Учебный проект: «Изучение образования минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях»

ГОРОДСКАЯ НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ

«ШАГ В БУДУЩЕЕ»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ - ЮГРА

____________________________________________________________________________

Изучение образования минералов в секрециях

путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях

Научно-исследовательская работа

Автор:

Илишев Владим

ученик 7-Г класса

Муниципальное бюджетное общеoбразовательное учреждение "Средняя oбщеобразовательная школ №2"

Научный руководитель:

Герман Анна Анатольевна

учитель биологии и химии

Муниципальное бюджетное общеoбразовательное учреждение "Средняя oбщеобразовательная школ №2"

Нягань 2014

Изучение образования минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях

Илишев Владим

Ханты-Мансийский Автономный Округ - Югра, город Нягань,

Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

"Средняя общеобразовательная школа №2", 7 г класс

Аннотация.

Целью моего проекта было: изучить процесс образования минеральных агрегатов в природе посредством моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал, как образуются жеода в природе.

2. Ознакомиться с методикой выращивания кристаллов в домашних условиях.

3. Вырастить в домашних условиях кристаллы из поваренной соли.

Предмет исследования - процесс кристаллизации.

Гипотеза исследования: если создать модель процесса, воссоздав примерные условия образования агрегатов в природе, то смогу ли я в домашних условиях вырастить "секреции".

Проектный продукт: секреции.

Методы: теоретический - моделирование, эмпирический - наблюдение, эксперимент.

Выводы:

1. В ходе работы над проектом я изучил процессы образования секреций в природе.

2. Познакомился с методикой выращивания кристаллов.

3. Вырастил в яичной скорлупе кристаллы. Выяснил, что размеры кристаллов зависят от того, быстро или медленно происходит испарение воды.

Изучение образования минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях

Илишев Владим

Ханты-Мансийский Автономный Округ - Югра, город Нягань,

Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

"Средняя общеобразовательная школа №2", 7 г класс

План исследования

Мой интерес к образованию минералов в природе начался с прочтения в научно-популярном природоведческом журнале «Колосок» статьи Елены Крыжановской «Звездная пещера или Природное чудо - жеода».

Жеода - (от греч. землеподобный) - геологическое образование, замкнутая полость в осадочных или вулканических породах частично или почти целиком заполненная кристаллическим веществом, агрегатами минералов, полая крупная секреция. Её форма может быть любой, но чаще округлая. [1]

В статье очень интересно был описан сам процесс образования жеоды, как будто природа печет пирожки. Меня очень заинтересовал процесс созревания кристаллов внутри жеоды, поэтому я решил поработать над проектом «Изучение образования минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях».

Гипотеза: если создать модель процесса, воссоздав примерные условия образования агрегатов в природе, то смогу ли я в домашних условиях вырастить "секреции".

Методика выращивания кристаллов.

Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами.

1. Метод охлаждения насыщенного раствора. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество и они мешают друг другу.[2]

2. Метод испарения - постепенного удаления жидкости из раствора. Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом - постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, - вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу.[2]

В своем проекте я использовал второй способ. Дело в том, что растворимость веществ в воде очень часто зависит от температуры воды, в которой это вещество растворяют. Чем выше температура, тем больше растворимость. Но растворимость поваренной соли в воде не зависит от температуры. [3]

Я выращивал кристаллы из водных растворов. Для этого важно научиться готовить насыщенный водный раствор вещества, из которого будет расти кристалл.

Нужно взять стакан горячей воды и всыпать в него вещество, которое будет использоваться для выращивания кристаллов. В стакан с горячей водой нужно всыпать столько вещества, сколько сможет раствориться, при этом необходимо помешивать воду, тогда оно будет растворяться быстрее. Когда вещество совсем перестанет растворяться и начнет оседать на дно, слить образовавшийся раствор в другой стакан так, чтобы на дно стакана с раствором не попало ни одной крупинки вещества. Для этого надо профильтровать раствор через фильтровальную бумагу или через чистую тряпочку, сложенную в несколько слоев. Раствор для выращивания кристаллов готов.

Чтобы вырастить секреции дома мне понадобилось: скорлупа от пустого яйца, кристаллическая соль, белый клей, кисточка, стеклянная посудина, пищевая краска, горячая вода, ложка, резиновые перчатки, газета.

Что я сделал:

• Выдул яйцо, разбил скорлупу на две половинки.

• Кисточкой нанес слой белого клея на внутреннюю поверхность половинок скорлупы. Просушил их.

• Приготовил в стеклянной посудине раствор для выращивания кристаллов. Размешал ложкой в горячей воде соль и налил раствор в скорлупу.

• В течении нескольких дней наблюдал за испарением воды из раствора и образованием кристаллов.

Через неделю я получил свои секреции: скорлупки, заполненные кристаллами. Я заметил, что:

1. Если будущую секрецию поставить на подоконник (там где холоднее и процесс испарения воды из раствора будет происходить медленнее), то кристаллы образуются медленнее и становятся более крупными.

2. Если будущую секрецию оставить в комнате (там где тепло и процесс испарения воды из раствора будет происходить быстрее), то кристаллы образуются быстро, около недели, и становятся более мелкими.

Библиография.

1. Крыжановская Е. Звездная пещера или Природное чудо - жеода. // Колосок. №9, 2012. с 38-45.

2. studyport.ru/estestvennyie-nauki/rastvoryi-rastvorimost

3. kristallikov.net/page6.html

4. news.nationalgeographic.com/news/2007/04/photogalleries/giant-crystals-cave/ Giant Crystal Cave Comes to Light] // April 9, 2007: "Temperatures hovered consistently around a steamy 136 degrees Fahrenheit (58 degrees Celsius)"

5. Кайгородский А.И. Кристаллы. Интернет-библиотека "Флибуста".

6. ru.wikipedia.org/wikikristallikov.net/page6.html

Изучение образования минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях

Илишев Владим

Ханты-Мансийский Автономный Округ - Югра, город Нягань,

Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

"Средняя общеобразовательная школа №2", 7 г класс

Научная статья

Мой интерес к образованию минералов в природе начался с прочтения в научно-популярном природоведческом журнале «Колосок» статьи Елены Крыжановской «Звездная пещера или Природное чудо - жеода».

Жеода - (от греч. землеподобный) - геологическое образование, замкнутая полость в осадочных или вулканических породах частично или почти целиком заполненная кристаллическим веществом, агрегатами минералов, полая крупная секреция. Её форма может быть любой, но чаще округлая.

В статье очень интересно был описан сам процесс образования жеоды, как будто природа печет пирожки. Меня очень заинтересовал процесс созревания кристаллов внутри жеода, поэтому я решил поработать над проектом «Образование минералов в секрециях путем моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях».

Целью моего проекта было: изучить процесс образования минеральных агрегатов в природе посредством моделирования процесса кристаллизации в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал, как образуются жеода в природе.

2. Ознакомиться с методикой выращивания кристаллов в домашних

условиях.

3. Вырастить в домашних условиях кристаллы из поваренной соли.

Объект исследования - минеральный агрегат - секреция.

Предмет исследования - процесс кристаллизации.

Гипотеза исследования: если создать модель процесса, воссоздав примерные условия образования агрегатов в природе, то смогу ли я в домашних условиях вырастить секреции.

Проектный продукт: секреции (выращенные в яичной скорлупе кристаллы поваренной соли).

Методы: теоретический - моделирование, эмпирический - наблюдение, эксперимент.

Мой проект может быть использован на уроках природоведения и географии при изучении темы «Горные породы», уроках химии при изучении темы «Растворы».

Если встретить секрецию в природе, то она напоминает какой-то непонятный шар, невзрачный камень. Никогда не угадаешь, если не знать!

Это не яйцо, хотя внутри есть кое-что ценное, не плод, хотя созревает в земле, не пушечное ядро и не обычный круглый камешек, хотя эта штука на самом деле из камня. Точнее из разных видов кварца - одного из самых распространенных минералов земной коры.

Это- минеральный агрегат , секреция. У этого снаружи невзрачного шарика есть действительно большой секрет, своя тайна. Его раскрыть очень нелегко. Для этого его нужно расколоть или разрезать пилой. И тогда изнутри серой плотной оболочки для нас засияют звезды. (Приложение 1)

Что это за чудо? Какая сказочная птица несет эти каменные яйца? Из какого звездного зёрнышка растут такие плоды?

Секреция скорее пирожок с ценной начинкой. Корочка - из кремния, а внутри «вкусная» начинка, блестят кристаллы. Каких веществ? Зависит от рецепта. Различные сорта этих лакомств выпекаются в самых горячих естественных печах - вулканах.

Секреция, внутри которой остается полость, где от краев к центру растут кристаллы, называется жеодой.

Жеоды образуются в полостях земной коры. Минералы откладываются постепенно, слой за слоем, от края к центру. Но для этого нужны особые условия.

Во - первых, замкнутая оболочка. Чаще - это стенки газовых пузырьков, которые образуются в магме, когда та выливается на поверхность во время извержения вулкана. В магме растворяются различные вещества, и как только магма остынет, растворы начинают слой за слоем затвердевать. Если температура меняется несколько раз, то вещества кристаллизуются в несколько слоев по - очереди. Если в стенках застывшего пузырька есть трещинки, то через них просачиваются новые растворы, пока секреция не заполнится полностью.

Пирожок испекся. А как же они выходят из толщи магмы на поверхность? Застывшая магма трескается под воздействием солнца, холода, воды (процесс выветривания), а секреции рассыпаются по поверхности. [1]

Из Википедии я узнал о Пещере кристаллов [2]. Пещера кристаллов (исп. Cueva de los Cristales) соединена с шахтовым комплексом Найка (исп. Naica), расположена на глубине 300 метров под городом Найка, штат Чиуауа, Мексика. Пещера уникальна наличием гигантских кристаллов селенита (минерал, структурная разновидность гипса). Наибольший из найденных кристаллов имеет размер 11 м. в длину и 4 м. в ширину, при массе 55 тонн. Это одни из наибольших известных кристаллов. В пещере очень жарко, температуры достигают 58 °C при влажности 90-100 %[3]. Эти факторы сильно затрудняют исследование пещеры людьми, делая необходимым использование специального снаряжения. Даже со снаряжением нахождение в пещере обычно не превышает 20 минут. (Приложение 2).

Новый зал, названный «Ледовый дворец», был открыт при бурении в 2009 году. Он находится на глубине 150 м и не заполнен водой. Формации кристаллов значительно меньшие, с тонкими нитевидными наростами.

В дальнейшем кристаллами могут заинтересоваться биологи, так как в их микроскопических полостях, заполненных жидкостью, могут находиться древние микроорганизмы.

Жеоды используют для получения поделочного камня для изготовления ювелирных украшений. Кристаллы - твёрдые тела, которые сохраняют не только объём, но и форму. Кристаллы обладают уникальным свойством: если кристалл сжать, то энергия механическая от сжатия трансформируется в энергию световую или электрическую. Отсюда использование кристаллов получает неограниченные возможности, и самое актуальное на сегодняшний день - применение в приборах и устройствах от компьютеров и мобильных телефонов до космических станций. Их используют в шлифовке твердых изделий, получении лазерного луча, когда происходит усиление света, а жидкие кристаллы сочетают свойства твердых тел и жидкостей. Вообще, использование кристаллов - это тема отдельного проекта. Работы по созданию технологий кристаллических материалов входят в Перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации, утвержденный Президентом РФ.

Чтобы вырастить секреции дома мне понадобилось: скорлупа от пустого яйца, кристаллическая соль, белый клей, кисточка, стеклянная посудина, пищевая краска, горячая вода, ложка, резиновые перчатки, газета.[1]

Что я сделал:

1. Выдул яйцо, разбил скорлупу на две половинки.

2. Кисточкой нанес слой белого клея на внутреннюю поверхность

половинок скорлупы. Просушил их.

3. Приготовил в стеклянной посудине раствор для выращивания

кристаллов. Размешал ложкой в горячей воде соль и налил раствор в скорлупу.

4. В течении нескольких дней наблюдал за испарением воды из

раствора и образованием кристаллов.

Через неделю я получил свои секреции: скорлупки, заполненные

кристаллами. Я заметил, что

• если будущую секрецию поставить на подоконник (там где

холоднее и процесс испарения воды из раствора будет происходить медленнее), то кристаллы образуются медленнее и становятся более крупными.

• если будущую секрецию оставить в комнате (там где тепло и

процесс испарения воды из раствора будет происходить быстрее), то кристаллы образуются быстро, около недели, и становятся более мелкими (Приложение 3).

Сейчас у меня есть коллекция из нескольких "секреций". (Приложение 4).Они окрашены в разные цвета. Когда-нибудь я научусь определять название кристаллов по их цвету. Сейчас я работаю над выращиванием кристалла очень большого размера. для этого нужно, чтобы испарение воды из раствора шло очень медленно, и нужно постоянно подливать новый раствор, чтоб было из чего растить кристаллы. [4,5]

Выводы, к которым я пришел:

1. В ходе работы над проектом я изучил процессы образования

секреций в природе.

2. Познакомился с методикой выращивания кристаллов.

3. Вырастил в яичной скорлупе кристаллы. Выяснил, что размеры

кристаллов зависят от того, быстро или медленно происходит испарение воды.

Информацию по своему проекту я разместил в интернете на сайте i-class.

Мне удалось из сильно концентрированного раствора соли вырастить в домашних условиях секреции.

В продолжении темы моего проекта, кристаллы можно выращивать не только из поваренной соли, но из перенасыщенного раствора сахарного песка. Так можно получить леденцы на зубочистке, а в качестве красителя использовать сок ягод. Ещё в интернете я нашел, что можно выращивать кристаллы разноцветные и многослойные.

Литература.

1. Крыжановская Е. Звездная пещера или Природное чудо - жеода. // Колосок. №9, 2012. с 38-45.

2. ru.wikipedia.org/wiki

3. [news.nationalgeographic.com/news/2007/04/photogalleries/giant-crystals-cave/ Giant Crystal Cave Comes to Light] // April 9, 2007: "Temperatures hovered consistently around a steamy 136 degrees Fahrenheit (58 degrees Celsius)"

4. kristallikov.net/page6.html

5. studyport.ru/estestvennyie-nauki/rastvoryi-rastvorimost

Словарь

ЖЕОДА - (фр. geode (гр. geodes земляной) округлый или овальный минеральный агрегат, образовавшийся в результате заполнения пустот в горных породах; вещество может заполнять пустоты целиком, или внутри может оставаться свободное пространство, на стенках которого нередко нарастают друзы кристаллов.

МИНДАЛИНЫ - минеральные агрегаты, заполняющие небольшие пустоты в горных породах.

НАСЫЩЕННЫЙ РАСТВОР - раствор, находящийся при данных условиях (температура, давление) в устойчивом равновесии с растворённым веществом.

РАСТВОР - однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия.

СЕКРЕЦИИ - в геологии - минеральные агрегаты, выполняющие пустоты в горных породах и отличающиеся по составу от последних; образуются путем последовательного (от стенок к центру) полного или частичного заполнения пустот минеральными веществами.

Приложение

Приложение 1

Фото 1. Секреция

Приложение 2

Фото 2. Пещера кристаллов

Источник: sent to me personally by the author and right holder, via email, with the purpose of making it public.

Автор: Alexander Van Driessche

Приложение 3

Фото 3. Крупные кристаллы

Фото 4. Мелкие кристаллы

Приложение 4

Фото. Коллекция