Разработка элективного курса «Этот удивительный мир кристаллов!»

Использование кристаллов в борьбе с климатическими условиями: защита от града и дождя;

Использование кристаллов в косметике: крема, отшелушивающие средства;

Кристаллические вещества в синтетических моющих средствах.

Семинарское занятие «Кристаллы на службе у человека»

Подготовка учащимися докладов на темы: «Природные минералы и драгоценные камни», «Использование кристаллических веществ человеком». Дискуссия: «Отрицательная и положительная роль кристаллов в природе».

               Раздел II. Строение кристаллических веществ  (9 часов)

Тема 1. Типы кристаллических структур.

Кристаллические структуры:

металлическая: особенности металлической связи, свойства металлов, три типа металлических структур (кубическая, кубическая объемно-центри -рованная, простая гексагональная), сплавы, твердые растворы;

атомная:  ковалентная   (гомеополярная)   связь,  виды  и  свойства  ковалентной  связи;

ионная: ионная (гетерополярная) связь, ионные радиусы, координационное число, типы ионных кристаллических решеток;

молекулярная: типы связей (остаточные, гетеровалентные), типы межмолекулярного взаимодействия, молекулярные органические и неорганические кристаллы (сходства и различия).

Семинарское занятие «Основные типы кристаллических структур»

Устный опрос учащихся по теме «Типы кристаллических структур».

Задание: заполнить таблицу «Особенности строения, физических и химических свойств веществ с различными типами кристаллических структур».

Тема 2. Методы определения кристаллических структур.

Кристалломорфологические методы:

1)     Кристалломорфологический анализ Федорова,

2)     Кристаллографический диагноз;                      

Кристаллооптические методы:

     1)Теодолитный метод Федорова,

     2) Риноскопический метод,

     3) Иммерсионный метод;

Рентгенометрические методы:

1)     Метод сравнения рентгенограмм,

2)     Спектральный анализ рентген лучей.

Изучение особенностей каждого метода и приборов определения.

Семинарское занятие «Методы определения кристаллических структур»

Рассмотрение изученных методов определения кристаллов; подготовка докладов на тему «Проф. В.П. Федоров – основатель науки кристаллохимии»;

тестовый контроль по теме.

Тема 3.    Кристаллические   модификации     (аллотропия)    химических   

               элементов.

Рассмотрение аллотропных  модификации: серы (ромбическая, моноклинная);  селена (α- и β-формы);  фосфора (белый,  черный,  красный);  углерода (графит,  алмаз,  карбид,  фуллерен);  бора (тригональная, тетрагональная, пирамидальная). Причины образования аллотропных модификаций.

Семинарское занятие «Аллотропия химических элементов»

Пресс-конференция «Разнообразие кристаллических модификаций различных химических элементов в природе». Подготовка учащимися докладов на данную тему.

Тема 4. Основные свойства кристаллических веществ.

Изучение структурных свойств (изоморфизм, анизотропия, политипия, эпитаксия), физических свойств (диэлектрические свойства, полиморфизм, магнитные и упругие свойства) и оптических (лучепреломление, поляризация света, электро-оптический эффект) свойств кристаллов.

Применение свойств кристаллов в науке и промышленном производстве.

Семинарское занятие «Основные свойства кристаллов»

Свойства кристаллов:  структурные, физические и оптические.

Решение учащимися кроссворда «Свойства кристаллов»

Тестовый контроль по теме.

Тема 5. Кристаллогидраты.

Распространение и получение кристаллогидратов, механизмы их образования, степень связывания воды в кристаллогидратах, различные  характеры связи молекул воды (катионные, анионные), модели гидративных ионов, виды кристаллогидратов (кристаллогидраты с небольшим количеством воды, тектогидраты), кристаллы в природных минералах – цеолитах.

Семинарское занятие «Кристаллогидраты»

Рассмотрение лабораторных реактивов и сравнение кристаллов чистых солей и кристаллогидратов.

Конференция «Использование кристаллогидратов в промышленности и строительстве».

Решение задач на тему «Определение процентного содержания воды в кристаллогидратах».

                Раздел III Закономерности роста кристаллов (7 часов)

Тема 1. Образование кристаллических тел.

Возникновение и растворение кристаллических зародышей, особенности нарастания граней кристаллов, дефекты (точечные, линейные, поверхностные и объемные), типы дислокаций. Влияние дислокаций на свойства кристаллов.

Семинарское занятие «Образование кристаллических тел»

Кристаллические зародыши, нарастание граней кристаллов, дефекты в кристаллах; дислокации – основная причина появления отклонений в свойствах кристаллов.

         Устный опрос учащихся по теме.

Изучение дислокаций структур на примерах моделей, созданных учащимися из лабораторных материалов.

Дислокации в решётках хлоридов натрия и цезия, флюрита, сфалерита, перовскита, шпинели, вюрцита, карбида кремния, алмаза, корунда.

Тема 2. Методы выращивания кристаллов.

Выращивание кристаллов из растворов:

- метод выпаривания;

- метод искусственного уменьшения растворимости;

- метод охлаждения и нагревания;

- приливание к раствору веществ, понижающих растворимость.

Выращивание кристаллов из расплавов:

- кристаллизация вследствие охлаждения до точки нагревания;

- методы повторного плавления и кристаллизации;

- выдувание и растягивание булей.

Выращивание кристаллов из газовой фазы:

- кристаллизация из парообразного состояния (возгонка);

- выращивание при понижении температуры и резком повышении давления

   ( метод «взрыва»).

Семинарское занятие «Основные методы выращивания кристаллов»

Изучение методов выращивания кристаллов из растворов, расплавов, газовой фазы, именных методов ( методы Вульфа, Гиббса, Клейтона).

           Устный опрос по теме.

          Подготовка учащимися докладов на тему «Промышленные методы выращивания кристаллов».

Тема 3. Явления, сопровождающие рост кристаллов.  Влияние внешних    

             условий на рост кристаллов.

Явления роста: концентрационные потоки Лейтона, появление «дворика» кристаллизации, диффузия, градиент концентраций.

Внешние факторы, влияющие на форму кристалла:

- положение кристалла и неоднородность раствора;

- концентрация и температура;

- влияние примесей в растворе.

Растворение однородных кристаллов неоднородными.

                Раздел IV    Химический  практикум  (13 часов).

                           Выращивание   кристаллов

Экскурсия: Изучение природных минералов в залах минералогии музея им. П. В. Алабина и/ или в  выставочном зале «Радуга».

Лабораторно-практическое занятие «Выращивание кристаллов методом медленного осаждения и испарения маточного раствора»:

- ознакомление учащихся с правилами техники безопасности;

- изучение сущности метода;

- проведение расчётов;

- подготовка матричного раствора;

- приготовление «затравок»;

- выполнение работы;

- оформление лабораторного дневника.

Лабораторно-практическое занятие «Выращивание нерастворимых в воде кристаллов методом диффузии»:

- отчет о проведенной ранее лабораторной работе;

- предоставление дневников на проверку;

- изучение сущности специфики метода;

- выполнение работы.

Лабораторно-практическое занятие «Изучение кристаллов различной однородности»:

- оформление результатов и отчет о проделанной ранее лабораторной работе;

- ознакомление с однородными и неоднородными кристаллами;

- выполнение работы;

- оформление дневника.

Лабораторно-практическое занятие «Комбинативное  выращивание  кристаллов.   Явление   эпитаксии»:

- повторение теоретического материала по теме (раздел II тема 4);

- подготовка матричных растворов;

- выполнение работы.

Лабораторно-практическое занятие «Выращивание «сталактитов» и «сталагмитов» из пересыщенного раствора тиосульфата натрия»:

- оформление дневника и отчет о проведенной ранее лабораторной работе;

- изучение сущности опыта;

- подготовка матричного раствора;

- подготовка дополнительных растворов;

- изготовление каркасов и поддерживающих устройств;

- оформление выводов о проделанной работе в дневниках.

Лабораторно-практическое  занятие   «Изучение явлений,  сопровождающих рост кристаллов»:

- повторение изученного материала по теме (раздел III тема 3)

- выполнение работы;

- оформление лабораторного дневника.

Лабораторно-практическое занятие «Изучения влияния примесей в растворе на рост и форму кристаллов»:

- повторение теоретического материала (раздел III тема 3)

- выполнение работы;

- оформление дневника;

- полный отчет о всех проделанных лабораторных работах.

Заключительное занятие: Оформление учащимися коллекции «Мир кристаллов», итоговая оценка деятельности каждого учащегося во время изучения данного элективного курса. Подведение итогов работы учащихся и преподавателя.

             Поурочное тематическое планирование  курса