Реферат по химии Тема: кристаллы

Вид материала

Реферат

Содержание Рисунок №1 Рисунок №2

Подобный материал:

• Реферат Тема: Жидкие кристаллы, 219.93kb.
• Тематика творческих работ слушателей криппо по: химии формирование здорового образа, 1160.03kb.
• Александр Китайгородский: «Кристаллы», 619.42kb.
• Урок за курс химии 8-11 класса Тема: «Обобщение и систематизация знаний за курс химии, 164.62kb.
• Лекция Геометрия (текстура) пористых тел, 291.61kb.
• К уроку химии, 391.03kb.
• Конспект урока химии в 10 классе Тема урока, 54.04kb.
• Тема Методика обучения химии как наука и учебный предмет в педвузе, 398.5kb.
• Тема урока: Реальные кристаллы. Аморфные тела, 50.1kb.
• Урок химии в 9 классе Тема: История в металлах, металлы в истории, 101.92kb.

НОУ СОШ «ВЕНДА»


Реферат


по химии


Тема: кристаллы.


Выполнила: ученица 9 класса

Самошина Татьяна.

Руководитель: Михальчук Л.В.


2006 г. Москва


В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Я сразу заинтересовалась темой «кристаллы»


Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.


Минералы, используемые для ювелирных целей или красивой чистого тона окраски. Большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светорассеиванием, с высокой твердостью и способностью принимать огранку.


Красота кристаллов всегда восхищала человека. Раньше считалось, что горный хрусталь (вид кварца)- это окаменевший лед, который никогда не растает. На самом деле кристаллы ( о греческого слова «Криос» - «ледяной холод») – это твердые тела со строгим внутренним расположением атомов, которому соответствуют симметрия их внешних гладких поверхностей – граней.

Структура кристалла

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. Это можно заметить, рассматривая соль с помощью лупы. А как геометрически правильна форма снежинки! В ней также отражена геометрическая правильность внутреннего строения кристаллического тела- льда.

Анизотропия кристаллов.

Однако, правильное внешнее форма не единственное, и даже не самое главное следствие упорядоченности строения кристалла. Главное- это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления.

Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы.

Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.


Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров – монокристалл. В обычных условиях, поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело.

К поликристаллам относятся не только металлы. Кусок сахара, например, тоже имеет поликристаллическую структуру. Большинство кристаллических тел – поликристаллы, так как состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы-монокристаллы, так как имеют правильную геометрическую форму и их свойства различны по разным направлениям.

Кристаллы образуются при охлаждении расплавов или насыщенных растворов (с понижением температуры растворимость обычно уменьшается и при испарении растворителя). Иногда кристаллы образуются непосредственно при охлаждении паров (снег) или на холодных поверхностях ( сублимация). Кристаллы растут с ограниченной скоростью, так как частицы вещества отлагаются, образуя грани.


Практическая часть.

1. Кристаллы можно выращивать только из насыщенных растворов  различных солей.
   
2. Кристаллы разной формы можно получить, меняя температуру, величину  кристаллов – зародышей, размеры сосуда, создавая  тем самым оптимальные для роста условия.
   
3. Работа должна вестись с радостью, без принуждения, ведь кристаллы способны накапливать  энергию, излучать ее. Прекрасное же должно дарить только положительные эмоции, радость!
   

Один из способов.

Кристаллы выращивают из насыщенных (перенасыщенных) растворов веществ. На «затравке».

Затравкой или центром кристаллизации может являться кристаллик данного вещества или любой другой центр кристаллизации (волокно).

Медный купорос.

Для того, чтобы вырастить кристалл медного купороса, я поступала следующим образом: к 100г очень горячей воды добавила кристаллы Cu SO4 * 5H2O до получения насыщенного раствора.

Опускаю в насыщенный горячий раствор кристаллик на хлопчатобумажной нити (нить с «затравкой») и ставлю раствор в теплое место (вода испаряется и раствор все время является насыщенным)


Форма кристалла.


Кристаллическая структура твердого вещества определяется 3 факторами:

а) химическим составом вещества, т.е. природой и числом атомов, ионов или молекул, которые входят в его состав;

б) размерами этих атомов, ионов или молекул;

в) природной сил, удерживающей эти частицы в решетке : ковалентная, электровалентная и металлические связи, вандерваальсовы силы ( а также водородные связи)

Кристаллы отличаются правильной огранкой, ограниченными плоскими гранями, пересекающимися на ребрах, которые в свою очередь пересекаются в вершинах. Формы кристаллов очень разнообразны




РИСУНОК №1


Кристаллы одного и того же состава могут различаться по форме в зависимости от условий кристаллизации – одни грани могут быть более развитыми, чем другие. Это явление не имеет особого значения, поскольку кристалл характеризуется не формой грани, а углами между ними. Углы между гранями постоянны у всех кристаллов данного вещества одной кристаллической формы. Следовательно, идентичность двух кристаллов устанавливают по углам между ними, соответствующими гранями.


Повторение в пространстве элементов многранного кристалла (граней, ребер) называется симметрией кристалла. Симметрия кристалла определяется операциями симметрии и, которые заключаются в поворотах кристалла в пространстве таким образом, чтобы на месте одной грани появилась другая, эквивалентная первой, т.е. грань, образующая те же углы, что и первая, относительно системы координат, совмещенной с центром кристалла. Например, если кристалл, повернуть на 90 градусов вокруг оси, проходящей через 2 его вершин, то он совмещается сам с собой. Ось, вокруг которой произошло вращение, называется осью симметрии кристалла, представленной на рисуночке 2., кристалл, может быть, повернут вокруг оси 4 раза, пока исходная грань не возвратиться в первоначальное положение. Этот кристалл имеет четверную ось симметрии. Другие кристаллы обладают двойной, тройной или шестерной осью симметрии, так что грань возвращается в эквивалентное начальному положение после вращения на 180, 120 и 60 градусов соответственно.

Плоскость, делящая кристалл на две равные части, при отражении в которой (как в двухстороннем зеркале) одна часть совмещается с другой, называется плоскостью симметрии.. Центром симметрии называется точка внутри кристалла, по отношению к которой все грани, ребра и вершины (точнее любая точка кристалла) симметричны. В кристалле с центром симметрии каждой гране соответствует противоположная параллельная грань.

1. Кубическая система: три взаимно перпендикулярные оси со всеми равными отрезками. Примеры: алмаз, золото, серебро, хлорид натрия, фторид кальция, сульфит цинка.
   

2. Квадратная система: три взаимно перпендикулярные оси с двумя равными отрезками. Примеры: окись титана (IV) (рутил), окись олова (IV).
   
3. Ромбическая система: три взаимно перпендикулярные оси с тремя отрезками различной длины. Примеры: сера, нитрат калия, сульфат калия, сульфат бария.
   
4. Моноклинная система: три оси, из которых две перпендикулярны друг другу, а третья перпендикулярна только одной из них; все отрезки имеют различную длину. Примеры: сера, дигидрат сульфата калия (гипс), криолит, бура
   
5. .
   
6. Триклинная система: все три оси пересекаются под углами, не равными 90 градусов, все отрезки имеют различную длину. Примеры: пентагидрат сульфата мети (II), бихромат калия.
   
7. Гексагональная система: четыре оси, из которых три лежат в одной плоскости под углом 60 градусов друг к другу, а четвертая перпендикулярна этой плоскости; отрезки на копланарных осях равны, отрезок на четвертой оси отличается от предыдущих трех. Примеры: металлические магний, цинк, окись кремния (IV) (кварц), сульфид ртути (II) (киноварь).
   
8. Тригональная система или ромбоэдрическая: три одинаково наклоненные, но не перпендикулярные оси, все отрезки равны. Примеры: мышьяк, сурьма, висмут, карбонат кальция (кальцит), карбонат магния (магнезит), нитрат натрия.
   

Все кристаллы за исключением тех, которые принадлежат кубической системе, обладают свойствами, зависящими от направления. Такие кристаллы называются анизотропными; в отличие от них кубические кристаллы (и аморфные вещества), свойства одинаковы во всех направлениях, называются изотропными.

Снежинки

Одним из самых интересных и можно сказать захватывающих проявлений анизотропии являются процессы образования и роста кристаллов.. Это «типовые» проекты архитектуры «маленьких чудес» (как назвал их Г. Вейль) – снежинок. С точки зрения структуры не удивительно, что снежинки обладают шестерной симметрией, поскольку кристаллы льда относятся к гексагональной симметрии. Но почему же всегда образуются шестилучевые звездочки?

Ответ на этот вопрос мы должны искать в механизмах кристаллизации. Как известно, кристаллы образуются в том случае, когда переход частиц из хаотического состояния в газе или растворе в кристаллическую решетку является энергетически выгодным процессом и сопровождается выделением тепла (в противоположность этом, растворение кристалла требует затраты энергии, отчасти компенсируемой при сольватации). Выделение тепла в единицу времени при кристаллизации тем больше, чем чаще происходит элементарный кристаллизационный акт, т.е. воссоединение хаотически блуждающей частицы с поверхностью растущего кристалла. Вполне понятно, что вероятность этого случая (при прочих равных условиях) больше на тех местах кристалла, где атомы в решетке расположены наиболее часто. И все же возникает 2 вопроса, связанные с формой снежинок.



РИСУНОК №2

Первое, очевидно, можно объяснить тем, что наиболее прочно молекулы воды связываются с другими молекулами в своем слое (тремя связями по сравнению с одной связью между слоями). Следовательно, выигрыш в энергии и вероятность присоединения наибольшая при росте «вширь» (только это и успевает сделать снежинка за свою недолгую жизнь).

Своеобразие же формы связано с тем, что вершина шестиугольника несколько выступает по отношению к его граням и обладает поэтому наибольшей вероятностью захвата новых частиц. Присоединение молекул происходит неконцентричекскими шестиугольниками, преимущественно в вершинах первоначальной фигуры. Это обуславливает повышенную скорость роста в этих направлениях и формирование узора в виде шестиугольных звездочек. Боковые отростки в лучах каждой снежинки формируются по такому же принципу.


Драгоценные камни.

Минералы, используемые для ювелирных целей или красивой чистого тона окраски. Большинство драгоценных камней отличаются блеском, прозрачностью, сильным светорассеиванием, с высокой твердостью и способностью принимать огранку


Кристаллы и их роль в современном мире.


    Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный. Кристаллы используются также в некоторых мазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.