Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях»

«Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях»

Цель исследования: выращивание жидких кристаллов в домашних условиях.

Скачать:

Вложение Размер
sektsiya.docx 391.91 КБ

Предварительный просмотр:

Секция «Техническое творчество, физика, робототехника»

Проектная работа на тему:

«Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях»

Ученицы 7 класса

МБОУ г. Астрахани «Гимназия №1»

Петрова А. С., Тутаринова А. А.,

Учитель физики МБОУ г. Астрахани «Гимназия №1»

Ракин Григорий Валерьевич

Астрахань 2016 г.

Глава 1. Основные свойства жидких кристаллов и история их открытия4

1.1 Основные свойства жидких кристаллов 4

1.2. История открытия жидких кристаллов5

1.3. Обоснование использования жидких кристаллов5

Глава 2. Выращивание жидких кристаллов в домашних условиях6

Выращивание кристаллов действительно увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства начинающих физиков, максимально безопасное с точки зрения техники безопасности, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты дома. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы. А также неотъемлемой частью нашей жизни стали приборы на основе жидких кристаллов, но их изготовление является технологически сложным процессом и требует больших финансовых затрат. Мы же хотим найти метод получения жидких кристаллов без существенных финансовых затрат. Поэтому наша тема актуальна .

Цель исследования : выращивание жидких кристаллов в домашних условиях.

1. Изучить источники по данной тематике.

2. Провести эксперимент по созданию жидких кристаллов.

3. Сделать выводы по результатам эксперимента.

Гипотеза : жидкие кристаллы можно вырастить дома без каких-либо специальных приборов из подручных ингредиентов

Объект исследования : жидкие кристаллы.

Предмет исследование : возможность выращивания жидких кристаллов в домашних условиях.

— изучение и анализ литературы;

— анализ полученных данных.

Характеристика личного вклада авторов работы в решение данной проблемы состоит в выборе необходимых ингредиентов для выращивания жидких кристаллов.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ И ИСТОРИЯ ИХ ОТКРЫТИЯ.

1.1 Основные свойства жидких кристаллов

Все окружающие нас тела в основном находятся в твёрдом состоянии. Твердые тела делятся на два вида – кристаллы и аморфные тела. Кристаллы – это твёрдые тела, атомы и молекулы и которых занимают определенное упорядоченные положения в пространстве. У аморфные тел строго порядка в расположении атомов нет. Но есть тела соединяющие в себе свойства и тех и других.

Жидкий кристалл – это специфическое агрегатное со стояние вещества, в котором оно проявляет одновременно свойства кристалла и жидкости. Сразу надо оговориться, что далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном.

Оказывается, некоторые органические вещества, обладающие сложными молекулами, кроме трех названных состояний, могут образовывать четвертое агрегатное состояние — жидкокристаллическое. Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении образуется жидкокристаллическая фаза, отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость.

Чем же жидкий кристалл отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обычной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидкостью, он обладает свойством, характерным для кристаллов. Это — упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не такое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное пространственное упорядочение молекул, образующих жидкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристаллах нет полного порядка в пространственном расположении молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой кристаллической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, подобно обычным жидкостям, обладают свойством текучести.

Поведение жидких кристаллов не всегда удается описать с помощью привычных методов и понятий. Но именно в этом и заключена их привлекательность для исследователей, стремящихся познать еще неизведанное.

1.2. История открытия жидких кристаллов

Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. Также было установлено, что если на какие то участки кристалла подать напряжение, то С этого момента и начинается история обширного применения жидких кристаллов.

1.3. Обоснование использования жидких кристаллов

В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материального производства. В этом отношении не являются исключением и жидкие кристаллы.

Мы стали всё чаще встречаться с термином «жидкие кристаллы».
Мы общаемся с ними, и они играют немаловажную роль в нашей жизни Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслей производственной деятельности.
Внедрение жидких кристаллов означает экономическую эффективность, простоту, удобство. Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства.

Мир жидких кристаллов бесконечно велик и охватывает широчайший круг природных и синтетических объектов, привлекая внимание не только ученых — физиков, химиков и биологов, но и исследователей-практиков, работающих в самых разнообразных отраслях современной техники (электронике, оптоэлектронике, информатике, голографии и т. п.). Однако процесс создания жидких кристаллов требует больших материальных затрат. Поиск новых способов получение жидких кристаллов снизит затраты на их получение и откроет новые возможности для их применения.

ГЛАВА 2. ВЫРАЩИВАНИЕ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Жидкие кристаллы в своём роде – это всё же органические вещества, поэтому в них происходят различные окислительные процессы, они стареют, что влияет на их качество. Решить эту проблему возможно, если поместить каждую частицу жидкого кристалла в отдельную «капсулу». Для этих целей мы решили использовать пищевой желатин в виду его дешевизны и доступности. Но недостатком такого метода решения является то, что желатин сам подвержен окислительным процессам.

Итак, для того, чтобы вырастить жидкий кристалл в домашних условиях мы решили воспользоваться подручными предметами, которые есть дома у каждого. Вот перечень необходимых для этого приборов и материалов:

В качестве красителя мы решили использовать два варианта:

1. Перманганат калия (марганцовка) и раствор бриллиантового зелёного (зелёнка).

2. Люминесцирующая краска

Сам процесс выращивания жидких кристаллов будет состоять из нескольких шагов:

Шаг 1. Замочим два листа желатина и дадим ему настояться. Дав ему постоять, добавим пять столовых ложек воды, и отправим все вместе в емкости на медленный огонь. Помешивая ложкой, доведём желатиновую массу до однородной консистенции.

Рисунок 1. Процесс приготовления желатина

Шаг 2. Мы приготовили форму для отливки кристаллов. Мы взяли прямоугольный пакет и, поставив воронку в большую кружку, опустили в воронку сам пакет.

Шаг 3. Слегка остывшую желатиновую массу перелейте в пакет и добавим красители.

Рисунок 2. Процесс заливки в форму желатина и красителя

а) раствор бриллиантового зелёного, б)люминесцирующая краска

Шаг 4. Заготовки для кристаллов отправим в холодильник до полного их застывания.

Шаг 5. После того как пройдёт несколько часов наш жидкий кристалл будет готов, и мы можем посмотреть, что получилось.

Рисунок 2. Жидкие кристаллы, полученные на основе

а) раствора бриллиантового зелёного, б) люминесцирующей краски

Как можно увидеть из опыта жидкие кристаллы, изготовленные на основе перманганата калия, а также раствора зелёного бриллиантового имеют более чёткое очертание и более чёткую геометрическую форму. Это объясняется особенностью химического состава зелёнки. В то время как кристаллы, изготовленные на основе люминесцирующей краски имеют способность светиться в темноте.

Мир жидких кристаллов бесконечно велик и охватывает широчайший круг природных и синтетических объектов. Они вызывают интерес у учёных во многих областях знаний: физиков, химиков и биологов, а также исследователей-практиков, работающих в самых разнообразных отраслях современной техники (электронике, оптоэлектронике, информатике, голографии и т. п.).

В нашей работе мы показали, что создание жидких кристаллов в реальных условиях – это вполне реально. Причём необходимые инструменты и ингредиенты есть дома у каждого.

Конечно, ни те кристаллы, которые используют в промышленных целях, но мы надеемся, что в дальнейшем также легко можно будет создавать и их.

nsportal.ru

Выращивание кристаллов из растворов

Выращивание расщепленных кристаллов

Чтоб получить расщеплённый кристалл, допустим, медного купороса, надо сделать насыщенный раствор, а затем в раствор медного купороса добавить несколько капель глицерина – его относительно крупные молекулы оседают на гранях растущего кристалла и вызывают его расщепление. Можно поэкспериментировать и с другими веществами, например с квасцами. Добавляя глицерин в каплю раствора квасцов, кристаллизацию которого мы наблюдали под микроскопом, мы получили очень сильно расщепленные сноповидные кристаллы, по своему внешнему виду напоминающие какие-то фантастические цветы.

Выращивание зональных кристаллов квасцов

Зональный кристалл можно вырастить по следующей технологии. Нужно начать растить кристалл квасцов, лучше ярко окрашенных (хромокалиевых или любых других с добавленным пищевым красителем), а затем опустить этот кристалл в раствор изоморфного вещества другого цвета. Это могут быть бесцветные квасцы или квасцы другого цвета. Причём, чем большее количество раз вы смените раствор с красителями разного цвета, тем больше будет зон роста. Однако при использовании красителей следует помнить, что они должны быть химически инертными, то есть не вступать в реакцию с раствором квасцов, иначе очень высока вероятность того, что кристалл изменит форму роста. Если же брать изоморфные вещества, то лучше всего сначала вырастить кристалл хромокалиевых квасцов, имеющих темно-фиолетовый цвет, а затем опустить выращенный темный кристалл в раствор алюмокалиевых, железоаммонийных или алюмоаммонийных бесцветных квасцов. Зоны роста можно наблюдать и в бесцветных алюмокалиевых квасцах – с изменением концентрации меняется количество газово-жидких включений, более чистым кристалл растёт при меньшей пересыщенности. В конце опыта полученный кристалл можно распилить и на спиле увидеть все его зоны роста, связанные с изменением состава раствора или концентрации

Выращивание кристаллов квасцов смешанного состава

При выращивании кристаллов чистых хромокалиевых квасцов я столкнулся со следующей сложностью: они начинали довольно быстро обезвоживаться, белеть и рассыпаться. Проводя опыты по выращиванию зональных кристаллов квасцов, я заметил, что если смешать растворы хромокалиевых квасцов и каких-либо бесцветных квасцов (алюмокалиевых, железоаммонийных или алюмоаммонийных), то вырастают кристаллы со смешанным составом. Они обладают устойчивостью к выветриванию, нехарактерной для хромокалиевых квасцов, становятся светлее и прозрачнее из-за того, что хромофора стало меньше в общем составе, а ещё становится возможным наблюдать интересный эффект: при дневном освещении такие кристаллы кажутся сиреневыми, под лампой накаливаниягусто-фиолетовыми. Ниже я привёл фотографии таких квасцов при разном освещении. Экспериментируя с соотношениями растворов разных квасцов можно получать как едва окрашенные кристаллы, так и кристаллы с очень густой окраской.

Получение ацетата меди и выращивание его кристаллов

Обнаружить в готовом виде ацетат меди нам не удалось, поэтому сначала нам пришлось его приготовить. Для этого я взял сульфат меди, бикарбонат натрия и склянку с небольшим количеством воды, в которую я постепенно добавлял и оба этих вещества. В результате их бурной реакции образовывался осадок карбоната меди небесно-голубого цвета. Он мало растворим в воде, поэтому для его очищения от побочных продуктов реакции мы отфильтровали его и промыли водой, после чего оставили сушиться на фильтровальной бумаге. Образовавшийся порошок мы растворили в уксусной кислоте, добавляя его небольшими порциями. После этого мы выпарили жидкость и получили кристаллы чистого ацетата меди, которые в дальнейшем использовали как затравки и для получения раствора. В итоге нам удалось вырастить несколько кристалликов ацетата меди: они имеют интересную форму, очень насыщенный цвет, при слабом освещении кажутся чёрными и непрозрачными, а под микроскопом при скрещенных николях виден очень сильный плеохроизм.

Авторские права на все тексты, фотографии и рисунки, использованные на сайте, принадлежат Лобастову Борису Михайловичу, за исключением изображений, отмеченных особо.
Любое копирование материалов без ссылки на данный сайт запрещено.
Этот сайт пользуется сервисом Google Analytics, пользующимся cookie-файлами, которые осуществляют сбор анонимных данных трафика.
(с) LBM02, 2011 — 2016

lbm02.jimdo.com

Geolib.net

Справочник по геологии

Образование и рост кристаллов

Кристаллы возникают при переходе вещества из любого агрегатного состояния в твердое. Главным условием образования кристаллов является понижение температуры до определенного уровня, ниже которого частицы (атомы, ионы), потеряв избыток теплового движения, проявляют присущие им химические свойства и группируются в пространственную решетку.

Способы и факторы зарождения кристаллов

При температурах, измеряемых тысячами градусов, ни одно из известных в природе веществ в кристаллическом состоянии существовать не может. Вторым важным условием является давление. Температура и давление – это термодинамические условия существования кристаллического вещества. Высоко нагретое вещество при охлаждении может проходить стадии газообразной смеси, жидкости, расплава, твердого состояния. Поэтому возможны три способа образования кристаллов.

  1. Кристаллизация путем возгонки – переход непосредственно из газообразного состояния к твердому. В этом случае кристаллы образуются прямо из пара, минуя жидкую фазу. Примером могут служить возгонка и перекристаллизация йода. В природе этот процесс происходит в кратерах, вулканических трещинах (налеты нашатыря, серы и др.). Зимой при ясной морозной погоде в воздухе образуются снежинки.
  2. Раскристаллизация в твердом состоянии – переход из твердого состояния в твердое. Здесь возможны два процесса. Первый – кристаллическое вещество может образовываться из аморфного. Так, с течением времени раскристаллизовываются стекла и содержащие стекло вулканические породы. Второй процесс – перекристаллизация: структура одних веществ разрушается и образуются новые кристаллы с иной структурой. Явления перекристаллизации широко распространены в природе и ведут к образованию новых минералов, горных пород и руд. Все метаморфические горные породы в той или иной степени являются перекристаллизованными. Под влиянием температуры, давления и других факторов известняк, например, переходит в мрамор, глинистые породы – в филлиты и кристаллические сланцы, кварцевые песчаники – в кварциты.
  3. Кристаллизация из расплавов и растворов – основной способ образования кристаллов в природе. Так образуются из огненно-жидкого силикатного расплава (магмы) массивные кристаллические породы – граниты. На дне озер, заливов и в море отлагаются кристаллы солей. Из расплавов и растворов выращиваются искусственные кристаллы (например, технические и драгоценные камни: пьезокварц, карборунд, рубин, алмаз, сапфир и др.).

Таким образом, основное условие зарождения – переохлаждение или перенасыщение. Зарождение кристаллов – переохлаждение или перенасыщение. Зарождение кристаллов может идти самостоятельно. Но иногда для роста кристаллов достаточным бывает наличие мельчайших кристалликов самого кристаллизуемого вещества или близких к нему по строению частиц других твердых веществ. Процесс образования кристаллов проходит скачкообразно, с выделением энергии, с перегруппировкой частиц, с резким изменением первоначальных свойств. Кристаллизационная способность у различных веществ неодинакова, она определяется количеством центров кристаллизации, образующихся в единицу времени в единице объема, и скоростью роста кристаллов. При большой скорости образования центров кристаллизации возникает много мелких кристаллов, при малом количестве центров возникают крупные кристаллы.

Как вырастить кристалл из соли дома

Можно самостоятельно проводить опыты по выращиванию кристаллов. Предварительно приготовляется измельченная в порошок навеска той или иной соли (квасцы, медный купорос и др.). Навеску насыпать в химически стеклянный или фарфоровый стакан и налить с помощью градуированной мензурки требуемое количество воды. Покрыв круглым (часовым) стеклом стакан, нагрейте его содержимое, чтобы ускорить растворение соли в воде. Затем полученный раствор профильтруйте.

Таблица 1 — Растворимость солей (в граммах) в 100 см 3 воды.

Калиево-алюминиевые квасцы KAl[SiO4]·12H2O Натровая селитра

3,9 73 76,9 31,6 10 9,5 80,6 93,8 37 20 15,1 88,5 115,9 42,3 30 22 96,6 146,3 48,8 40 30,9 104,9 179,3 56,9

Отфильтрованную жидкость поместите в специальный стакан с широким дном и низкими стенками. В стакане раствор остывает и интенсивно испаряется, чему способствует характерная форма стакана, создающая большую поверхность испарения. В результате охлаждения и испарения получается сначала насыщенный, а затем перенасыщенный раствор (в нем содержится избыток растворенного вещества). При этом в кристаллизаторе начинают выпадать кристаллики. На следующий день (после приготовления раствора) нужно выбрать несколько или один из выпавших кристалликов, слить осторожно раствор в чистый кристаллизатор и поместить туда отобранные кристаллы – «завтраки». «Завтраками» называются твердые частицы, способные вызывать кристаллизацию. Для получения хорошо ограненного (изометричного) кристалла следует выращивать его на волоске, или нитке-шелковинке. Кристаллы, выращенные на дне сосуда, будучи стеснены в росте, приобретут неправильную форму (сплюснутые, вытянутые). По истечении некоторого срока, когда раствора станет мало, следует приготовить свежий раствор и перенести в него кристалл. Список оборудования для выращивания кристаллов: реактивы, ступка (фарфоровая), весы с разновесами (аптекарские), два стакана (химических или фарфоровых), мензурка, горелка, асбестовая сетка, круглое часовое стекло, стеклянная палочка для размещения раствора, воронка, фильтровальная бумага, штатив для воронки, стакан с широким дном, пинцет, термометр. Удобный материал для получения хорошо образованных кристаллов представляют алюминиевые квасцы. Растворимость квасцов в горячей воде значительно больше, чем в холодной, поэтому мы можем ускорить процесс, охлаждая насыщенный раствор. Растворите квасцы в горячей воде до пределов растворимости; получится насыщенный раствор. Опыт показывает, что в 200 г горячей воды можно растворить 25 г квасцов. На нитках-шелковинках, опущенных в раствор, вырастают кристаллы правильной формы, свойственной квасцам – октаэдры. С нитки удалите мелкие и неправильные кристаллы и оставьте один лучший, который будет постепенно нарастать. Вещество квасцов равномерно оседает на гранях свободно растущего кристалла. При охлаждении насыщенного раствора (75 г хромовых квасцов на 20 г воды) до температуры 11⁰С на дно сосуда выпадают корки мелкозернистых кристаллов. Правильные кристаллы хромовых квасцов в виде октаэдров фиолетового цвета растут на нитках, опущенных в раствор. Кристаллы алюминиевых квасцов могут расти в растворе хромовых и наоборот, так как у тех и других одинаковый тип пространственной решетки. Поместите растущий на нитке фиолетовый кристалл хромовых квасцов в насыщенный раствор алюминиевых квасцов – вы получите двухслойный кристалл с фиолетовым внутренним октаэдром и наружным бесцветным.

Наиболее удачный результат получается при выращивании кристаллов медного купороса из раствора, концентрацией 29,2% при охлаждении его до 13,5⁰С. В 200 г воды при подогревании растворите 82,5 г растертого в порошок медного купороса. Раствор пропустите через бумажный фильтр. Спустя 14-15 часов выпадут хорошо образованные кристаллы до 1,5 см в длину. Кроме квасцов и медного купороса, хорошо кристаллизуется двухромовокислый калий. Опыт по самоогранению кристалла: придайте выращенному кристаллу квасцов (обтачиванием напильником) форму шара, снова опустите его в насыщенный маточный раствор и следите за его ростом. Через 1-2 дня вы заметите, что на шарике появляются грани и через неделю вместо шарика снова образуется правильный октаэдр.

www.geolib.net

Агрегатные состояния вещества Урок физики 8 класс. — презентация

Презентация была опубликована 3 года назад пользователемЛариса Колзакова

Похожие презентации

Презентация 8 класса по предмету «Физика и Астрономия» на тему: «Агрегатные состояния вещества Урок физики 8 класс.». Скачать бесплатно и без регистрации. — Транскрипт:

1 Агрегатные состояния вещества Урок физики 8 класс

3 Цели урока Изучить физические особенности в строении и свойствах различных веществ. Сформировать понятия: плавления, кристаллизация, испарение, конденсация, сублимация, десублимация.

4 Актуализация знаний — Из чего состоит вещество? — Дайте понятие внутренняя энергия тела — От чего зависит внутренняя энергия тела? — В каких агрегатных состояниях может находиться вещество?

5 Тест п/п Прав ил ответ Критерии оценок: «5»-7,8, «4»-6,5, «3»-4,3, «2»-2.

6 Изучение нового материала Свойства жидкостей, газов и твердых тел; Особенности в строении газов жидкостей и твердых тел.

7 Строение воды в различных агрегатных состояниях

9 Плавление Твердое состояние жидкое

10 Кристаллизация Жидкость твердое тело

11 Парообразование Жидкость пар

12 Конденсация Пар жидкость

13 Сублимация Твердое тело газ примером служат: сухие духи, нафталин, ароматизированные свечи

14 Десублимация Газ твердое тело

15 Объясните какому процессу соответствует рисунок

16 Домашнее задание § 37 учебника; вопросы и задания к параграфу Выполнить практическую работу: выращивание кристаллов соли.

www.myshared.ru

Читать еще:  Как в домашних условиях выращивать карпа в?
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector