Описание медного купороса

Учебная научно-практическая конференция

Секция «Физика»

Сравнение условий выращивания кристаллов медного купороса

Автор:

Баранов Кирилл Юрьевич,

ученик 8 «А» класса

Учитель:

Николаев Константин Борисович

Учитель МАОУ«Лицей № 3»

Куратор:

Кузнецов Иван Игоревич

Ученик МАОУ «Лицей № 3»

Чебоксары – 2012

Оглавление

1. Введение: 3

2. Основная часть: 4

2.1. Начало работы; 4

2.2. Основная информация о кристаллах; 4

2.3. Науки о кристаллах; 4

2.4. Способы кристаллизации и их пояснения; 4

2.5. Выделение критериев и выбор наиболее подходящего способа; 4

2.6. Точное описание технологий изготовления кристалла; 4

2.7. Обоснование выбора кристаллов медного купороса; 5

2.8. Ход работы; 5

2.9. Результаты опыта; 5

2.10. Выводы; 5

2.11. Практическое значение; 6

2.12. Примечания; 6

3. Заключение 7

4. Библиография 8

5. Приложение 9

5.1. Точная информация о медном купоросе; 9

5.2. Таблица сравнение сосудов по дням(дневник исследования); 10

Введение

Актуальностьмоего проекта в том, в данный момент результаты, полученные мною, пригодятся мне на уроках химии. В будущем я собираюсь проводить некоторые лабораторные работы дома, на тему выращивания кристаллов других веществ, поэтому данный опыт будет очень полезен мне.

Гипотеза работы:Я предположил, что кристаллы медного купороса могут появляться при создании определенных условий; значит, если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разных свойств.

Цель работы: Вырастить кристаллы Медного купороса(Далее CuSO4) в различных условиях, и сравнить их по свойствам.

Продукт проекта: Таблица сравнения свойств выращенных кристаллов.

Реализацию цели я планирую через следующие задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Изучить способы выращивания кристаллов в домашних условиях;

3. Вырастить кристаллы различных веществ из растворов;

4. Изучить условия образования кристаллов разных веществ, их формы, цвета;

5. Проанализировать полученные результаты;

Объект исследования: кристаллы, образовавшиеся из растворов.

Методы исследования:

1. Поиск необходимой информации.

2. Проведение эксперимента.

3. Наблюдение

4. Сравнение полученных результатов и соотнесение его с гипотезой

Ценность моих результатов будет в их оригинальности, потому что выращивать их буду я, и измерения я буду проводить только по своим результатам, но никак не сравнивать их с другими, полученными в книгах и на сайтах в интернете.

Моим личным вкладом будет проведение опыта лично, а не на чьих-нибудь уже выращенных кристаллах, и сравнение только мной полученных результатов, то есть эти результаты будут научно-полезны(при проведении мной правильно построенных опытов).

Основная Часть

2.1. Для того, чтобы провести свои практические исследования, я должен был найти нужную мне информацию о кристаллах, что из себя представляют кристаллы, какие у них свойства. Поэтому я обратился к теоретическим источникам в этой области. Для этого я использовал ресурсы Интернета и книги.

2.2.В книге 6. Ольгин О., «Опыты без взрывов» давалось основное определение кристаллов:

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие между собой прямые углы.

Кристалл – однородное твердое тело, мельчайшее составляющее которое – атомы, расположенные в строгом порядке и образуют кристаллическую решетку. Так же, как и цвет, блеск – один из параметров определения минералов. Самыми распространенными определениями блеска являются алмазный блеск, стеклянный блеск, матовый. Кристаллы, выращенные мною, так же имеют красивый блеск.

2.3.Науки, изучающие кристаллы

• кристаллография изучает идеальные кристаллы c точки зрения законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.

• структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.

• кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.

• кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.[6]

Из этих наук наиболее полезными оказались кристаллохимия и кристаллография, потому что способы выращивания кристаллов медного купороса я взял из кристаллохимии, а в кристаллографии содержатся основные знания о кристаллах.

Прочитав данную литературу, я заметил, что людей давно интересует тема кристаллов, далее, что уже была выдвинута теория, как образуются кристаллы, и некоторые рецепты и способы выращивания кристаллов. Также я узнал основные понятия слова кристалл, что мне тоже поможет.

2.4.Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях. Кристаллизацию можно вести разными способами:

Кристаллы могут расти при конденсации паров– так получаются снежинки и узоры на холодном стекле. Другой метод получения кристаллов – постепенное удаление воды из насыщенного раствора. Также есть выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости.

2.5.При выборе наилучшего способа я выделил несколько критериев:

1. Возможность использования в домашних условиях;

2. Наличие выполнимых условий;

3. Недорогая стоимость использования способа;

Итак я выбрал два основных способа, так как они наиболее лечше подходили под мои критериий:

1 способ: Он основан на приготовлении пересыщенного раствора при высоких температурах, и дальнейшем остывании раствора, вследствие чего лишние атома кристаллогидратов будут соединятся в кристаллы. Процесс этот очень длительный.

2 способ: При испарении («высыхании») вода превращается в пар и улетучивается. Но растворённые в воде химические вещества не могут испариться вместе с ней и оседают в виде кристаллов. . И в этом случае, чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Именно по такому этот способ (случайно) я также употребил.

Наиболее всего подходил 1 способ, так как он был из всех наименее затратным, не требовал лабораторных условий, и не требовал особо высоких температур(различалось только время).

2.6.Точное описание технологий изготовления кристалла первым способом:

При охлаждении раствора частички вещества (молекулы, ионы), которые уже не могут находиться в растворенном состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы-зародыши. Образованию зародышей способствуют примеси в растворе, например пыль, мельчайшие неровности на стенках сосуда (химики иногда специально трут стеклянной палочкой по внутренним стенкам стакана, чтобы помочь кристаллизации вещества). Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром же охлаждении образуется много зародышей, причем частички из раствора будут «сыпаться» на поверхность растущих кристалликов, как горох из порванного мешка; конечно, правильных кристаллов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на поверхности кристалла на положенное им место. Кроме того, множество быстро растущих кристалликов так же мешают друг другу, как несколько паркетчиков, работающих в одной комнате. Посторонние твердые примеси в растворе также могут играть роль центров кристаллизации, поэтому чем чище раствор, тем больше шансов, что центров кристаллизации будет немного.

2.7.Я выбрал медный купорос, потому что он в данном случае результат наиболее заметен, купорос является довольно дешёвым материалом, и кристаллы получаются ярко-выраженные по размерам.

При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы, который помещают в раствор или расплав. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Выращивание кристаллов драгоценных камней проводят очень медленно, иногда годами. Если же ускорить кристаллизацию, то вместо одного кристалла получится масса мелких. (Так у меня и получилось в случае холодных и обычных условий.).

2.10.Ход работы:

1) Я вскипятил воду(600г) до 95°С и разлил её по банках в равных пропорциях;

2) Высыпал реактивы в равных пропорциях по 150г на 1 стаканчик(т.к. при 100°С в 100г воды растворимость медного купороса приблизительно равна 75г);

3) Налил в три разных баночки доверху горячей воды (t около 90°С);

4) Перемешивал, добавляя реактив до тех пор, пока он не перестал растворяться

5) В баночки повесил камушки-«затравки» на нитке.

6) Всыпал немного реактива в контейнер с раствором и камушками.

7) Поставил банки в разные места с хорошим притоком воздуха (на балконе с затемнённой стороны, в своей комнате у батареи с солнечной стороны, около шкафа при средних освещённости и температуре.).

2.11.Результаты опыта:

Первые небольшие кристаллы появились через три дня в растворе стоящем в тёплом месте, далее образовались кристаллы при обычной температуре, а последними в холодной. а через недели, после частичного испарения раствора кристаллы получились относительно большими, на дне контейнера остался осадок из кристаллов (самый длинный -1см 7мм, в тёплой воде) и на стенках контейнера – пластинки, очень тонкие и хрупкие.(см. Приложение 5.2)

В итоге мы видим, что кристаллы при обычных и в холодных условиях почти не отличаются только кристалл в холодной воде растёт чуть медленнее. Рост кристалла в тёплой воде значительно ускорен из-за процесса выпаривания, и кристалл вырастает другой формы.

Я вырастил в домашних условиях свои кристаллы медного купороса. Они получились небольшими, синими, замутнёнными. Форма кристаллов тетрагональная, имеются дефекты. Кристаллы получились очень хрупкими. Повышение температуры раствора ускоряет образование кристаллов, увеличивается их количество, но их размеры уменьшаются.

2.12.Таким образом, после проведения исследования могу сделать следующие выводы:

Ø Кристаллы выращенные в различных условиях имеют разную форму;

Ø На форму кристаллов медного купороса влияет температура, при которой выращивали кристалл: повышение температуры раствора ускоряет, образование кристаллов, увеличивается их размер, замерзание заставляет выпасть в осадок.

Ø Растворимость вещества с повышением температуры сильно возрастает;

Ø Все кристаллы почти одинакового мутноватого кобальтового цвета ;

Ø Но крупные кристаллы прозрачны.

2.13.Я доволен полученными результатами, считаю что они имеют практическое значение, например: использование на лабораторных работах по химии(физике).

В итоге я выполнил все поставленные задачи, сравнил рост кристаллов CuSO4, сравнил разницу в их свойствах при выращивании в различных условиях, доказал гипотезу, объяснил почему предполагаемый и полученный результаты сошлись(хоть и не точно).

2.14.Примечание: Медный купорос - химически активная соль! Поэтому для удачности опыта в этом случае воду нужно взять дистиллированную, т.е. не содержащую других растворённых в ней солей. Из под крана воду тоже лучше не брать, так как она, во-первых, содержит растворённые соли, во-вторых, может быть сильно хлорированной. Примеси (особенно карбонаты в жёсткой воде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего раствор сильно портится. НО в моём случае я пренебрёг данным советом и взял воду из-под крана.[5]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Я пришёл к выводу, что действительно моя гипотеза подтвердилась, т.к. при сравнении предполагаемого и полученного результатазаметно, что продукт предполагаемый и продукт полученный совпадают.

Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы медного купороса изменяются при выращивании в определенных условиях; и если изменять условия кристаллизации и растворять различные массы медного купороса, то можно получать кристаллы разной формы, цвета и в разные сроки.

Выводы по проекту:

Ø Я научился писать пояснительную записку, что поможет мне в дальнейшем;

Ø Я стал знать больше информации на тему кристаллизации и смогу повторить данный опыт;

Ø Я изучил некоторые разделы химии и физики и теперь лудше знаю школьную программу.

Ø Получение своих, оригинальных, результатов.

Можно вырастить сообщество разных кристаллов в одном сосуде. Эти исследования и помогут мне в будущем, когда своей специальностью я буду выбирать химию. Приобретенные знания, умения и навыки пригодятся в дальнейшей учёбе.

Библиография

Список литературы

Сайты:

1. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/E519

2. Геология Земли http://www.geologiazemli.ru/articles/112

Кристаллов.NET http://www.kristallov.net/mineraly.html

3. Фото образцов кристаллов из коллекции В.А. Слётова, geo.web.ru/druza/a- Sletov.htm

4. Химия и химики. http://chemistry-chemists.com/Video6.html

Книги:

5. А.С. Пушкин. Стихотворения. К Овидию

6. Ольгин О., «Опыты без взрывов», М.; «Химия», 1995 г

7. Плешаков А.А., «От земли до неба», М.; «Просвещение», 2002 г.;

8. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю., «Книга по химии для домашнего чтения», М.; Химия, 1994 г.;

9. Шаскольская М. П., «Кристаллы», Москва, «Наука», 1985 год

Приложение

Описание медного купороса

Химическая формула: CuSO₄*5Н₂О^[1]

Химическое название:медный купорос, медь сернокислая пятиводная (Cuprum sulfuricum), сульфат мели (II) пентагидрат

Описание:кристаллический порошок синего цвета

Класс соединений:кристаллогидратсоли

Описание кристаллов: голубые кристаллы, хорошо растворимые в воде. Свойства. Гигроскопичен. Плотность равна 3,6 г/см³. Растворяется в воде, глицерине, серной кислоте. Мало растворим в аммиаке. На воздухе соль устойчива.

Строение кристаллогидрата

Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO₄²⁻ по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.

Применение.

Его используют для борьбы с вредителями и болезнями растений(от грибковых заболеваний и виноградной тли). Иногда применяют в плавательных бассейнах для предотвращения роста водорослей в воде.

В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей с кирпичных и бетонных поверхностей; а также как средство для предотвращения гниения древесины.

Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, и как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519 (консервант).

В природе изредка встречается минерал Халькантит, состав которого близок к CuSO₄*5H₂O

В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении вышеозначенных металлов появляются красные пятна чистой меди.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: