Выращивание и изучение физических свойств кристаллов медного купороса и перманганата

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Выращивание и изучение физических свойств кристаллов медного купороса и перманганата калия
  Выполнила: Вариксоо Елена Юкувна,
  ученица МОУ «Изборский лицей»
  Печорского района, 9 класс.
  Научный руководитель:
  учитель физики Кузьминых Олег Иннокентьевич,
  консультант Кузьмина Галина Ивановна,
  методист отделения физики ПОЦРОД и Ю
  
  Поэзия! Завидуй кристаллографии!
  Кусай ногти в гневе и бессилии! О.Э.Мандельштам
  
  

• 

  2 слайд

  Гипотеза:
  В домашних условиях можно вырастить кристаллы из смеси растворов, крупные кристаллы способом затравки и в лабораторных условиях изучить их некоторые физические свойства.
  Цель работы:
  Вырастить кристаллы медного купороса и перманганата калия, а также смеси растворов данных веществ.
  Изучить и рассчитать электропроводность выращенных кристаллов медного купороса. Определить к какому классу электропроводимости относится данное вещество.
  Изучить микротвердость и плотность кристаллов медного купороса.
  

• 

  3 слайд

  Актуальность работы.
  Аналогов этой работы нет. Сведений об микротвердости и электропроводности кристаллов медного купороса нет ни в литературных источниках, ни в Интернете. Сведения об электрическом сопротивлении кристаллов короткие: известно, что оно велико, но нет точных табличных данных.
  
  

• 

  4 слайд

  Объектом исследования
  является процесс выращивания и изучения физических свойств кристаллов медного купороса и перманганата калия.
  Предмет исследования – расчёт электропроводимости и микротвердости кристаллов медного купороса, выращенных в домашних условиях.
  
  

• 

  5 слайд

  
  В соответствии с поставленными целями были определены следующие задачи:
  
  Провести анализ научной и научно – популярной литературы по теме исследования и на этом основании:
  Вырастить кристаллы медного купороса, перманганата калия и из смеси растворов данных веществ в домашних условиях;
  Выявить объективные условия и изменения, происходящие с кристаллами при одинаковых условиях выращивания в зависимости от различного химического состава;
  Определить микротвердость выращенных кристаллов.
  Определить электропроводность выращенных кристаллов. Для выполнения некоторых частей данной задачи необходимо было создать «таблетку» из мелких кристаллов.
  Изучить полученные результаты (сравнить с табличными, если таковые есть).
  

• 

  6 слайд

  Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
  
  Теоретический анализ проблемы;
  Практические:
  выполнение лабораторных работ:
  по выращиванию кристаллов медного купороса, перманганата калия и их смеси.
  по созданию «таблеток» из мелких кристаллов для дальнейшего изучения их электропроводности.
  по измерению плотности и микротвердости.
  3. Применение метода компенсации для изучения электропроводности крупных кристаллов и «таблеток» медного купороса.
  
  
  
  
  

• 

  7 слайд

  Базой исследования являлись:
  лаборатория физики твёрдого тела физико–математического факультета Псковского педагогического университета имени С.М.Кирова
  частный дом в д. Раково Новоизборской волости Печорского района.
  кабинет физики МОУ «Изборский лицей»
  

• 

  8 слайд

  Содержание теоретической части:
  Кристаллы и их виды
  Свойства кристаллов
  Дефекты в кристаллах.
  Применение кристаллов.
  Образование и рост кристаллов.
  Методы выращивания кристаллов.
  Кристаллизация из растворов.
  Кристаллы в природе.
  

• 

  9 слайд

  Кристаллы и их виды
  Кристаллами называют твердые тела, в которых расположение атомов или молекул друг относительно друга периодически повторяется в пространстве при параллельном перемещении. Кристаллические тела делятся на два вида: поликристаллические и монокристаллические.
  

• 

  10 слайд

  Свойства кристаллов.
  
  Анизотропия
  Теплопроводность.
  Плавление
  Пластичность
  Упругость
  Хрупкость
  Электропроводность (проводимость), способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) — электроионов, ионов и др.
  

• 

  11 слайд

  Дефекты в кристаллах.
  Дефекты в кристаллах – это нарушение строгой периодичности частиц в кристаллической решетки.
  Бывают:
  точечные дефекты
  линейные дефекты
  поверхностные или двухмерные дефекты
  объемные или трехмерные.
  

• 

  12 слайд

  Методы выращивания кристаллов.
  Метод Чохральского, разработан в 1918 году;
  Метод вертикальной направленной кристаллизации (ВНК) создан в 1924 И. В. Обреимовым и Л. В. Шубниковым;
  Метод горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) разработан в Институте кристаллографии АН;
  Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля.
  Кристаллизация из растворов.
  
  

• 

  13 слайд

  Использованный метод выращивания.
  Простейшим вариантом выращивания является высокий сосуд, в нижней части которого помещается исходное вещество, а в верхней подвешивается затравка. В результате возникает конвекция раствора, обеспечивающая постоянный перенос вещества снизу вверх, в зону роста.
  
  

• 

  14 слайд

  Практическая часть.
  Выращивание кристаллов медного купороса методом затравки.
  Дневник наблюдений. Мелкие кристаллы со дна емкости также взяты для исследования.
  
  

• 

  15 слайд

• 

  16 слайд

  Измерение микротвёрдости кристалла медного купороса.
  Расчёт числа твёрдости.
  Цель работы: рассчитать число твёрдости исследуемого кристалла медного купороса.
  Приборы и материалы: микротвёрдометр ПМТ-3, исследуемый кристалл.
  Ход работы:
  П.1. произведение 5 уколов в исследуемый кристалл.
  П.2. замер диагоналей отпечатков алмазной пирамиды.
  П.3. перевод числа деления окуляра в миллиметры.
  П.4. расчёт числа твёрдости по формуле: , где H – число
  твёрдости, P – нагрузка на пирамиду, выраженная в Ньютонах, d – диагональ отпечатка в мм.
  П.5. Расчёт приборной и статистической погрешностей измерений.
  Произведённые замеры дали следующие результаты:
  1 дел = 0, 000315мм
  d1 = 87,5 дел. = 0,0275625 мм, d2 = 84 дел. = 0,02646 мм, d3 = 85,5 дел. = 0,0269325 мм,d4 = 76 дел. = 0,02394 мм,d5 = 77,5 дел. = 0,0244125 мм
  
  

• 

  17 слайд

  Расчет числа твердости.
  
  

• 

  18 слайд

  Статистическая погрешность:
  

• 

  19 слайд

  Приборная погрешность:
  В расчётной формуле измеряется только длина диагоналей, поэтому
  

• 

  20 слайд

  Итоговый результат:
  
  

• 

  21 слайд

  Определение плотности кристаллов медного купороса.
  Цель работы: определить плотность кристалла медного купороса.
  Приборы и материалы: исследуемый кристалл, весы лабораторные с разновесом, штангенциркуль.
  Ход работы:
  П.1. определение массы кристалла: В ходе проведённого взвешивания было определено, что масса исследуемого кристалла m = 0,065г
  П.2. определение объёма кристалла:
  Так как кристалл представляет собой прямоугольный параллелепипед, то его объём определяется по формуле: V = a∙b∙c, где а это длина кристалла, b – ширина кристалла, с – толщина кристалла. Измерения были проведены при помощи штангенциркуля с ценой деления 0,05 мм. В ходе измерений были получены следующие результаты:
  a = 0,59 см; b = 0,38 см; с = 0,13 см
  V = 0,59 см ∙ 0,38 см ∙ 0,13 см = 0,029146 см3 – объём исследуемого кристалла
  П.3. определение плотности кристалла:
  
  
  
  

• 

  22 слайд

  Определение погрешностей вычислений:
  - относительная погрешность
  ξ(ρ) = ξ(m) + ξ(V)
  ξ(ρ) = 1,5% + 5,9% = 7,4%;
  Итоговый результат: ρ = (2230 ±166)кг/м3, при ξ(ρ) = 7,4%
  Для сравнения: табличный результат от 2200 до 2300кг/м3.Этот результат подтверждает выдвинутую гипотезу.
  

• 

  23 слайд

  Практическая часть.
  Исследование электропроводности поликристалла медного купороса
  

• 

  24 слайд

  График изменения электропроводности поликристалла с увеличением температуры.
  

• 

  25 слайд

  Практическая часть.
  Исследование электропроводности монокристалла медного купороса.
  

• 

  26 слайд

  График изменения электропроводности монокристалла с увеличением температуры
  

• 

  27 слайд

  График зависимости электропроводности от температуры и структуры кристалла.
  
  
  
  
  
  
  
  
  Красный график – монокристалл
  Синий график - поликристалл
  

• 

  28 слайд

  Электрическое сопротивление
  

• 

  29 слайд

  Сопротивление
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Красный график – поликристалл
  Белый график - монокристалл
  

• 

  30 слайд

  Определение энергии активации
  Зная аналитическое выражение соответствующих графиков y=A*x+B
  E=0.2*tgf
  tgf = -A
  Данные:
  Монокристалл Поликристалл
  E1=5145.6 eB E1=4142 eB
  E2=907.14 eB E2=709.7 eB
  

• 

  31 слайд

  Практическая часть.
  Использованный метод изучения электропроводности.
  
  НУЛЕВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причем эту разность доводят до нуля. Пример: измерение электрических величин (электродвижущей силы, электрического сопротивления, емкости и др.) с применением потенциометров и измерительных мостов.
  

• 

  32 слайд

  Применение кристаллов .
  Медный купорос.
  Кристалл медного купороса наиболее важная соль меди, часто служит исходным сырьём для получения других соединений. Безводный сульфат меди можно использовать как индикатор влажности, с его помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых других веществ. Наибольшее количество непосредственно применяемого CuSO4 расходуется на борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе с бордосской смеси с известковым молоком – от грибковых заболеваний и виноградной тли, а также для протравливания зерна. В пищевой промышленности изредка используется в качестве консерванта(пищевая добавка Е519). Применяют при получении минеральных красок, при выделке кож, в гальванических элементах.
  
  
  

• 

  33 слайд

  Применение кристаллов.
  Перманганат калия.
  ПЕРМАНГАНАТ КАЛИЯ, марганцовокислый калий. КМnО4 - сильный окислитель; при смешении его с концентрированной H2SO4, а также с некоторыми органическими веществами (напр., глицерином) может произойти взрыв. Используется для метода химического титриметрического анализа, основанный на применении растворов перманганата калия (КМnО4) для количественно объёмных определений. В химической практике широко применяют как окислитель; в медицине как дезинфицирующее средство при ожогах и других повреждениях, а также для отбеливания тканей, в фотографии.
  
  
  
  

• 

  34 слайд

  Природный «двойник»
  Медный купорос
  ХАЛЬКАНТИТ – от греческого халькос – медь, антос – цветок. Синтезированные формы: камень галицийский синий, купорос медный, цианозит. Cu[SO4]5H2O.Редкий. Цвет: голубой, синий до зеленовато-синего. Блеск стеклянный. Твердость 2 – 2,5. Плотность 2,2 – 2,3. В воде легко растворяется. Встречается в зоне окисления медных руд или выпадает из водных растворов на медных рудниках. Редок ввиду легкой растворимости.
  

• 

  35 слайд

  Кристаллы в природе.
  Перманганат калия.
  ПИРОЛЮЗИТ (63,2% Mn), минерал подкласса простых оксидов, MnO2. Иногда содержит до несколько % воды. Примеси K и др. Темные, плотные, землистые массы. Твердость от 2 до 6-6,5; плотность около 5,1 г/см3. Важная руда марганца. Чистые пиролюзиты используются в производстве сухих гальванических элементов, химических препаратов, в стеклянном, фарфоровом и других производствах.
  

• 

  36 слайд

  Заключение
  
  В результате проведённых исследований мы выяснили, что выдвинутая нами гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы медного купороса, перманганата калия и из смеси растворов данных веществ, а также определить опытным путём число электропроводности, плотности и микротвердости выращенных кристаллов медного купороса.
  В ходе исследований мы выяснили , что кристаллы медного купороса являются полупроводником.
  
  В ходе наблюдений за ростом кристаллов мы выяснили, что кристаллы разных солей растут с разной скоростью. Быстрее всего образовывались кристаллы медного купороса, немного медленнее кристаллы из смеси растворов и самыми медленными в росте оказались кристаллы перманганата калия.
  Процесс кристаллизации происходил интенсивно в результате частого перепада температур, так как частный дом, где выращивались кристаллы, без удобств.
  

• 

  37 слайд

  Список литературы
  
  
  Боярская Ю.С. Деформирование кристаллов при испытании на микротвердость. –Кишинёв: Штминца,1972
  Буховцев О.Ф., Климантович Ю.Л. Физика -9 .– М.,1988
  Енохович А.С. Справочник по физике.-М.: Просвещение, 1978
  Кабардин О.Ф., Кабардина С.И. и др. Факультативный курс физики.
  - М.,1974
  Ландау Л.Д.и др. Физика для всех. Молекулы.. –М., 1984
  Физика твердого тела. Лабораторный практикум (методы получения
  Твёрдых тел и исследования их структуры) / под ред. Прооф. Хохлова. -М.: Высшая школа, 2001, т.1
  Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твёрдого тела.- М.: Высшая школа, 2000
  Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фадеев М.А. Кристаллография. –М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 2000
  Штейнберг А.С. Репортаж из мира сплавов. –М., 1989