Литература. Введение






Скачать 330.41 Kb.
НазваниеЛитература. Введение
страница1/3
Дата публикации23.04.2015
Размер330.41 Kb.
ТипЛитература
d.120-bal.ru > География > Литература
  1   2   3
Проект: «Кристаллы»

2014

Выполнила: ученица 10 А класса МБОУ СОШ №4 городского округа Стрежевой Гусева Анна

Руководитель: Серебренникова Оксана Васильевна,

учитель физики
Содержание

Введение.

Основная часть.

  1. Обзор литературы

    1. Что такое кристалл.

    2. Строение кристаллов.

    3. Можно ли перестроить кристаллическую структуру кристалла.

    4. Как изучались кристаллы учеными раньше.

    5. Свойства кристаллов.

    6. Применение кристаллов.

  2. Эксперимент.

    1. Метод выращивания кристалла в домашних условиях.

    2. Проведение эксперимента.

    3. Наблюдение за ростом кристалла.

  3. Результаты исследования.

    1. Полученный результат.

    2. Выводы по полученному результату.

    3. Применение полученного мною кристалла.

Выводы.

Литература.

Введение

Окружающий нас мир состоит из кристаллов, можно сказать, что мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов.

Кристаллы- это вещества, в которых мельчайшие частицы “упакованы” в определенном порядке. В результате роста кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму.

Интересно происхождение слова “кристалл”. Много веков назад в снегах Альп на территории современной Швейцарии нашли очень красивые бесцветные кристаллы, напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – “кристаллос”, по-гречески лед. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Аристотель писал, что “кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту”. Еще в средних веках этот термин “кристалл” применялся исключительно к кварцу. Вместе с тем большая часть природных минералов обладает кристаллическим строением.

Кристаллы действительно так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Поэтому актуальность моей работы заключается в том, чтобы создать что-то интересное и необычное самому (своими руками), в доступных для наблюдения и изучения предметах, проявляя свои творческие способности в дальнейшем использовании выращенных кристаллов. Особенно актуальным это становится при изучении в 10 классе темы «Кристаллические тела», когда обучающиеся, на основе своих знаний о свойствах кристаллический тел, практически могут самостоятельно, в домашних условиях, вырастить настоящий кристалл. Тогда проблема заключается в том, что для того, чтобы вырастить кристалл, необходимо знать определенные методы и способы его выращивания, а данные знания не даются при изучении темы «Кристаллические тела». Решая данную проблему, я поставила перед собой следующую цель:

изучение кристалла, его строения и физических свойств; возможностей для выращивания в домашних условиях и наблюдение за процессом их роста; исследование области применения кристаллов и способов применения выращенных самостоятельно кристаллов.

Для достижения этой цели необходимо выполнить задачи:

  1. изучить литературные и электронные источники по данной теме;

  2. узнать что такое кристалл, его строение, свойства;

  3. узнать, почему все кристаллы вырастают многогранниками;

  4. изучить среду выращивания кристаллов;

  5. изучить распространенный метод выращивания кристаллов;

  6. вырастить кристалл из поваренной соли, марганцовки и медного купороса в домашних условиях;

  7. изучить область применения кристаллов;

  8. познакомиться с представлениями ученых о твердых кристаллах на протяжении нескольких столетий;

  9. создать буклет, информирующий о простейшем способе выращивания кристалла в домашних условиях;

  10. сделать вывод;

  11. создать презентацию по теме проекта.

Объект исследования:

кристалл

Предмет исследования:

свойства и рост кристаллов

Гипотеза:

зная свойства и рецепт выращивания кристаллов, можно вырастить их в домашних условиях

Теоретико-методологическая база:

высказывание академика А.Е. Ферсмана: «Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые прямолинейные законы» - согласуется с научным интересом ученых всего мира к данному объекту исследования

Новизна:

данная работа обладает определенным аспектом новизны, поскольку мне никогда не приходилось делать своими руками что-то оригинальное и необыкновенное. В моем представлении « кристалл» - это чудо природы. Получить кристалл – это сотворить чудо. Для меня это новое и необычное дело, даже таинственное. Кто знает, что у меня получится? Как будут выглядеть мои «авторские» кристаллы? А так же я хочу рассмотреть и предложить области применения выращенных мною кристаллов и изготовить изделия из них

Методы:

изучение литературы; проведение экспериментов; наблюдение.

Предполагаемые результаты:

получение знаний о кристаллах, о его свойствах и самостоятельно выращенный в домашних условиях кристалл.


  1. Обзор литературы.

    1. Что такое кристалл.

Большинство веществ в умеренном климате Земли, находятся в твердом состоянии. Твердые тела сохраняют не только форму, но и объём. По характеру относительного расположения частиц твердые тела делят на три вида: кристаллические, аморфные и композиты. При наличии периодичности в расположении атомов (дальнего порядка) твердое тело является кристаллическим.

Кристаллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.

Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Тело, представляющее собой один кристалл, называется монокристаллом. Большинство кристаллических тел состоит из множества расположенных беспорядочно мелких кристаллов, которые срослись между собой. Такие тела называются поликристаллами. Кусок сахара – поликристаллическое тело. Кристаллы различных веществ имеют разнообразную форму. Размеры кристаллов тоже разнообразны. Размеры кристаллов поликристаллического типа могут изменяться с течение времени. Мелкие кристаллы железа переходят в крупные, этот процесс ускоряется при ударах и сотрясениях, он происходит в стальных мостах, железнодорожных рельсах и т.д., от этого прочность сооружения с течением времени уменьшается.

Очень многие тела одинакового химического состава в кристаллическом состоянии в зависимости от условий могут существовать в двух или более разновидностях. Это свойство называется полиморфизмом. У льда известно до десяти модификаций. Полиморфизм углерода – графит и алмаз.

Существенным свойством монокристалла является анизотропия – неодинаковость его свойств (электрические, механические и т.д.) по различным направлениям.1

Поликристаллические тела изотропны, т.е. обнаруживают одинаковые свойства по всем направлениям. Объясняется это тем, что кристаллы, из которых состоит поликристаллическое тело, ориентированы друг по отношению к другу хаотически. В результате ни одно из направлений не отличается от других.

Существует четыре типа кристаллов: молекулярные, ковалентные (или атомные), ионные и металлические. Тип кристалла определяется характером взаимодействия атомов и молекул, образующих кристалл.

К молекулярным кристаллам относятся кристаллы водорода, аргона, брома. Прочность этих кристаллов не велика.

Ковалентные кристаллы: алмаз, полупроводники кремний и германий.

Ионные кристаллы NaCl, AgBr.

Металлические кристаллы: металлы.


    1. Строение кристаллов.

В школьных учебниках кристаллами обычно называют твердые тела, образующихся в природных или лабораторных условиях и имеющие вид многогранников, которые напоминают самые непогрешимо строгие геометрические построения. Поверхность таких фигур ограничена более или менее совершенными плоскостями- гранями, пересекающимися по прямым линиям- ребрам. Точки пересечения ребер образуют вершины. Если рассмотреть при помощи лупы или микроскопа крупинки соли, то можно заметить, что они ограниченны плоскими гранями. Наличие таких граней – признак нахождения в кристаллическом состоянии.

Кристаллов в природе существует великое множество и так же много существует различных форм кристаллов. В реальности, практически невозможно привести определение, которое подходило бы ко всем кристаллам. Здесь на помощь можно привлечь результаты рентгеновского анализа кристаллов. Рентгеновские лучи дают возможность как бы нащупать атомы внутри кристаллического тела, и определяет их пространственное расположение. В результате было установлено, что решительно все кристаллы построены из элементарных частиц, расположенных в строгом порядке внутри кристаллического тела. Упорядоченность расположения таких частиц и отличает кристаллическое состояние от некристаллического, где степень упорядоченности частиц ничтожна. Кристаллы характеризуются значительными силами межмолекулярного взаимодействия. Они имеют правильную геометрическую форму, которая является результатом упорядоченного расположения частиц, составляющих кристалл. Регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью в трех измерениях, называется пространственной (кристаллической) решеткой.





Кристаллическая решетка графит


Все в мире сложено из этих мельчайших частиц. В твердых телах частицы движутся, не беспорядочно, а строгим, правильным, симметричным строем. Каждая частица движется только в пределах отведенного ей участка и не может никуда уйти за его пределы. Строй частиц в кристаллическом твердом теле похож на пчелиные соты или на строительные леса: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз тянутся ровные, правильные, бесконечные ряды частиц. Они выстроены, как физкультурники в строю, но не стоят строго неподвижно, а колеблются около своих мест.2

В молекулярно-кинетической теории считается, что частицы кристаллических твердых тел непрерывно колеблются около положений равновесия. Размах колебаний частиц невелик по сравнению с размерами самих частиц, поэтому на фотографиях их отклонения незаметны. В модели "кристаллическая решетка" положения равновесия частиц отмечены узлами.

08e-i6

Колебательное движение частиц кристаллов – основное их движение. Однако частицы могут иногда перескакивать с места на место. Этому способствует тот факт, что в кристаллах имеются дефекты. Например, в пустое место в ряду – "дырку" – может перескочить частица из соседнего ряда. В результате образуется новая "дырка". В нее может перескочить частица другого ряда и т.д. Именно благодаря дефектам кристаллического строения твердые тела способны диффундировать друг в друга.

Порядок и симметрия — вот что характерно для твердого кристаллического тела. Во всех кристаллах частицы расположены правильным, четким строем, выстроены симметричным правильным узором. Пока есть этот порядок — существует кристалл. Нарушен порядок, рассыпался строй частиц — это значит, что кристалл расплавился, превратившись в жидкость, или испарился, перешел в пар.

Простейшим геометрическим свойством систем точек, соответствующих центрам атомов в любых атомных совокупностях (а не только в кристаллах), является дискретность.

Условие дискретности- расстояние между любыми двумя точками системы больше некоторой фиксированной величины : «r» (красные).

Стремление атомов равномерно расположиться в пространстве можно отразить следующим ограничением на соответствующую систему точек:

Условие покрытия- расстояние от любой точки пространства до ближайшей к ней точки системы меньше некоторой фиксированной величины: «R» (зеленые).

Название этого условия объясняется тем, что если система точек ему удовлетворяет, то шары радиуса «R» с центрами в этих точках покрывают все пространство.

c:\users\ы\desktop\-9dd9-faa419ba6d22.photo.0.jpg

Условие дискретности не позволяет точкам системы располагаться слишком густо, а условие покрытия – слишком редко. Совместно эти два требования обеспечивают примерно равномерное расположение точек в пространстве. Системы точек, удовлетворяющие этим двум условиям одновременно, называются системами Делоне, в память об известном нашем геометре Б. Н. Делоне (1890-1980), впервые выделившем эти системы.

Простейшим примером системы Делоне (на плоскости) – это множество узлов бесконечного листа клетчатой бумаги.3

c:\users\ы\desktop\рефераты по физике\i (17).jpg

    1. Можно ли перестроить кристаллическую структуру вещества?

Природа бесконечно разнообразна и не любит повторений. Строй атомов железа совсем непохож на структуру кристалла льда. В каждом веществе своя структура — свой порядок расположения атомов. И от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы, частицы одного сорта, располагаясь по-разному, образуют вещества с совсем разными свойствами.

Много лет назад был такой случай в Ленинграде (тогда еще Петербурге): на одном из складов солдатского обмундирования «простудились» и «заболели» солдатские пуговицы. В те времена пуговицы для шинелей делали из олова. На холодном, неотапливаемом складе лежали большие запасы белых блестящих пуговиц. Когда первые несколько пуговиц потемнели, никто на это не обратил внимание. Пуговицы продолжали темнеть, теряли блеск и через несколько дней рассыпались в порошок. Но самым странным было то, что испорченные пуговицы как бы заражали своих соседей, которые начинали темнеть, тускнеть и рассыпаться. В несколько дней горы ярко блестящих белых пуговиц превратились в бесформенную груду серого порошка. Все имущество склада погибло от «оловянной чумы», как прозвали эту «болезнь» белого олова.

Что же это за «болезнь»? Это всего лишь перестройка порядка атомов в кристаллах олова. Есть два вида кристаллов олова. Первый — это обыкновенное серебристо-белое олово, которое может образовывать большие кристаллы, но те же самые атомы олова могут перестроиться и образовать кристаллы другой разновидности, так называемого серого олова. Свойства этих двух видов олова совершенно различны. Белое олово — ковкий металл, серое — хрупкий. Переходя из белой разновидности в серую, олово рассыпается в порошок. Поэтому белое олово употребляется для припоев, лужения и различных изделий, а из серого ничего нельзя сделать. И белое и серое олово — это кристаллы олова. Они состоят из одних и тех же атомов. Химические свойства олова остаются те же, но изменяется кристаллическая структура: перестраивается порядок атомов и в результате меняются физические свойства вещества. Перестройка кристаллической структуры белого олова в структуру серого олова может начаться при большом морозе. «Оловянная чума» была одной из причин гибели экспедиции капитана Скотта на Южный полюс в 1911—1912 гг. Все запасы жидкого топлива, взятые этой экспедицией, находились в сосудах, паянных оловом. В условиях суровой антарктической зимы белое олово превратилось в порошок серого олова, сосуды распаялись.

Отважные исследователи остались без топлива. Вот какие трагические последствия может вызвать изменение кристаллической структуры вещества!


    1. Как изучались кристаллы учеными раньше.

В течение долгих столетий геометрия кристаллов казалась таинственной и неразрешимой загадкой. Не случайно на гравюре великого немецкого художника Альбрехта Дюрера (1471 – 1528) изображена Меланхолия в виде печального ангела, безнадежно всматривающегося в огромный кристалл. Вплоть до 17 века дальше описаний «удивительных угловатых тел» дело не шло.
c:\users\ы\desktop\альбрехт дюрер.jpg


Альбрехт Дюрер
c:\users\ы\desktop\рефераты по физике\i (21).jpg

Меланхолия Альбрехта Дюрера
В 1619 году великий немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер (1571 – 1630) обратил внимание на шестерную симметрию снежинок. По пути, намеченному Кеплером, пошли впоследствии Роберт Гук (1635 – 1703) и М.В. Ломоносов (1711 – 1765).

c:\users\ы\desktop\i.jpgc:\users\ы\desktop\i (1).jpgc:\users\ы\desktop\i.jpg

Иоганн Кеплер Роберт Гук М.В. Ломоносов

c:\users\ы\desktop\i (1).jpg


Через 50 лет после Кеплера (в 1669 г) датский геолог, кристаллограф и анатом Николаус Стенон (1638 – 1686) впервые сформулировал основные понятия о формировании кристаллов: «Рост кристалла происходит не изнутри, как у растений, но путем наложения на внешние плоскости кристалла мельчайших частиц, приносящихся извне некоторой жидкостью».

Неколаус Стенон

В 1783 году французский аббат Р.Ж. Гаюи, минеролог по призванию, высказал предположение, что всякий кристалл составлен из параллельно расположенных равных частиц, смежных по целым граням. В1824 году ученик великого Гаусса, профессор физики во Фрейбурге Л.А. Зеебер для объяснения расширения кристаллов при нагревании предложил заменить многогранники Гаюи их центрами тяжестей. Такие системы точек были названы «решетками». c:\users\ы\desktop\i.jpg

    1. Свойства кристаллов.

Одним из свойств кристалла является анизотропия. Анизотропия – это зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. И самое главное: все кристаллические тела анизотропны. Правильная внешняя форма не единственное и даже не самое главное следствие упорядоченного строения кристалла. Главное – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Прежде всего, бросается в глаза различная механическая прочность кристалла по разным направлениям. Легко расслаивается по одному направлению кристалл графита. Когда мы пишем карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге. Это происходит по тому, что кристаллическая решетка графита имеет слоистую структуру. Слои образованы рядом параллельных плоских сеток, состоящих из атомов углерода. Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между слоями сравнительно велико: примерно в два раза больше, чем длина стороны шестиугольника. Поэтому связи между слоями менее прочны, чем связи внутри них.

Одним из характерных свойств многих кристаллов является спайность – способность раскалываться по определенным плоскостям, образуя гладкую блестящую поверхность разлома. Плоскости спаянности параллельны плоскостям плотной упаковки атомов (молекул) и перпендикулярны направления наименьшего сцепления между ними. Поэтому грани кристаллов часто бывают параллельны плоскостям спайности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц.

Теплопроводность различных кристаллических тел различна. Большая теплопроводность будет у тел с наименьшим расстоянием между молекулами (атомами). Упорядоченное расположение атомов или молекул в кристалле определяется действием сил межатомного и межмолекулярного взаимодействия. Тепловое движение атомов и молекул нарушает эту упорядоченную структуру. При изменениях температуры и давления изменяются среднее расстояния между атомами и молекулами. Это приводит к изменению величины сил взаимодействия между ними. С повышением температуры увеличивается размах тепловых колебаний атомов и молекул и им требуется больший объем, в котором они могли бы двигаться. При каждом сочетании давления и температуры реализуется тот тип укладки частиц, который в данных условиях наиболее устойчив и энергетически выгоден.

Плавление – это переход из твердого агрегатного состояния в жидкое. Плавление заключается в ломке правильного атомного каркаса. Наоборот, при остывании металлической жидкости атомы вновь самопроизвольно занимают позиции в узлах кристаллической решетки.

Пластичность, свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием механических нагрузок. Пластичность определяет возможность обработки материалов давлением (ковки, прокатки).

Упругость, свойство тел восстанавливать свою форму и объем (твердые тела) или только объем (жидкости и газы) после прекращения действия внешних сил. Количественная характеристика упругих свойств материалов — модули упругости. Упругость обусловлена взаимодействием между атомами молекулами и их тепловым движением.

Хрупкость, свойство тел разрушаться после незначительной пластической деформации. Пластические свойства у хрупких материалов практически не проявляются.

Такие свойства твёрдых тел как упругость, прочность, поверхностное натяжение определяются силами взаимодействия между атомами и строением кристаллов. Изучая силы межатомного взаимодействия, можно, например, определить величину модуля упругости, предела прочности материала, энергии связи кристалла и коэффициента поверхностного натяжение. Зависимость сил межатомного взаимодействия от расстояния между центрами атомов в твёрдых телах заключается в следующем:

1. Между атомами одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания. Результирующая сила межатомного взаимодействия - сумма этих двух сил.

2. При уменьшении расстояния между атомами силы отталкивания нарастают значительно быстрее, чем силы притяжения; поэтому существует некоторое расстояние, при котором силы притяжения и силы отталкивания уравновешиваются и результирующая сила становится равной нулю. В кристалле, предоставленном самому себе, ионы располагаются именно на определенном расстоянии друг от друга. Если расстояние между атомами меньше равновесного, то преобладают силы отталкивания, если больше, то преобладают силы притяжения.

Эти свойства межатомных сил позволяют условно рассматривать частицы, образующие кристалл (например, ионы Nа и Сl в кристалле поваренной соли), как твердые упругие шары, взаимодействующие друг с другом. Деформация растяжения кристалла приводит к увеличению расстояния между центрами соседних шаров и преобладанию сил притяжения, а деформация сжатия - к уменьшению этого расстояния и преобладанию сил отталкивания.

Пределом прочности обычно называют наибольшее напряжение, которое может выдержать материал, не разрушаясь. При растяжении образца предел прочности определяется максимальной величиной результирующей силы межатомного притяжения, приходящейся на единицу площади сечения, перпендикулярного направлению растяжения.

Результирующая сила межатомного взаимодействия достигает максимального значения, когда центры атомов находятся на большом расстоянии друг от друга. Когда растяжение ещё более увеличивается, силы взаимодействия становятся настолько малыми, что связи между атомами разрываются.

Нам не раз приходилось видеть, что палка, под острым углом не до конца погруженная в воду, как бы “переламывается” у водной поверхности. Нижняя часть палки, находящаяся в воде, приобретает иной наклон, чем верхняя, находящаяся в воздухе. Это происходит вследствие преломления света, всегда проявляющегося при переходе светового луча из одной среды в другую, то есть на границе двух веществ, если луч направлен косо к поверхности их раздела.

Светопреломление в кристалле происходит по закону преломления света:

Лучи падающий, преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух средств, в точке падания луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется физическая величина, равная отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломление:
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Литература. Введение iconЛитература Введение
Кривоносова Татьяна Витальевна, учитель географии мбоу сош п. Сидима района им. Лазо Хабаровского края

Литература. Введение icon2. Теория сестринского дела. Сестринский процесс
...

Литература. Введение iconЛитература 11 стр. Введение «Ешь витамины с грядки, будет здоровье в порядке»
Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение муниципального образования город Нягань «Детский сад №9 «Белоснежка»...

Литература. Введение iconЛитература. Введение
Эти материалы – сборник информации, которую необходимо знать любой мамочке, чтобы ясно понимать, что Все детки болеют, и через нормальные...

Литература. Введение iconЛитература введение
В настоящее время в России действует около 4,5 тыс здравниц, способных одновременно принять 810 тыс отдыхающих. Курортной системой...

Литература. Введение iconЛитература введение
Я живу в деревне Кубеково. С детства знаком с тяжелым трудом сельских жителей. Почти все жители нашей деревни заняты в животноводстве....

Литература. Введение iconЛитература по курсу 14 Основная литература 14
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 7

Литература. Введение iconЛитература по курсу 17 Основная литература 17
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 10

Литература. Введение iconЛитература по курсу 13 Основная литература 13
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 7

Литература. Введение iconЛитература по курсу 29 Основная литература 29
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 11

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:


медицина


При копировании материала укажите ссылку © 2016
контакты
d.120-bal.ru
..На главную