьки krіos – холод, мороз). Вони вважали, що лід, який знаходиться довготривалий час у горах на сильному морозі настільки затвердіває, що втрачає здатність танути. Один із найавторитетніших античних філософів Арістотель писав, що «кристалос народжується з води, коли вона повністю втрачає теплоту».

Перші досить сумбурні уявлення про те, що атоми в кристалах розташовані правильними закономірними симетричними рядами, описувались у працях різних природодослідників у ті часи, коли ще не існувало чіткого поняття про атом і не було ніяких експериментальних доказів атомної будови речовини.

Першою спробою наукового пояснення форми кристалів вважається твір Йоганна Кеплера «Про шестикутних сніжинок» (1611 р). Й. Кеплер висловив припущення, що форма сніжинок (кристалів льоду) є наслідком особливих розташувань складових їх частинок. Через три століття було остаточно встановлено, що специфічні особливості кристалів пов'язані з особливим розташуванням атомів у просторі, які аналогічні візерункам у калейдоскопі. Симетрична зовнішня будова кристалу наводила на думку про те, що і внутрішня будова кристалу повинна бути симетричною та періодичною. Закони симетрії зовнішньої форми кристалів були встановлені у середині 19 століття, а до кінця століття було виведено закони симетрії внутрішньої будови кристалу нашим співвітчизником, родоначальником сучасної кристалографії Е. С. Федоровим.

Одночасно з ним закони симетрії вивів німецький математик Шенфліс. Про їх науковий подвиг яскраво висловився академік О.В. Шубніков: «Теорія виведення просторових груп симетрії на 20 з лишнім років випередила експериментальне проникнення в область дослідження структури кристалів, що служить блискучим прикладом наукового передбачення».

У 1912 році німецькі фізики М. Лауе, В. Фрідріх і П. Кніппінг відкрили дифракцію рентгенівських променів, яка перетворилась в потужній метод дослідження будови твердих речовин – рентгенівський структурний аналіз.

У наступні роки англійські вчені У.Г. Бреггі, У.Л. Бреггі (батько і син) та московський професор-кристалограф Ю.В. Вульф вивели закон Вульфа-Брегга, який дає можливість аналізувати дифракцію рентгенівських променів та розшифрувати структуру будь-якої кристалічної речовини.

Перше суттєве досягнення теоретичної кристалохімії – обчислення енергії йонних кристалів, виконане у 1918-1919 рр. М. Борном та О.Ланде. У 1926 – 1927 р.р. було створено системи кристалохімічних атомних та йонних радіусів (В. Гольдшмідт, Л. Полінг).

У 1927 -1932 рр. Л. Полінг сформулював основні принципи будови йонних кристалів, ввів поняття про баланс валентних можливостей зв’язків, поняття атомних орбіталей та гібридизації, розвинув теорію щільної упаковки атомів у кристалах.

На сьогоднішній день в України також є свої досягнення. Молоді харківські вчені Інституту сцинтиляційних матеріалів, виростили найбільший у світі кристал сапфіру, який зробив справжню революцію в медицині.