Výzkumný projekt Pěstování krystalů z kuchyňské soli doma – Přírodní vědy – Dětské výzkumné projekty – Vzdělávání a rozvoj – Pochemuchka – Webové stránky pro děti a jejich rodiče
Výzkumný projekt Pěstování krystalů z kuchyňské soli doma
„Téměř celý svět je krystalický.
Světu vládne krystal a jeho
pevné, jednoduché zákony.”
A. E. Fersman.
V současné době se krystalografie zabývá rozmanitostí krystalů. Po prostudování literatury jsme se dozvěděli, že krystaly si lze vypěstovat svépomocí! Toto téma nás velmi zaujalo a rozhodli jsme se vypěstovat krystal z obyčejné kuchyňské soli. Koneckonců by měl být velmi krásný! Ale jak na to a jaká opatření přijmout, jsme nevěděli. Proto jsme se rozhodli tento proces prostudovat.
Proto bylo zvoleno téma výzkumu: „Pěstování krystalů kuchyňské soli doma.“
Relevance výzkumu je, že pěstování krystalů je fascinující činností, nejjednodušší, nejdostupnější a nejlevnější pro většinu mladých objevitelů. Vysvětluje se to zájmem o vznik krystalů různých tvarů a barev v kteroukoli roční dobu.
Objektivní: Naučte se, jak si doma vypěstovat krystaly kuchyňské soli
Úkoly:
• naučit se, co jsou krystaly;
• studovat proces pěstování krystalů;
• seznámit se s bezpečnostními opatřeními při práci s kuchyňskou solí;
• vypěstovat krystal ze soli;
• analyzovat získané výsledky.
Předmět studia – krystaly.
Předmět studia — proces krystalizace.
Výzkumná hypotéza: Předpokládáme, že krystaly kuchyňské soli lze pěstovat doma.
Metody výzkumu:
• akumulace teoretického materiálu, syntéza, analýza, zobecnění;
• provádění experimentálních aktivit s cílem získat krystaly z kuchyňské soli.
• pozorování;
• experimentovat;
• analýza získaných výsledků výzkumu.
Potřebné vybavení:
• Kuchyňská sůl (lze zakoupit v obchodě s potravinami)
• Nádoba, ve které budeme pěstovat náš krystal
• Vlákno
• Tužka
Obsah
Nyní se přímo přesuňme k obsahu naší výzkumné práce a sledujme její průběh.
Krystaly v jeskyních
Slovo „krystaly“ jsme poprvé slyšeli v hodinách okolního světa od naší učitelky – Makarevové Liliye Gennadyevny. Při studiu tématu: „Úžasné je poblíž“ jsme při prezentaci látky viděli jeskyni s neobvyklými kameny, byly průhledné a měly špičatý tvar.
Zeptali jsme se Liliji Gennadyevny: „Proč mají kameny tak neobvyklý tvar?“ a ona odpověděla, že je to krystal, proto má tak neobvyklý tvar.
Tehdy jsme chtěli vědět, co je to krystal.
Pěstování krystalů ochlazením nasyceného roztoku
Ukazuje se, že krystaly se dají vyrobit doma. Oba jsme se studie zúčastnili. Krystaly se pěstují různými způsoby.
Například ochlazením nasyceného roztoku soli. S klesající teplotou se rozpustnost většiny látek snižuje a říká se, že se srážejí. Nejprve se v roztoku a na stěnách nádoby objevují drobné krystalky – jádra.
Pokud je ochlazování pomalé a v roztoku nejsou žádné pevné nečistoty (například prach), vytvoří se málo jader a ty se postupně mění v krásné krystaly pravidelného tvaru. [2, s. 16]. Při rychlém ochlazování vzniká mnoho krystalizačních center a samotný proces je aktivnější.
Obr. 3. Roztok kuchyňské soli.
V tomto případě nezískáte krystaly správného tvaru, protože jich roste mnoho a vzájemně se ovlivňují, jako by několik vrstev parket pracovalo ve stejné místnosti.
Pěstování krystalů odstraněním vody z nasyceného roztoku
Dalším způsobem, jak pěstovat krystaly, je postupné odstraňování vody z nasyceného roztoku. A v tomto případě platí, že čím pomaleji se voda odstraňuje, tím lepší je výsledek.
Otevřenou nádobu s roztokem můžete nechat dlouho při pokojové teplotě – voda se bude pomalu odpařovat (zejména pokud na ni položíte list papíru, který roztok také ochrání před prachem). Rostoucí krystal lze buď zavěsit v nasyceném roztoku na tenké pevné niti, nebo umístit na dno nádoby. V druhém případě je třeba krystal pravidelně obracet na druhou stranu. Roztok se časem odpařuje a pokud je horní část krystalu vystavena vzduchu, může to zničit celý krystal. Abyste tomu zabránili, přidávejte roztok podle potřeby.
I kdyby náš původní krystal měl nepravidelný tvar, dříve či později napraví všechny své vady a nabude tvaru charakteristického pro danou látku.
Pěstování krystalů z kuchyňské soli.
Pro naši výzkumnou práci jsme si zvolili pěstování krystalů z kuchyňské soli. Pěstování krystalů je zajímavý a zábavný proces, který však vyžaduje pečlivý a obezřetný přístup k práci. Čas od času je nutné krystalizátor vyčistit: roztok scedit a odstranit malé krystaly, které vyrostly na hlavním krystalu, stejně jako na stěnách a dně nádoby. Teoreticky je velikost krystalu, který lze tímto způsobem vypěstovat doma, neomezená. Jsou známy případy, kdy nadšenci získali krystaly takové velikosti, že je mohli zvednout pouze s pomocí přátel.
Tvar krystalů stejné kuchyňské soli závisí na mnoha faktorech:
1) Pokud je počáteční koncentrace velmi vysoká, vypěstujete drúzu (sražené krystaly).
2) Je vhodné udržovat stejnou teplotu po celou dobu růstu krystalu, protože i drobné změny mohou ovlivnit jeho tvar.
3) Pokud roztok není dostatečně čistý nebo se do něj dostane prach, může to výrazně ovlivnit tvar krystalu.
4) Velmi často je nutné z nějakého důvodu (například pro změnu roztoku) odstranit krystal z roztoku [5, s. 25].
NIKDY nemanipulujte s krystalem rukama: na rukou je vždy vrstva kožního mazu, která, když se dostane na rostoucí okraj krystalu, brání jeho růstu. Pro získání krystalu je velmi vhodné použít pinzetu (nejlépe chromovanou). Krystaly mají svou zvláštnost, krystaly by měly být hladké a průhledné, jako sklo. Při častém dotýkání se krystalu, skladování na čerstvém vzduchu, na světle však pozorujeme jeho zakalení: krystal zvětrává, tj. ztrácí vodu, která je vždy součástí jeho složení.
Například pokud necháte krystal kamence otevřený na suchém vzduchu, postupně ztratí vodu, kterou obsahuje, a změní se na nevzhledný šedý prášek. Abyste ho ochránili před zničením, můžete ho pokrýt bezbarvým lakem.
Obr. 5 Potahování krystalu bezbarvým lakem
Krystaly lze pěstovat z různých látek: například z cukru, dokonce i kamenné krystaly – umělé pěstování kamenů, s přísnými pravidly týkajícími se teploty, tlaku, vlhkosti a dalších faktorů (umělé rubíny, ametysty, křemen, citríny, moriony) [3, s. 19].
Přípravná fáze pěstování krystalů
Doma to všechno samozřejmě nezvládneme, takže to uděláme jinak.
No, pojďme začít!
Pěstování krystalů soli. Vypěstujeme krystaly běžné kuchyňské soli. Postačí jakákoli jiná sůl (sůl – z chemického hlediska).
Obr. 6 Co je potřeba k pěstování krystalů z kuchyňské soli doma.
Také všichni máme doma běžnou kuchyňskou sůl, kterou jíme. Může se jí také říkat kamenná sůl – je to všechno stejné. K pěstování krystalů budeme potřebovat malou sklenici, do které budeme muset nalít solný roztok.
Příprava koncentrovaných roztoků
Nejprve si připravte co nejkoncentrovanější roztoky kuchyňské soli tak, že do nádoby s vodou přidáte sůl, dokud se další dávka soli po míchání nepřestane rozpouštět. Ideálně je samozřejmě voda, která neobsahuje rozpuštěné soli (tj. destilovaná), ale v našem případě můžete použít vodu z kohoutku. Nechte ji asi 5 minut odstát a nejprve promíchejte. Poté směs mírně zahřejte, aby se sůl úplně rozpustila. Za tímto účelem umístěte nádobu s roztokem do misky s teplou vodou. Během této doby se sklenice vody zahřeje a soli se rozpustí. Je žádoucí, aby teplota vody ještě neklesla. Poté přidejte další sůl a znovu promíchejte.
Tento krok je nutné opakovat, dokud se sůl nepřestane rozpouštět a neusadí se na dně sklenice. Získali jsme nasycený roztok. Nezapomeňte, že roztok musí být nasycený, to znamená, že při přípravě roztoku musí sůl vždy zůstat na dně sklenice (pro jistotu).
Pro informaci: přibližně 100 g kuchyňské soli se může rozpustit ve 20 g vody o teplotě 35 °C. S rostoucí teplotou se rozpustnost soli zvyšuje.
VAROVÁNÍ!
1. Roztok se nedá vypít.
2. Pokud se vám roztok dostane na ruce, opláchněte postižené místo pod tekoucí vodou.
3. Zabraňte kontaktu s očima.
Krystalové semeno
Nasycený roztok přefiltrujte přes plátýnko do nové sklenice. Aby nedošlo k předčasné krystalizaci, musí být filtrátová sklenice horká, proto ji před filtrací opláchněte horkou vodou. Nalijte ji do čisté nádoby o stejném objemu a zbavte se přebytečné soli na dně.
Nyní si vybereme velký a dobře tvarovaný krystal a přivážeme ho na nit.
Krystal bude sloužit jako semínko. Druhý konec nitě přivažte k bambusové nebo skleněné tyčince a semínko ponořte do roztoku tak, aby bylo uprostřed nádoby a nedotýkalo se stěn. Po umístění semínka do nádoby se s ním nesmí hnout. [6, s. 15]
Pokud se semeno na začátku experimentu rozpustilo, znamená to, že roztok nebyl nasycený.
Obr. 7 Vznik krystalů na niti.
Důvody mohou být několik:
Zaprvé, počáteční roztok nemusel být v kontaktu s krystaly dostatečně dlouho a neměl čas se nasytit.
Za druhé, pokud připravíte nasycený roztok a vložíte do něj krystal a poté se místnost zahřeje, rozpustnost se zvýší a zárodek se může rozpustit.
V každém případě přidejte do roztoku ještě několik lžic kuchyňské soli, promíchejte a nechte odstát (a poté znovu přefiltrujte).
Růst krystalů
Nádobu s otevřeným roztokem umístěte na teplé místo. Růst krystalu byste měli sledovat každý den, za žádných okolností sklenici s roztokem nezvedejte, neotáčejte ani s ní netřeste, jinak toto třesení způsobí neplánovanou, někdy i okamžitou krystalizaci v systému. Zbývá už jen čekat.
Po několika dnech bude růst krystalů viditelný vizuálně. Krystal kuchyňské soli se ukázal být 1 cm velký a obdélníkový.
Obr. 8 Růst krystalů
Krystaly byly opatrně spuštěny zpět do sklenic a po poměrně krátké době krystaly kuchyňské soli znatelně narostly.
Obr. 9 Náš experiment
Po nějaké době naše krystaly vyrostou z velké a krásné.
Fáze pěstování krystalů
Krystalky kuchyňské soli lze nyní usušit a potáhnout bezbarvým lakem (aby nevybledly).
Obr. 10. Hotové krystaly kuchyňské soli.
Rozdělme si tedy proces pěstování krystalů doma na hlavní fáze:
Krok 1: Rozpusťte sůl, ze které bude krystal růst, v teplé vodě (musíte ji zahřát tak, aby se rozpustilo o něco více soli, než se jí může rozpustit při pokojové teplotě). Rozpouštějte sůl, dokud si nebudete jisti, že se sůl již nerozpouští (roztok je nasycený!). Doporučuji použít destilovanou vodu (tj. neobsahující žádné jiné soli).
Fáze 2: Nalijte nasycený roztok do jiné nádoby, kde mohou růst krystaly (vzhledem k tomu, že se bude zvětšovat). V této fázi se ujistěte, že roztok příliš nevychladne.
Krok 3: Přivažte krystal soli k niti, nit přivažte například k zápalce a zápalku umístěte na okraj sklenice (nádoby), kam se nalévá nasycený roztok. Krystal ponořte do nasyceného roztoku.
Krok 4: Přeneste nádobu s nasyceným roztokem a krystalem na místo, kde není průvan, vibrace a silné světlo (pěstování krystalů vyžaduje dodržování těchto podmínek).
Krok 5: Přikryjte nádobu s krystalem něčím nahoře (například papírem), abyste zabránili vnikání prachu a nečistot. Nechte roztok několik dní.
Je důležité si pamatovat!
1. Krystal by neměl být odstraňován z roztoku během růstu bez zvláštního důvodu.
2. Nedovolte, aby se do nasyceného roztoku dostaly nečistoty, nejvýhodnější je použít destilovanou vodu.
3. Sledujte hladinu nasyceného roztoku, pravidelně (jednou nebo dva týdny) aktualizujte roztok, jak se odpařuje.
Závěr
Při této práci jsme zjistili, že svět krystalů je krásný a rozmanitý. Každý z jejích zástupců je jedinečný svými vlastnostmi, velikostí a strukturou. Kromě toho, že jsou krystaly krásné, hrají důležitou roli v životě člověka.
V průběhu naší práce jsme zkoumali velmi zajímavou vlastnost krystalů – jejich růst v umělém prostředí. Ukazuje se, že krystaly lze pěstovat doma bez jakéhokoli úsilí.
V důsledku výzkumu je hypotéza plně potvrzena: podařilo se nám doma vypěstovat krystaly kuchyňské soli.
Praktický význam studia je v tom, že se dá využít v hodinách o vnějším světě i v mimoškolních aktivitách.
Výzkumná práce se nám moc líbila. Během jejího provádění jsme se seznámili s metodami pěstování krystalů. Dozvěděli jsme se spoustu zajímavých a poučných věcí. Ale nejdůležitější je, že jsme si sami doma vypěstovali krystaly kuchyňské soli.