Лаборатория роста кристаллов

 

 Из истории   Научные задачи  Прикладные задачи   Партнеры  Производство кристаллов   

Сотрудники лаборатории

Штатная численность лаборатории составляет около 50 человек, поскольку в состав подразделения входит опытное производство, включающее ростовой участок, участок оптико-механической обработки кристаллов, участок подготовки шихты и химобработки изделий, участок сборки сцинтиблоков, группу инженерно-технического обеспечения. Заведующий лабораторией – к.х.н. Шлегель Владимир Николаевич. 

Из истории

Подразделение было выделено из лаборатории эпитаксиальных слоев в отдельную научно-технологическую группу, в которой сочетаются НИОКР и опытное производство кристаллов, в конце 1991 года. Этому предшествовал период интенсивного формирования тематики, начавшийся с того, что перед небольшим коллективом сотрудников академиком Ф.А. Кузнецовым была поставлена задача автоматизации процесса выращивания лазерных кристаллов двойных щелочно-редкоземельных молибдатов и вольфраматов низкоградиентным методом Чохральского. Созданный А.А. Павлюком, низкоградиентный метод Чохральского являлся ключевой составляющей разработки, поскольку, используя традиционные подходы, не удавалось вырастить кристаллы этих соединений. Впервые соединения были синтезированы в лаборатории синтеза и роста монокристаллов РЗЭ и обладали рядом преимуществ по сравнению с известными лазерными материалами.

В составе лаборатории эпитаксиальных слоев сотрудники группы успешно участвовали в разработке и внедрении автоматизированных технологий выращивания лазерных и других функциональных кристаллов в отраслевые институты и на промышленные предприятия бывшего СССР – ГОИ им. С.И. Вавилова (Ленинград), НПО «Монокристаллреактив» (Харьков), Кироваканский химзавод, Красноярский завод цветных металлов и др. 

Момент административного выделения подразделения совпал со временем распада СССР и началом рыночных реформ. После 1992 года производство кристаллов на промышленных предприятиях, где институт внедрил технологии роста кристаллов, было свернуто, причем некоторые предприятия оказались за пределами России. Сохранить и далее развивать научно-технический потенциал в условиях резкого сокращения бюджетного и хоздоговорного финансирования удалось, организовав экспортно-ориентированное производство сцинтилляционных кристаллов германата висмута Bi

4Ge₃O₁₂ (BGO). Кредитные ресурсы, необходимые для создания производственных мощностей, были получены благодаря поддержке Российским Фондом технологического развития (РФТР) проекта «Совершенствование технологии выращивания большеразмерных кристаллов германата висмута и создание на этой основе экспортно-ориентированного опытного производства сцинтилляционных элементов» с финансированием на возвратной основе. После успешного выполнения этого проекта в 1997-1998 гг. институт сумел занять достойное место на мировом рынке сцинтилляционных кристаллов.  

Фундаментальные научные задачи 

Фундаментальные исследования лаборатории, тесно связанные с решением прикладных задач, направлены, в первую очередь, на развитие научных основ процесса выращивания кристаллов из расплава разработанной в институте низкоградиентной модификацией метода Чохральского (LTG Cz – low thermal gradient Czochralski technique).

Направления фундаментальных исследований

• Изучение формообразования кристаллов смешанных оксидов и их морфологии в условиях низких градиентов температуры и доминирования послойного механизма роста; изучение макрорельефа поверхности и реальной структуры кристаллов.
• Изучение связи свойств и реальной структуры кристаллов с условиями роста, формообразованием, стехиометрией и с примесным составом.
• Моделирование тепло-массопереноса в условиях низкоградиентного метода; анализ динамики процесса выращивания, как объекта управления, получение необходимых для этого физико-химических констант.

Объекты

Сотрудниками лаборатории были детально изучены условия выращивания в низких градиентах ряда совершенных оксидных сцинтилляционных кристаллов – Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO), CdWO₄, ZnWO₄ ,_{а также других оксидных функциональных кристаллов, в частности, LiNbO3, Bi12GeO20, Bi12SiO20, Pb2MoO5 и т.п.} 

В настоящее время основными объектами исследований являются кристаллы ZnMoO₄, Li₂MoO₄, Na₂Mo₂O₇, PbMoO₄ и другие кристаллы, используемые в качестве рабочего тела в криогенных болометрах, применяемых в астрофизике частиц для поиска т.н. редких событий – двойного безнейтринного бета-распада и обнаружения гипотетических частиц WIMP. Для экспериментов в этой области требуются высокосовершенные изотопно-обогащенные сцинтилляционные кристаллы с низким уровнем радиоактивного фона. Первым шагом в этом направлении было выращивание в 2009 г. моноизотопного по кадмию кристалла

106CdWO₄.) с уникальным (87%) коэффициентом использования ограниченного количества сырья (265 г), синтезированного ЗАО НеоХим. В последние годы были успешно выращены кристаллы Zn¹⁰⁰MoO₄ и Li₂¹⁰⁰MoO₄ и др. для международных проектов LUMINEU, AMoRE‑II и CUPID‑Mo. На первой стадии этих работ использовался оксид ¹⁰⁰Mo₂O₃; позднее в качестве исходного сырья служил металлический молибден, обогащенный изотопом ¹⁰⁰Mo. 

 

Прикладные задачи, решаемые и разрабатываемые лабораторией  

• Разработка и модернизация ростового оборудования с автоматическим весовым контролем для выращивания кристаллов низкоградиентным методом Чохральского.
• Разработка технологии производства оксидных кристаллов, начиная от синтеза особочистых веществ– прекурсоров роста кристаллов (Bi
  2O₃; WO₃; MoO₃ и др.), заканчивая обработкой кристаллов и рециклированием отходов изотопно-обогащенного сырья.
• Развитие методов контроля и системы управления качеством в производстве кристаллов и изделий на их основе.

 

Научные и производственные связи, партнеры  

Подразделение тесно сотрудничает со следующими институтами и организациями:

• Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
• Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе СО РАН
• Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
• ГП «Германий», Красноярск

 

Зарубежные связи

• Институт ядерных исследований НАН Украины
• Институт химии конденсированных сред, Бордо, Франция (Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux)
• Институт космической астрофизики, Орсей, Франция (Institut d’Astrophysique Spatiale)
• Центр ядерной спектрометрии и масс-спектрометрии, Орсей, Франция (Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse)
• Institute for Basic Science, Daejeon,Korea

. 

Экспортно-ориентированное производство кристаллов германата висмута

Финишным продуктом производства являются сцинтилляционные элементы на основе кристаллов BGO, а также сцинтиблоки и детектирующие матрицы. Вес кристаллических буль BGO, выращиваемых методом LTG Cz на разработанных в ИНХ производственных установках НХ780, достигает 70 кг. Кристаллы, выращиваемые однократной кристаллизацией, имеют радиационную стойкость на уровне ~10⁶ рад.

Стадии производства элементов на основе кристаллов BGO	Производственная ростовая установка НХ780

 

Стабильная технология – результат многолетнего исследований и сотрудничества лаборатории с другими институтами СО РАН – ИЯФ, ИГиГ и ИАиЭ, а также с ФТИ РАН, начало которому было положено ещё в бывшем СССР. Поскольку радиационная стойкость зависит как от условий роста, так и от присутствия примесей на уровне долей ppm, ключевую роль в достижении стабильности играет организация в ИНХ синтеза исходного оксида висмута в и контроль всех стадий производства.

Среди зарубежных потребителей кристаллов BGO, производимых институтом, насчитывается более трех десятков научных организаций и фирм. В ряде случаев ИНХ СО РАН являлся единственным производителем, обеспечивающим требуемое экстремальное качество кристаллов для крупных физических проектов:

• Еще в 1999 г. 48 кристаллов BGO размером 20x90x(310-345) мм³ были изготовлены для вето-экрана спектрометра IBIS – одного из двух основных инструментов международной орбитальной астрофизической лаборатории INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray A strophysics Laboratory), созданной в рамках Европейского космического агентства. Выведенная на орбиту российской ракетой “Протон” в октябре 2002 года, эта лаборатория до сих пор играет важную роль в исследованиях ученых Европы, США и России.
• В 2013 году в Норильске успешно завершила полет запущенная в Швеции международная стратостатная станция POGoLite, целью которой являлось изучение поляризованного гамма-излучения вселенной. Для этого проекта ИНХ изготовил более 400 высококачественных кристаллов BGO сложной формы с общим весом более 300 кг.
• С марта 2015 в составе гамма-спектроскопа межпланетного зонда Dawn, запущенного NASA в 2007, кристалл BGO, выращенный в ИНХ, вращается вокруг карликовой планеты Церера.
• В 2009-2011 гг. в ИНХ было изготовлено 1260 клиновидных кристаллов 20-ти типоразмеров общим весом 1,8 тонны для 4πэлектромагнитного калориметра Отделения ядерной физики университета, Университета Тохоку, Сендай.
• В 2011-2013 гг. радиационно-стойкие кристаллы сложной формы изготовлены для рентгеновского космического телескопа ASTRO-H, разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA).

 

Российский рынок

Потребление кристаллов BGO в России постепенно нарастает, однако оно остается недостаточным, чтобы сделать его рентабельным, и именно экспортная основа создала возможность обеспечить высококачественными кристаллами отечественных  приборостроителей. С другой стороны, хотя объем российского рынка относительно невелик, он связан с решением государственных задач первостепенной важности – геологоразведкой, системами обнаружения ВВ, промышленной томографией на предприятиях ВПК и др.

Сотрудники

 

Заведующий лабораторией			к.х.н. ШЛЕГЕЛЬ  Владимир Николаевич	59-69	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
Материально-ответственн.			ЗУЕВА  Елена Петровна	59-63	330-72-30	241(всп.)
			АТОРИН  Владимир Михайлович	55-29		148(всп.)
			БЕЛЫХ  Николай Тимофеевич	59-86		150(всп.)
			БЕРЕЗНЯК  Оксана Леонидовна	55-38		141(всп.)
			БОРОВЛЁВ  Юрий Алексеевич	55-18, 59-65	333-15-46	137(всп.), 125(I)
			БРАГИН  Роман Игоревич	55-18	333-15-46	137(всп.)
			БУРДУКОВА  Марина Викторовна	57-72		149(всп.)
			к.х.н. ВАСИЛЬЕВ  Ян Владимирович	59-66	330-34-88	241(всп.)
			ВЕЙТ  Роберт Эмануэлович	59-86		150(всп.)
			ВОРОНИНА  Галина Семёновна	53-53, 59-74	333-15-46	140(всп.), 151(всп.)
			ГРИГОРЬЕВА  Вероника Дмитриевна	59-98		119(I)
			ДЕНИСОВА Татьяна Николаевна	55-81	330-34-88	228(II)
			ЖДАНКОВ  Василий Николаевич	53-79		240(всп.)
			ЖИРАКОВСКИЙВладимир Юрьевич	55-96		248а (всп.)
			ЗАЙКОВА  Марина Евгеньевна	59-86		150(всп.)
			КАРНАКОВ Игорь Владимирович	57-72, 59-69	330-34-88	149(всп.), 241(всп.)
		КАСИМКИН  Павел Викторович		53-79		240(всп.)
		КИМСТАЧ  Денис Викторович		59-86		150(всп.)
		КОВАЛЁВА  Алла Николаевна		53-53	333-15-46	140(всп.)
		КУЗНЕЦОВ  Геннадий Николаевич		57-72		149(всп.)
		КУРОЕДОВ  Александр Васильевич		59-65		125(I)
		КУРУСЬ  Алексей Федорович		57-79, 55-34		122(I), 123(I)
		ЛОЗОВОЙ  Сергей Алексеевич		55-18, 59-65	333-15-46	125(I), 137(I)
		к.т.н. МАКАРОВ  Евгений Павлович		55-81	330-34-88	228(II)
	МОСКОВСКИХ Виталий Анатольевич			55-34	330-96-33	123(I)
	НАСОНОВ  Сергей Георгиевич			55-18	333-15-46	137(всп.)
	к.х.н. НОВОСЁЛОВ  Игорь Иванович			59-42, 55-71	336-63-29	165(2А), 105(I)
	ОСТРЕЦОВА  Елена Олеговна			59-86		150(всп.)
	ПОСТУПАЕВА  Анна Геннадьевна			57-85, 55-38	330-34-88	241(всп.), 141(всп.)
	ПРОТАСОВ  Эдуард Николаевич			54-78, 59-86, 55-29		142(всп.),150(всп.),148(всп.)
	ПУСТЯКОВА  Галина Потаповна			55-14	333-15-46	138(всп.)
	РАМАЗАНОВА Татьяна Федоровна			59-98		119(I)
	РЫЛОВА Анна Викторовна			53-23, 55-38	330-66-46, 333-17-94	216(I), 141(всп.)
	САМЕЙЩЕВ  Сергей Николаевич				330-34-88	7(III)
	СКОВОРОДКИНА  Марина Васильевна			55-38	333-17-94	141(всп.)
	СТЕГНИЕНКО  Георгий Иванович			55-29	333-17-94	148(всп.)
	СУСЛОВА  Мария Степановна			55-62		118(I)
	ТИМОШИНА  Катерина Эрнестовна			59-86	333-17-94	150(всп.)
	ТКАЧЁВ  Сергей Викторович			57-80, 57-79	330-34-88	1М122(I)
	ТЮРИКОВА  Татьяна Владимировна			55-38	333-17-94	141(всп.)
	ТЕЛЕШЕВ  Алексей Владимирович			59-86	333-17-94	150(всп.)
	ФЕДОТОВА  Яна Сергеевна			57-85	330-34-88	241(всп.)
	ЦЫГАНОВА  Юлия Владимировна			59-63	330-72-30	241(всп.)
	ЧУБАРЕВ  Александр Павлович			59-66	330-34-88	241(всп.)
	ШУЛЕНКОВА  Татьяна Юрьевна			59-86	333-17-94	150(всп.)

 

Математики рассчитали, как вырастить кристаллы с заданными свойствами

Это крайне полезно в решении прикладных задач: в биологии, промышленности, материаловедении. К примеру, для выращивания синтетических драгоценных камней или преобразователей света для установки управляемого термоядерного синтеза; для формирования требуемых свойств высокопрочных сталей. Кроме того, модель можно использовать в биомедицинских приложениях: например, при синтезе инсулина, гемоглобина или белков.

Исследование поддержал Российский научный фонд («Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений​»; 18-19-00008). Одни из последних результатов представлены в Physics Letters A.

«Формулы новые, они обобщают произвольные законы роста, произвольные частоты нуклеации, произвольное начальное распределение кристаллов в системе, — перечисляет руководитель гранта и лаборатории Дмитрий Александров. — Мы описали динамический процесс выращивания кристаллов в пересыщенных растворах. Нашли одну из главных характеристик процесса — функцию распределения частиц по размерам в зависимости от момента времени, что позволяет определить, сколько кристаллов конкретного размера существует в системе в каждый момент времени».

Рост кристаллов математики рассчитали для промежуточной стадии. Всего стадии три. Начальная — когда образуется большое количество жизнеспособных ядер небольших размеров, расположенных далеко друг от друга. Вторая — промежуточная стадия — это быстрый рост уже существующих частиц и зарождение новых; по сути, процесс роста кристалла. Заключительная стадия наступает, когда ядра достигают макроскопических размеров, и процесс зарождения новых частиц останавливается; иными словами, кристаллы практически не растут.

«В кристаллизаторах — установках по выращиванию кристаллов — как правило, процесс протекает на промежуточной стадии. Берут раствор, добавляют туда примесь, кристаллики растут, забирая на себя пересыщение. Их отводят и затем снова добавляют примесь и так далее. Примерно так же растут кристаллы в пещерах, — рассказывает Дмитрий Александров. — При выращивании кристаллов в лабораторных условиях важно, чтобы гранулы кристалла формировались определенного размера и с заданными свойствами. Рассчитать это можно с помощью нашей модели».

В планах математиков — обобщить теорию нуклеации и роста кристаллов в бинарных расплавах, когда усложняется математическая модель процесса (дополнительно учитывается массоперенос растворенного в расплаве примесного компонента). Кроме того, планируется сформулировать более сложную постановку задачи и разработать методы ее решения.

В группу исследователей входят сотрудники лаборатории многомасштабного математического моделирования и кафедры теоретической и математической физики ИЕНиМ УрФУ.

Как вырастить кристалл из соли – весь процесс выращивания в домашних условиях

Из этой статьи вы узнаете о перенасыщенных растворах и о том, как вырастить кристалл из соли. (на фото изображен кристалл квасцов, выращенный по описанной ниже методике).

Шаг 1: Понимание процесса

Что происходит при растворении соли в воде? Добавьте несколько ложек соли в воду, размешайте, пока вся соль не исчезнет. Здесь соль является растворенным веществом, а вода – растворителем. Вместе они образуют раствор. Настает момент, когда он содержит больше растворяемого вещества, чем может принять. Это насыщенный раствор. Когда вещество полностью распалось, вы не сможете его видеть. Но вы можете видеть растворяемое вещество в насыщенном растворе, потому что это вещество перестает растворяться.

Перейдя по ссылке ниже, вы увидите график зависимости растворимости конкретного вещества от температуры. Мы будем использовать эту зависимость для создания кристаллов.

ссылка

Шаг 2: Необходимые материалы

Для эксперимента по выращиванию кристаллов в домашних условиях вам понадобятся:

• Пара перчаток (рекомендуется надевать при работе с бурой).
• Бура. Можно использовать квасцы, сульфат магния и любую другую соль, растворимую в воде.
• Цилиндрический пластиковый контейнер, желательно прозрачный.
• Пищевой краситель (не обязательно).
• Вода и сосуд, в котором можно кипятить воду.
• Линейка (подойдет и любая палочка), нитка и ножницы.
• Сито (не обязательно).

Шаг 3: Готовим растворитель

Заполните пластиковый контейнер на 3/4 водой. Перелейте эту воду в сосуд для кипячения. Доведите воду до кипения.

На данном этапе мы нагреваем растворитель, чтобы увеличить растворимость в нем соли, то есть создаем перенасыщенный раствор, в котором растворяется больше соли, чем при комнатной температуре.

Шаг 4: Добавляем растворяемое вещество

При работе с агрессивными или опасными солями нужно пользоваться резиновыми перчатками!

Ложкой постепенно добавляйте соль в кипящую воду. После того, как вода закипела, не выключайте огонь: пусть раствор кипит. Добавляя соль, постоянно помешивайте раствор.

Наступит момент, когда вы не сможете больше растворить соль в воде. На этой стадии раствор достиг насыщения при повышенной температуре, но находится в состоянии перенасыщения по отношению к комнатной температуре.

Выключите огонь. Добавьте в раствор небольшую щепотку пищевого красителя.

После этого, перелейте раствор обратно в пластиковый стакан через сито, чтобы избавиться от нерастворенной соли.

Шаг 5: Делаем основу

Выполнив предыдущие шаги, возьмите кусок нити подходящей длины и привяжите его к линейке (палочке), как показано на рисунке. Погрузите нить в раствор как можно глубже, а линейку, с привязанным концом нити, положите на стакан. Нить не должна касаться стенок или дна стакана.

После этого поставьте стакан в спокойное место на ночь. Под спокойным местом подразумевается отсутствие вибрации.

Нить будет являться основой (так сказать, ядром), на которой будут образовываться солевые кристаллы. Это похоже на процесс образования перистых облаков за счет присутствия частиц пыли в атмосфере.

Шаг 6: Плоды труда

Через некоторое время вы заметите, что вокруг нити вырос кристалл! Волшебный кристалл! Отвяжите конец нити от линейки и обрежьте лишнее. Добавьте вновь созданный кристалл в свою хрустальную коллекцию!

При снижении температуры раствора, снижается его растворимость. Получается, что соли, которая растворялась в растворителе при более высокой температуре, теперь некуда деваться, т.к. растворимость уменьшилась. По этой причине соль кристаллизуется из раствора вокруг нити (как облака). Это постепенный и медленный процесс, поэтому не рекомендуется ставить раствор в холодильник для охлаждения, а лучше его оставить при комнатной температуре. Кроме того, нужно избегать вибрации или ударов, т.к. это нарушит процесс выращивания кристаллов из поваренной соли. Чем меньше вибрация, тем большего размера кристаллы получаются.

Теперь вы знаете как сделать кристалл из соли дома своими руками. Добавьте в раствор красного красителя, а вместо нити используйте оловянную проволоку, изогнутую в виде сердца. Вы получите красный соляной кристалл в форме сердца! Подарите его своей девушке или маме!

Без дефектов: как выращивают монокристаллы для квантовых компьютеров

«Это очень странный тип материалов. Представьте себе кусок дерева, обернутый алюминиевой фольгой. Дерево — диэлектрик, оно не проводит электрический ток, а фольга проводит. Так и топологический изолятор. В теории его объем не проводит ток, но поверхность, в отличие от фольги, пропускает электроны, причем только с определенным спином», — поясняет ученый.

Благодаря столь необычному свойству топологические изоляторы могут найти применение в квантовых компьютерах в качестве носителей информации или послужить основой сверхбыстрых транзисторов, составив конкуренцию графену. Но пока все это звучит как фантастика. Попытки вырастить монокристаллы топологических изоляторов с нужными параметрами окончились неудачей. Из-за множества дефектов структуры кристаллы быстро окислялись на воздухе, а их внутренний объем проводил электрический ток.

Круговой нагрев

Обычно, когда расплав застывает, в нем возникает множество центров кристаллизации, выступающих точками роста граней и слоев сразу нескольких кристаллов. Чтобы получить монокристалл, в расплаве нужно создать условия для образования одного зародыша. Для этого смесь веществ загружают в емкость, конически сужающуюся книзу, и помещают в неравномерно прогретую вертикальную печь так, чтобы контейнер находился в области температур, превышающих точку кристаллизации. Медленно опуская контейнер, добиваются того, чтобы зародыш образовывался в самом низу конуса и расплав нарастал на него в виде кристалла снизу вверх. Этот метод изобрел в свое время американский физик Бриджмен.
Добиваясь стабильного роста кристаллов, Кох с коллегами немного изменили метод Бриджмена. В качестве емкости они используют ампулу из кварцевого стекла, из которой перед запайкой откачали воздух. Это необходимо, чтобы защитить смесь от окисления. Хотя ампула прозрачная, рост монокристалла не увидеть: у раскаленного расплава слишком сильное излучение. Это все равно что смотреть на лампочку накаливания или Солнце. Селенид галлия растет при температуре 940 градусов Цельсия, тетрадимит — при 600 градусах.
«Обычно считается: чем равномернее емкость нагрета со всех сторон, тем лучше. Мы же поступили наоборот: решили чуть-чуть перегревать ампулу с одной стороны», — говорит Константин Кох.

Как вырастить кристалл из железного купороса

Железный купорос

Друза
Искусственный аналог минерала Мелантерит
Размер образца: 1,5 см

Железный купорос

Друза
Искусственный аналог минерала Мелантерит
Размер образца: 2 см

Железный купорос

Друза
Искусственный аналог минерала Мелантерит
Размер образца: 7,5 см

Свойства

Кристаллы железного купороса быстро выветриваются, весьма неустойчивы, растворимы в воде. При нагревании, входящая в состав железного купороса вода испаряется, в следствии чего кристалл превращается в порошок белого цвета.

Кристаллы дольше сохраняются в закрытой пробирке без доступа воздуха. Но даже такие кристаллы со временем выветриваются. (В Минералогическом музее им. А.Е. Ферсман РАН находится полностью выветрившийся образец Мелантерита, природного аналога)

СПОСОБ СИНТЕЗА (искусственного выделения)

Кристаллы могут быть выращены в домашних условиях. Методом приготовления перенасыщенного раствора железного купороса при температуре 60-70 градусов и дальнейшим остывании данного раствора. Более подробную информацию о данном методе вы можете прочитать в статье: Выращивание кристаллов из растворов солей. Но при выращивании данной соли помните что эта соль может оставлять на одежде и некоторых других поверхностях несмываемые ржавые пятна.

Растворимость г/100 мл. воды:
26,6 (20°C)
54,4 (56°C)

Инструкция по хранению:
1) предохранять от попадания воды и кислот;
2) предохранять от воздействия паров;
3) предохранять от температуры выше 40 градусов;
4) предохранять от длительного воздействия прямых солнечных лучей;
5) при запылении протереть сухой тряпкой/салфеткой;
6) после работы с образцом тщательно мойте руки.
7) ! образец лучше хранить в холодильнике + в лабораторном бюксе, плотно закрыв крышку.

Основные диагностические признаки

Применение

Железный купорос применяется:

1) в текстильной промышленности;
2) в садовой промышленности — удобрение почвы;
3) в красильной промышленности;
4) в химической промышленности;
5) в сельском хозяйстве (инсектицид)

Места продажи реактива:
1) Магазины хим.реактивов;
2) Садовые магазины/рынки.

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

твердые, прямолинейные законы».

Мы живем в мире, в котором большая часть веществ находится в твердом состоянии. Мы пользуемся различными инструментами, приборами, механизмами, живем в домах и квартирах, имеем мебель, бытовые приборы, средства связи (телевидение, телефон, компьютеры и т.д.). А ведь это все твердые тела. На уроке физики при изучении темы «Агрегатные состояния вещества» я узнала, что твердые тела это в том числе и кристаллы и кристаллы получают не только в промышленных, а и домашних условиях, их также можно встретить в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев.

Данную тему считаю актуальной, т.к. в природе часто встречаются твердые тела, имеющие форму правильных многогранников. Такие тела назвали кристаллами. Изучение физических свойств кристаллов показало, что геометрически правильная форма – не главная их особенность.

Что такое кристаллы? Какими свойствами они обладают? Как растут кристаллы? Как и где они применяются в настоящее время и каковы перспективы их применения в будущем? Вот эти вопросы заинтересовали меня, и я попыталась найти на них ответы сама.

Результаты своей работы я предлагаю вашему вниманию.

Цель работы: изучение процесса роста кристаллов в природе, в промышленности и в домашних условиях; выращивание кристаллов соли, сахара, железного и медного купороса в домашних условиях; исследование области применения кристаллов.

Задачи: 1. Познакомиться с представлениями ученых о твердых кристаллах на протяжении нескольких столетий

2. Рассмотреть промышленные и лабораторные способы выращивания кристаллов и выбрать способ, приемлемый для выращивания кристаллов в домашних условиях

3. Изучить физические свойства кристаллов

4. Рассмотреть области применения кристаллов.

Объект исследования: кристалл

Предмет исследования: процесс кристаллизации.

Гипотеза: Я предполагаю, что в домашних условиях можно вырастить кристаллы.

Методы: изучение литературы; проведение экспериментов; наблюдение

Глава 1: Природа кристаллов

Понятие кристалл

Слово «кристаллос» у древних греков обозначало лед. Так же назывался и водяно-прозрачный кварц (горный хрусталь), ошибочно считавшийся тогда «окаменевшим льдом». Впоследствии этот термин был распространен на все кристаллические тела.

Рассмотрим всем известную горную породу гранит, состоящую из зерен полевого шпата, кварца и слюды. Все эти зерна – кристаллы, однако их извилистые контуры не сохранили никаких следов прямолинейности и плоскогранности. Гранит возник из огненно-жидкого глубинного расплава – магмы. В процессе остывания расплава из него выпадало множество кристалликов полевого шпата, кварца, слюды. Металлы и сплавы, каменные строительные материалы, цемент и кирпич – все это состоит из кристаллических зерен.

Значит, для образования хорошо ограненных кристаллов необходимо, чтобы ничто не мешало им свободно и всесторонне развиваться, не теснило бы их и не препятствовало их росту. Что касается отношения человека к кристаллам, то можно сказать, что он придает им большое значение, преклоняясь перед этим чудом природы.

1.2 Форма кристаллов

Кристаллографы всегда подчеркивают, что форма кристалла прежде всего зависит от его внутреннего строения, т.е. от кристаллической структуры (пространственного расположения атомов, молекул, ионов слагающих кристалл). Вместе с тем не стоит забывать о том, что на формирование кристаллического тела накладывает свой отпечаток и питающая его среда.

В течение долгих столетий геометрия кристаллов казалась таинственной и неразрешимой загадкой. Не случайно на гравюре великого немецкого художника Альбрехта Дюрера (1471 – 1528) изображена Меланхолия в виде печального ангела, безнадежно всматривающегося в огромный кристалл. Вплоть до 17 века дальше описаний «удивительных угловатых тел» дело не шло.

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник (рис 1).

Рисунок 1 – формы кристаллов.

Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов.

Кристаллическими считаются вещества, атомы которых расположены регулярно, так, что образуют правильную трёхмерную решётку, называемую кристаллической. Кристаллам ряда химических элементов и их соединений присущи замечательные механические, электрические, магнитные и оптические свойства. Кристаллические решётки металлов часто имеют форму гранецентрированного (медь, золото) или объёмно-центрированного куба (железо), а также шестигранной призмы (цинк, магний) (Приложение 1).

Глава 2: Выращивание кристаллов

2.1. Образование кристаллов в природе В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы. Значительная часть минеральных видов произошла путем кристаллизации из водных растворов.

Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда.

Кристаллизоваться могут не только водяные пары, но и пары других веществ. Например — на фумаролах образуются кристаллы из газов.

Перекристаллизация связана с таким явлением как метосамотоз — преобразование горной породы или минерала в другую горную породу или минерал под воздействием приноса или выноса вещества. Перекристаллизация — это процесс, при котором структура одних веществ разрушается, и образуются новые кристаллы с другой структурой. Например, известняк под действием высоких температур и давления становится мрамором (Приложение 2).

2.2Методы выращивания кристаллов

Первым монокристаллом, полученным в лаборатории, был рубин. Д. И. Менделеев в примечаниях к тексту своих «Основ хи­мии» писал: «Фреми (1890) получил прозрачные рубины, кри­сталлизующиеся в ромбоэдрах и не отличающиеся по своей твердости, цвету, величине и другим свойствам от природных…». В 31-м томе словаря Брокгауза — Ефрона (1895), в статье «Ко­рунд», утверждается, что некоторое время «в торговле обраща­лись красивые карминово-красные рубины значительной вели­чины, несомненно, искусственно полученные, однако ни об авторе, ни о способе получения ничего не известно». В настоящее время существует ряд способов изготовления синтетических камней.

Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля считается классическим и является пер­вым промышленным методом выращивания кристаллов корун­да, шпинели и других синтетических кристаллов (Приложение 3).

Метод кристаллизации из раствора в рас­плаве с использованием флюсов.

Охлаждение насыщенного горячего раствора. Если охлаждение вести быстро, избыток вещества выпадет в осадок. Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в краси­вые кристаллики правильной формы.

Выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. Наилучшие результаты получаются, если используется затравка. Таким способом получают, например, кристаллы рубина.

Самый простой способ — испарение растворителя. По мере испарения в сосуд подливались новые порции раствора. Способ выращивания таких кристаллов разработан С. Киропулосом.

2.3 Выращивание кристаллов в домашних условиях 2.3.1 Приготовление раствора

Необходимо приготовить раствор из тёплой воды. Воду лучше брать дистиллированную. Банку на половину объёма наполняют водой и небольшим количеством соли (морской соли, сахара, железного или медного купороса), которую постоянно перемешивают. Добавляем ещё вещества и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока вещество не будет растворяться, и станет оседать на дно сосуда. Получился насыщенный раствор. Готовый раствор необходимо профильтровать и перелить во вторую банку, в которой будет происходить рост кристаллов. Банку накрыть листком бумаги, чтобы не попадали инородные тела, и ждать появления первых кристалликов.

2.3.2 Фильтрация раствора

Конечно же, для фильтрации раствора лучше всего использовать хороший, лабораторный фильтр из фильтровальной бумаги и стеклянную воронку. Если готового фильтра нет, то его можно сделать из обычной промокашки. В своих опытах, в домашних условиях, я использовала вату. Вату плотно вставляют в горлышко воронки и затем фильтруют раствор.

2.3.3 Выращивание крупных одиночных кристаллов

Для того чтобы кристалл вырос крупным и геометрически ровным, т. е. имел природную форму, необходимо довольно много времени. Обычно кристалл вырастает на 0,1-0,8мм в сутки. Выращивание крупного одиночного кристалла — очень длительный и сложный процесс, требующий терпения и осторожности.

Для начала потребуется затравка — маленький кристаллик, который и будет центром кристаллизации. Для того чтобы получить затравку, нужно приготовить максимально концентрированный раствор вещества. Через несколько дней на дне стакана появляются первые кристаллики, имеющие разную форму. Из этих кристалликов отбираю те, которые имеют более правильную форму.

Раствор, в который собираются погрузить затравку, желательно приготовить заранее и оставить на пару дней для выпадения первых кристалликов (чтобы быть уверенным, что затравка не растворится). Раствор фильтрую от выпавших кристалликов, переливаю в чистый стакан и погружаю туда затравку. Стакан накрываю бумагой и оставляю на полке. Уже через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос.

2.3.4 Выращивание сростков кристаллов (друз)

Выращивание сростков кристаллов — это один из самых быстрых способов выращивания кристаллов. Если выращивание одиночных кристаллов занимает много времени и рассчитано на постепенный, правильный рост кристаллов, то выращивание друзы гораздо легче, потому что оно ориентируется на быстрое, хаотическое выпадение кристаллов.

Сначала готовим перенасыщенный раствор соли (сахара, медного купороса) в горячей воде. После охлаждения раствора — вносим затравку. Уже через 5-10 часов видим большое количество кристалликов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляем в покое в течение 3-5 дней, затем вынимаем нитку с кристаллом, раствор нагреваем, добавляем воды и снова делаем максимально концентрированным. После охлаждения в него вновь вносим нитку с уже подросшим кристаллом и оставляем на 3-5 дней. Эту процедуру повторяем до тех пор, пока кристалл не достигнет необходимого размера.

Глава 3. Мои эксперименты

3.1. Мои опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях

Чтобы вырастить кристаллы в домашних условиях, нужно приготовить перенасыщенный раствор соли. В качестве исходных веществ я выбрала те соли, которыми пользуется человек более или менее часто: медный купорос (для обра­ботки растений от вредителей) и поваренную соль и сахар (для употреб­ления в пищу).

В чистую посуду наливаю горячую воду. В емкости небольшими порция­ми засыпаю вещество, каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения, как только раствор «насытится», его нуж­но оставить в помещении, где должна сохраняться постоянная температура. По мере остывания раствора до ком­натной температуры возникает избыточная кристаллизация. За края сосудов закрепляю шерстяную нить. Вторую нить привязываю посередине и концы опускаю в растворы. Затем на протяжении нескольких дней наблюдаю.

Второй способ, которым я воспользовалась – охлаждение насыщенного горячего раствора, т.е. метод выпаривания. На стеклянные пластинки наносила по несколько капель раствора и затем нагревала пластинки над пламенем. Раствор очень быстро испарялся, а на пластинках оставались кристаллики (Приложение 4).

3.2. Наблюдение за ростом кристаллов

На­блюдала за ростом каждый день. Изучив литературу, я знала, что вырастить монокристалл очень сложно. Для этого нужно строго соблюдать все условия технологии, начиная со специаль­ной посуды, чистоты раствора и заканчивая соблюдением стро­жайшего температурного режима. Но я занималась экспери­ментальной работой в зимнее время, раствор очень быстро ос­тывал, поэтому поддерживать температуру постоянной не удавалось. Также приходилось периодически подогревать со­держимое и добавлять еще вещества в раствор. Все эти отклоне­ния от технологии привели к тому, что кристаллы выросли сросшимися, т. е. у меня в основном получились поликристаллы с выра­женными плоскими гранями отдельных кристаллов.

Я периодически измеряла размеры некоторых граней и заметила следующее: грани изме­няют свои размеры — растут, но форма их остается неизменной, углы между соответственными гранями тоже остаются постоян­ными. Но, возможно, эта закономерность характерна только данному кристаллу? Поэтому я вырастила два разных кри­сталла медного купороса, сравнила формы граней и измерила их углы. Оказалось, что и для другого кристалла эта закономер­ность тоже справедлива. Это дает право говорить о том, что в различных кристаллах одного и того же вещества и форма гра­ней, и их взаимные расстояния, и их число могут изменяться, но углы при этом остаются постоянными (Приложение 5).

3.3. Исследование физических свойств кристаллов

Конечно, не все физические свойства можно исследовать в домашних условиях. Расколов кристалл медного купороса на множество ма­леньких кристалликов я убедилась, что они представляют собой одинаковой формы геометрические тела, отличающиеся только размерами. Большой поликристалл при механическом воз­действии может дробиться на части, ограниченные плоскими поверхностями, пересекающимися под острыми и тупыми угла­ми. Способность кристалла раскалываться в определенных на­правлениях называется спайностью.

А затем я исследовала самые крупные кристаллы на теп­лопроводность. Я наносила каплю парафина на разные грани кристаллов и давала ей застыть. Затем дотрагивалась до этих граней хорошо прогретой спицей и наблюдала за формой таявшей капельки па­рафина. В одних случаях форма была круглая, а в других — вы­тянутая, а это значит, что в первом случае тепло распространя­лось по всем направлениям одинаково, а во втором — тепло рас­пространялось в одних направлениях медленнее, в других быстрее и форма проталинки была уже не круглой (Приложение 6).

Кроме этого я проверила кристалл медного купороса на электропроводимость, светопроницаемость и намагничиваемость. Вывод: кристалл медного купороса проводит электрический ток; очень слабо пропускает свет; и совсем не обладает магнитными свойствами, т. е не примагничивает тела (Приложение 7).

Затем я сравнила формы полу­ченных кристаллов с формами их кристаллических решеток. Мне это удалось сделать для кристаллов поваренной со­ли. Выращенный мною кристалл относится к кубической сингоиии – куб (гексаэдр).

Но мне не удалось найти формы решеток железного и медного купороса. Я воспользовалась предыдущим соответстви­ем формы кристалла и его решетки и предположила следующее: что форма кристаллов медного купороса соответствует ромбоэдру (средние сингонии), а форма кристаллов железного купороса — ромбиче­ской призме (низшие сингонии) (Приложение 8).

Глава 4. Применение кристаллов

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить, ограничимся несколькими примерами. Самый твердый и самый редкий из природных минералов — алмаз. Алмазными пилами распиливают камни. Алмаз используется при бурении горных пород, в граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия.

На искусственных рубинах работает часовая промышленность. Новая жизнь рубина — это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. Кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные ла­зеры на арсениде галлия. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др. Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон— все это разновидности кварца.Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца — это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Пьезоэлектрические кристаллы применяются для воспроизведения, записи и передачи звука. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигателей при взрыве в них горячих газов. В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках.

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. Всё чаще мы стали встречаться с термином «жидкие кристаллы». Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства (Приложение 9).

Заключение

Живя на Земле, сложенной кристаллическими породами, мы, безусловно, никак не можем отвлечься от проблемы кристалличности: мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими.

Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе; говорят же «кристальной души человек» о том, в ком чистая душа. Кристальная – значит, сияющая светом, как алмаз … И если говорить о кристаллах с философским настроем, то можно сказать, что это материал, который является промежуточным звеном между живой и неживой материей.

Таким образом, в ходе выполнения работы я сделал следующие выводы: 1. Представления о кристаллах, их строении и свойствах развивались на протяжении нескольких веков

Все физические свойства, благодаря которым кристаллы так широко применяются, зависят от их строения — их простран­ственной решетки.

Я выбрала наиболее приемлемый способ для выращи­вания кристаллов в

домашних условиях и вырастила кристаллы медного и железного купороса, а также кристаллы поваренной соли и сахара. По мере роста кристаллов проводила наблюдения. Определила типы кристаллических решеток для медного и железного купороса.

Список литературы

Желудов И.С. Физика кристаллов и симметрия. – М.: Наука, 1987

Кабардин О.Ф. Физика: учебник 10 класса для школ с углубленным изучением физики. – М.: Просвещение, 2001

Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. – М.: Большое в малом, 2005

Шафрановский И.И. Симметрия в природе. – Ленинград: Недра, 1985

Большая энциклопедия экспериментов для школьников. –М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007

Энциклопедический словарь юного физика/сост. В.А. Чуянов.-2-е изд., испр. И доп. – М.: Педагогика, 1991

Журнал «Физика в школе». – 2006. — № 2

Материалы из ИНТЕРНЕТ

Приложения:

Приложение 1 (модели кристаллических решеток)

КР золота (Au) КР железа (Fe) КР меди (Cu) КР Поваренной соли

Приложение 2 Кристаллы в природе

Приложение 3 Схема аппарата Вернейля и монокристалл корунда, полученный этим методом.

Приложение 4 Получение кристаллов способом выпаривания

Приложение 5 Кристаллы медного купороса

Приложение 6 Кристалл медного купороса с капелькой парафина

Электропроводность медного купороса Намагничивание медного купороса

Приложение 8 (формы сингоний)

простые формы нисших сингоний:

а) моноэдр д) ромбический тетраэдр

б) пинакоид в) диэдр е) ромбическая пирамида

г) ромбическая призма ж) ромбическая дипирамида

Важнейшие простые формы кубической сингонии:

Тетраэдр 2. Куб (гексаэдр)

3. Октаэдр 4. Ромбододекаэдр

5. Пентагон- Додекаэдр

6. Тетрагексаэдр 7. Тетрагон – триоктаэдр

Важнейшие простые формы средних сингоний:

Призмы: 1.-тригональная, 2-тетрагональная 3- гексагональная

Пирамиды: 4-тригональная, 5- тетрагональная 6- гексагональная

Дипирамиды: 7-тригональная, 8- тетрагональная 9- гексагональная

Те, кто желает вырастить кристалл в домашних условиях, обычно начинают с медного купороса или поваренной соли. Для того, чтобы вырастить достаточно крупные кристаллы соли, нужно 2-3 недели. Кристалл медного купороса вырастает примерно за то же время. А вот железный купорос по сравнению с ними растет очень быстро, просто невероятными темпами. Уже через несколько часов, сразу после остывания подготовленного пересыщенного раствора, на дне емкости можно увидеть голубовато-зеленые, прозрачные, достаточно крупные кристаллы железного купороса, а на подвешенной в растворе затравке «ёжик» кристаллов будет уже на следующий день.

Железный купорос имеет формулу FeSO4, в природе это соединение, как минерал, не встречается, однако в промежуточных процессах природной химии такое соединение образуется.

Итак, как вырастить кристалл железного купороса? Покупаем пакетик FeSO4 весом 100, 150 или 200 грамм. В том пакетике, что достался мне, железный купорос был не сухим, а мелкокристаллическим, как сахарный песок, и влажным. Поэтому в ёмкость его пришлось не высыпать, а выдавливать. Получилась небольшая горка нежно-зеленого «моченого сахара».

Ёмкость для опыта нужно брать стеклянную или пластиковую, но ни в коем случае не металлическую. Это соединение достаточно ядовито, оно используется для обработки (побелки и пропитки) древесины домов, погребов и подвалов от плесени, в том числе черной, грибов и жуков древоточцев. Поэтому все работы следует проводить в перчатках, посуду, используемую в химических экспериментах, нельзя использовать для приготовления и хранения продуктов.

Итак, приступим. Заливаем горку железного купороса горячей кипяченой водой. Воды должно быть совсем немного, так, чтобы только скрыть FeSO4. Размешиваем деревянной палочкой или пластиковой ложкой, если растворение прекратилось и кристаллы все еще остаются на дне – добавляем еще немного воды и мешаем. Получится прозрачный коричневатый раствор.

В горячем состоянии над раствором поднимается не едкий, но не слишком приятный по запаху пар. Поэтому советую растворять купорос при открытой форточке или под вытяжкой (когда раствор остынет, запах исчезнет).

После растворения FeSO4 мы перелили раствор в небольшую пластиковую емкость, где кристаллы и будут расти. Раствор, предназначенный для кристаллизации веществ, всегда процеживают через ткань, перед тем, как опустить затравку и поставить емкость в спокойное место, где нет громких звуков, сотрясений стен и пола и сквозняков. Процеживание делается через ткань, фильтровальную бумагу или многослойную марлю.

Раствор начал остывать, после того, как он остудился до температуры 56,8 градусов Цельсия (то есть является горячим), из него стремительно начинают расти кристаллы. Поэтому, чтобы на затравке выросли большие кристаллы, нужно не упустить момент для ее погружения. Наша затравка состоит из лески, прикрепленной а карандашу. На кончик лески нанесен клей «Момент», к которому приклеены мелкие кристаллики железного купороса.

То есть несколько кристалликов из пакета не были растворены в воде, их приклеили на затравку. Карандаш ложится поверх емкости и затравка погружается в раствор. На фотографии лески, к которой прикреплена затравка, не видно, так как она очень тонкая. Нужно было взять толще.

Мы никогда не видели, чтобы кристаллы росли так быстро, просто стремительно. Уже на утро следующего дня опыт можно завершать. Вынимаем из раствора затравку е «ёжиком» красивых светло-зеленых кристаллов, сливаем раствор (его можно использовать по назначению – для борьбы с плесенью и грибком, разбавив по инструкции на пакете).

На дне емкости остается друза красивых кристаллов, плотно примыкающих друг к другу.

На затравке выросли крупные, хорошо ограненные кристаллы. Для того, чтобы влага, содержащаяся в воздухе, не разрушила их (они могут оплавиться, так как очень гигроскопичны), можно покрыть кристаллики лаком и хранить в пластиковой коробке. Кристаллы очень хрупкие.

Часто посетители выставок самоцветов спрашивают, как быстро растут кристаллы в природе? Что здесь можно сказать? Существуют различные условия для роста кристаллов в природе. Одни растут из водных растворов, другие — из магматических расплавов, третьи образуются в результате замещения одних химических элементов другими. Рост минералов зависит от многих природных факторов, возможно, для роста некоторых из них нужны миллионы лет, а какие-то кристаллы вырастают за несколько часов, как железный купорос в нашем опыте.

Выращивание кристаллов – увлекательное занятие, но не следует приступать к нему, не изучив все свойства вещества, особенности роста его кристаллов и возможные химические реакции.
Как вырастить кристалл меди, можно узнать, пройдя по ссылке в этом предложении.

Как вырастить кристалл медного купороса, сахара, алюмокалиевых квасцов, сульфата аммония вы узнаете, пройдя по данной ссылке.

Бонус: Галит – природный минерал. Нежно-розовые кристаллы галита (он же, пищевая, каменная соль), выращенные с добавлением пищевого красителя.

Набор для детского творчества Attivio Chemistry Драгоценный кристалл — «Как вырастить кристалл дома. Набор для детского творчества Attivio Chemistry Драгоценный кристалл. Как ХИМИК расскажу суть опыта и приоткрою тайну «магического порошка»!»

Всем любознайкам привет!

 

Сегодня расскажу вам о полезном детском развлечении, которое даёт ребёнку определенные представления о науке и окружающем мире.

Так, при очередном походе по ТЦ в Детском мире я наткнулась на наборы для детского Attivio Chemistry, который был представлен в 3 видах:

• «Серебряное зеркало»;
• «Вулканчик»;
• Драгоценный кристалл.

Чтобы было понятно, я сразу скажу: у меня химическое образование, поэтому мне и самой захотелось их купить) А дети в возрасте 6-10 лет очень любознательны, и мой ребенок уже давно просил набор именно для выращивания кристалла.

И вот, набор у нас:

В наборе мы видим:

1. «Магический порошок»
2. «Активатор роста»
3. Основа для роста кристалла
4. Деревянная палочка для перемешивания раствора
5. Инструкция

Чтение инструкции у меня вызвало полнейшее негодование и недоумение.

Во-первых, сразу же совершенно непонятная формулировка «магический порошок». Состав, я так понимаю, производитель засекретил, и тут я включила все свои профзнания, чтобы разобраться, что это за вещество. Вообще, детям 10 лет (а именно с этого возраста производитель рекомендует свой набор) не так интересно и важно знать, какая там происходит реакция, однако для меня это стало делом принципа.

Во-вторых, Основа для роста кристалла оказалась обычной щебёнкой, точнее гравием. А из такой дроблёной и мелкозернистой основы просто физически невозможно вырастить кристалл, показанный на картинке, этакий «монолитный граненый алмаз». Кристалл получится мелким, с множеством острых мелких пиков и наростов.

В третьих, в инструкции допущены самые глупые ошибки. Какие? Читаем дальше.

✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧ПРОВОДИМ ОПЫТ✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧✧

 

Засыпаем «магический порошок» в контейнер:

Наливаем 150 мл крутого кипятка, размешиваем деревянной палочкой и засыпаем гравий. Прикройте крышку, оставив небольшой зазор.

Внимание! Первая ошибка в инструкции. Крышкой плотно НЕ закрывать! Начинает выделяться газ, и если вы закроете плотно контейнер, крышку просто сорвёт.

Оставьте остужаться. Как только раствор остынет, насыпаем «активатор роста», перемешиваем и снова крышкой лишь слегка прикрываем, оставив щель, иначе газ её снова сорвёт. (Хотя в инструкции снова написано закрыть плотно — вторая ошибка).

Не трогаем контейнер, не двигаем, не трясем. Начинается процесс кристаллизации, который нарушается даже при малейшем колебании системы. Поэтому бегать каждый час и трясти высматривать чудо смысла нет.

Ждём неделю-две или сколько потребуется.

 

✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧ ТАЙНА «Магического порошка» ✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-

 

Аналогов подобного набора достаточно много, и ни один производитель не откроет тайну состава своего основного компонента (кристаллического порошка) в инструкции к своему товару.

Однако мы ж химики, ребята) Для нас тайны нет)

Кому интересно, маленький ликбез:

***аналогичные кристаллы можно вырастить дома из обычной поваренной соли, медного купороса (продается в любом хозяйственном-садоводческом магазине) или алюмокалиевых квасцов. Это самые безопасные при домашнем использовании вещества (если их не глотать, конечно).

Что мы имеем здесь:

 

Суть опыта в создании пересыщенного нестабильного раствора соли, который начинает «избавляться» от избытка растворенной соли её осаждением (кристаллизацией) на любом внесенном в раствор постороннем предмете. Этот предмет (это может быть что угодно, даже обычная волосинка) называют затравкой. И в нашем наборе в роли затравки выступает гравий.

Задача единственного незасекреченного производителем компонента — фосфата (или дигидрофосфата) аммония — это создание пересыщенной концентрации раствора.

А следовательно, основным компонентом кристаллического порошка является тоже соль-фосфат. Какой именно катион металла в составе соли могут определить лишь инструментальные лабораторные методы. Цвет кристалла здесь определяется цветом дополнительно смешанного с солью пищевого красителя.

 

✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧- КАК ЭТО РОСЛО ✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧-✧

 

Никаких изменений в контейнере не было 10 дней.

После этого началась кристаллизация на стенках контейнера, в растворе на гравии же не росло ничего. Система облюбовала стенки. Гравий был голый без признаков нароста соли.

Через 3 недели надежды на чудо я решила всё же прекратить эксперимент с грязной банкой (в которую у меня превратился контейнер) и посмотреть, что там получилось.

А получилось вот такая каша:

Намёк на кристалл имелся лишь в одном месте контейнера. Здесь были красивые игольчатые пики соли.

Вот так будущий «подарок друзьям» или «декор комнаты» полетел в мусорку.

 

Почему опыт не удался?

Возможно причиной стала постоянная вибрация контейнера от работающего телевизора (контейнер стоял в комнате с ним), или постоянные передвижения с места на место (ребенок проверял каждый день, хоть и говорила, что нельзя).

 

Не рекомендую. Возьмите лучше обычную соль и маленькую затравку в виде бусинки. Получите дешевый, красивый и всегда удающийся опыт выращивания кристалла-«ёжика».

 

_________________

Чем еще порадовать детей:

Как выращивать кристаллы — советы и методы

Вы хотите научиться выращивать кристаллы? Это общие инструкции по выращиванию кристаллов, которые можно использовать для большинства рецептов кристаллов. Вот основные сведения, которые помогут вам начать работу и устранить проблемы:

Что такое кристаллы?

Кристаллы — это структуры, которые образованы регулярным повторяющимся узором связанных атомов или молекул. Кристаллы растут с помощью процесса, называемого зародышеобразованием . Во время зародышеобразования атомы или молекулы, которые будут кристаллизоваться (растворяться), растворяются в своих индивидуальных единицах в растворителе.Частицы растворенного вещества контактируют друг с другом и соединяются друг с другом. Эта субъединица больше, чем отдельная частица, поэтому больше частиц будет контактировать и соединяться с ней. В конце концов, это кристаллическое ядро ​​становится достаточно большим, чтобы выпадать из раствора (кристаллизоваться). Другие молекулы растворенного вещества будут продолжать прикрепляться к поверхности кристалла, вызывая его рост до тех пор, пока не будет достигнут баланс или равновесие между молекулами растворенного вещества в кристалле и теми, которые остаются в растворе.

Основная техника выращивания кристаллов

• Сделайте насыщенный раствор.
• Посадите огород или вырастите кристалл-кристалл.
• Продолжить рост.

Чтобы вырастить кристалл, вам нужно приготовить раствор, который максимизирует вероятность того, что частицы растворенного вещества сойдутся вместе и образуют ядро, которое превратится в ваш кристалл. Это означает, что вам понадобится концентрированный раствор с максимально возможным количеством растворенного вещества (насыщенный раствор). Иногда зародышеобразование может происходить просто за счет взаимодействия между частицами растворенного вещества в растворе (так называемое зародышеобразование без посторонней помощи), но иногда лучше обеспечить своего рода место встречи для агрегирования частиц растворенного вещества (нуклеация при содействии).Шероховатая поверхность имеет тенденцию быть более привлекательной для зародышеобразования, чем гладкая поверхность. Например, кристалл с большей вероятностью начнет формироваться на грубой веревке, чем на гладкой стороне стекла.

Сделайте насыщенный раствор

Лучше всего начинать кристаллы с насыщенного раствора. Более разбавленный раствор станет насыщенным, поскольку воздух испаряет немного жидкости, но для испарения требуется время (дни, недели). Вы получите кристаллы быстрее, если раствор с самого начала будет насыщенным.Кроме того, может наступить время, когда вам понадобится добавить больше жидкости в раствор кристаллов. Если ваш раствор не является насыщенным, он сведет на нет вашу работу и фактически растворит ваши кристаллы! Сделайте насыщенный раствор, добавив растворенные кристаллы (например, квасцы, сахар, соль) в растворитель (обычно воду, хотя в некоторых рецептах могут потребоваться другие растворители). Перемешивание смеси поможет растворить растворенное вещество. Иногда вам может понадобиться нагреть, чтобы растворенное вещество растворилось. Вы можете использовать кипяток, а иногда даже нагреть раствор на плите, над конфоркой или в микроволновой печи.

Выращивание хрустального сада или жеоды

Если вы просто хотите вырастить массу кристаллов или хрустальный сад, вы можете вылить насыщенный раствор на субстрат (камни, кирпич, губку), накрыть установку бумажным полотенцем или кофейным фильтром, чтобы не допустить попадания пыли и позволить жидкости. медленно испариться.

Выращивание семенного кристалла

С другой стороны, если вы пытаетесь вырастить более крупный монокристалл, вам понадобится затравочный кристалл. Один из методов получения затравочного кристалла — вылить небольшое количество насыщенного раствора на тарелку, дать капле испариться и соскрести кристаллы, образовавшиеся на дне, чтобы использовать их в качестве затравки.Другой метод — налить насыщенный раствор в очень гладкую емкость (например, стеклянную банку) и втянуть в жидкость грубый предмет (например, веревку). На нити начнут расти маленькие кристаллы, которые можно использовать в качестве затравочных кристаллов.

Выращивание кристаллов и ведение хозяйства

Если ваш затравочный кристалл находится на веревочке, вылейте жидкость в чистый контейнер (иначе кристаллы со временем вырастут на стекле и будут конкурировать с вашим кристаллом ), подвесьте веревку в жидкости, накройте контейнер бумажным полотенцем или кофе. фильтр (не закрывайте его крышкой!) и продолжайте выращивать кристалл.Вылейте жидкость в чистую емкость, если увидите, что на ней растут кристаллы.

Если вы выбрали семя с тарелки, привяжите его к леске из нейлона (слишком гладкой, чтобы привлекать кристаллы, чтобы ваше семя могло расти без конкуренции), подвесьте кристалл в чистом контейнере с насыщенным раствором и вырастите свой кристалл так же, как и с семенами, которые изначально были на веревочке.

Сохраните свои кристаллы

Кристаллы, сделанные из водного (водного) раствора, будут растворяться во влажном воздухе.Сохраните красивый кристалл, храня его в сухом закрытом контейнере. Вы можете завернуть его в бумагу, чтобы он оставался сухим и не собирался на нем пыли. Некоторые кристаллы можно защитить, запечатав акриловым покрытием (например, полироль для пола Future), хотя нанесение акрила приведет к растворению самого внешнего слоя кристалла.

Crystal Projects, которые стоит попробовать

Сделайте каменные конфеты или кристаллы сахара
Кристаллы синего сульфата меди
Кристаллизируйте настоящий цветок
Быстрая чашка кристаллов в холодильнике

Как вырастить хрустальные жеоды

Когда у вас есть 10-летний ребенок, который надеется когда-нибудь стать генетиком, вы можете ожидать, что ваша кухня в любой момент станет импровизированной научной лабораторией.Ингредиенты, которые вы планировали использовать на ужин, внезапно превращаются в любое количество экспериментов, и если вы планировали в какой-то момент иметь чистую стойку, забудьте об этом.

Для полной ясности, я ничего не внес в этот проект, кроме того, что на пару дней держал малыша подальше от скорлупы. Дочка все делала сама. Это делает этот эксперимент идеальным для проекта научной ярмарки, урока в домашней школе или просто для развлечения скучным летним днем.

Для завершения этого потрясающего эксперимента вашим детям нужно всего 4 ингредиента, и вам не придется покупать их в магазине химикатов.Вам понадобится:

• Яйца
• Соль
• Вода
• Пищевой краситель

Вот и все. Это хранитель !! Дайте детям инструкции и смотрите, как они превращаются в сумасшедших ученых.

* Это сообщение может содержать партнерские ссылки. Партнерские ссылки — отличный способ поделиться с вами продуктами, которые нам нравятся, и они помогают нам поддерживать работу этого блога.

1. Соберите несколько мисок, чтобы выращивать в них жеоды.Они должны быть чуть больше вашей яичной скорлупы. Нам понравились стеклянные чаши, потому что в них было намного легче наблюдать за процессом роста.
2. Осторожно разбейте несколько яиц и взбейте внутренности на обед. Возьмите ракушки и аккуратно промойте их теплой водой. После того, как они станут чистыми, поместите их в миски и дайте им высохнуть, пока вы выполняете следующий шаг.
3. Кипятите воду, достаточную для заполнения одной миски. Вы можете сделать это на плите или в микроволновой печи. Когда вода закипит, снимите ее с огня и добавьте столько соли, сколько она растворится в воде.Как только крупинки соли останутся на дне, больше не добавляйте. Наконец, добавьте 1-3 капли пищевого красителя. Если хотите, поэкспериментируйте с цветами.
4. Вылейте окрашенный солевой раствор на яичную скорлупу. Сначала вылейте его в скорлупу, чтобы она не всплыла, а затем продолжайте заполнять миску вокруг яичной скорлупы.
   

   Узнайте больше о наших забавных научных экспериментах здесь!

Повторите этот процесс для дополнительных оболочек и цветов, а затем сядьте и подождите.Кристаллы могут начать расти уже на следующий день, но, как правило, достигают пика через несколько дней.

Делайте снимки каждый день, когда вода испаряется, а кристаллы растут. Следите за изменениями и наслаждайтесь процессом. Каждое утро в нашем доме дети спешили на кухню, чтобы проверить кристаллы.

Когда вода полностью испарится и геоды высохнут, вы можете выставить их и продемонстрировать на своей научной ярмарке. Вам нужно будет держать их сухими, потому что вода разрушит кристаллы соли на жеодах.

Спасибо, что ознакомились с нашим проектом «Как выращивать хрустальные жеоды». Попробуйте и дайте нам знать, как это происходит.

Отличный проект и опыт обучения для детей и взрослых

Выращивание кристаллов — это увлекательный процесс обучения для детей и взрослых. Узнайте, как выращивать кристаллы, большие и маленькие, разных цветов и форм, и даже в формациях жеода!

Занимать детей во время летних каникул может быть рутинной работой, иногда даже работой на полную ставку! Большинство семей отправляются в автомобильные поездки, в походы или пробуют веселые проекты.Вот такой, который понравится детям, и вы его обязательно полюбите!

Выращивание кристаллов разной формы

Выращивание кристаллов — это увлекательное занятие для детей и всех желающих. В колледже я изучал геологию, и увидеть, как растут кристаллы, было настоящим удовольствием.

Примечание: Еще один замечательный детский проект — это самодельный пластилин!

В этом проекте вы можете выращивать более мелкие кристаллы, такие как друзовый кварц, более крупные кристаллы, такие как аметист, или формы, такие как деревья или звезды.Можно даже делать жеоды! У вас также есть варианты цвета от прозрачного до темно-красного, как гранат, или бледно-желтого, как оникс.

Как выращивать кристаллы

Вы можете купить ингредиенты для изготовления кристаллов в любом продуктовом или хозяйственном магазине, а также в Интернете. Многие предметы, возможно, уже есть в вашем доме.

Ингредиенты и материалы для выращивания кристаллов

В зависимости от того, как вы хотите, чтобы ваш проект выглядел, есть несколько альтернатив струнам. Очистителям труб можно придать любую форму.Вы также можете использовать яичную скорлупу для образа жеоды или использовать крышку от банки, чтобы сделать подсвечник. Когда этот проект будет завершен, вы сможете использовать его практически для чего угодно, кроме контакта с пищевыми продуктами.

Процесс выращивания кристаллов

Во-первых, накройте рабочее место газетой, чтобы облегчить уборку. Наденьте дополнительные перчатки. (Бура, или тетраборат натрия, является производным соли и может сушить руки.)

Затем вскипятите воду и добавьте в банку. Чем горячее вода, тем больше буры в нее попадет.(Вы можете поставить банку с водой в кастрюлю с горячей водой.) Начните размешивать ложку буры, помешивая, пока она полностью не растворится. Не должно быть никаких плавающих или сидящих на дне. После растворения добавьте еще немного буры. Продолжайте делать это, пока он не перестанет хорошо растворяться. Вы можете подогреть воду, чтобы увидеть, хватит ли ей еще. Как только вы наберетесь как можно больше, добавьте пищевой краситель. Вы можете добавить столько, сколько захотите. Кристаллы будут немного светлее воды, поэтому сделайте немного темнее, чем хотите.

Чтобы сделать кристаллы большего размера, окуните полотенце в горячую воду. Хорошо отожмите и оберните банку. Это позволит воде медленно остыть, и кристаллы станут больше, как горные кристаллы. Если вам нужны кристаллы меньшего размера, ничего другого делать не нужно.

Затем опустите очиститель струн или труб в раствор. Чтобы подвесить его, привяжите его к дюбелю и поместите дюбель поверх банки. Для жеода положите его на дно банки. Убедитесь, что вы немного перемешали, чтобы все пузырьки воздуха высвободились.Вы можете накрыть его старой тряпкой для мытья посуды, чтобы не допустить попадания пыли.

Наблюдая за ростом кристаллов

А теперь подожди. Хотя действительно можно наблюдать, как растут кристаллы, это может занять часы или даже ночь. Вы можете вернуться к своему проекту через несколько часов и проверить, как идет работа. Когда кристаллы станут нужного вам размера, вытащите их и дайте высохнуть.

Если вы хотите, чтобы в вашем проекте были слои цвета, вы можете вытащить его в любой момент, дать ему высохнуть, а затем окунуть в другой цветовой раствор.Новые кристаллы вырастут прямо над старыми. Это отлично подходит для имитации агатов или аметиста.

Сохранение самодельных кристаллов

Поскольку бура — это соль, она может притягивать влагу из воздуха, в конечном итоге превращая ваше искусство в жидкую кашу. Поэтому, когда ваши кристаллы будут обработаны и полностью высохнут, вы можете нанести на них прозрачный слой акрила, лака или любой другой жидкости, предназначенной для защиты дерева или металла.

Я видел, как этот процесс самодельного кристалла использовался для создания другого вида искусственных цветов, маленькой чаши для подсвечника, старых туфель или книг для художественных работ и даже рождественских украшений.

Вы когда-нибудь пробовали выращивать кристаллы? Если да, расскажите о том, как вы проявили творческий подход в этом проекте!

*******

Выращивание кристаллов, факультет химии, Университет Отаго, Новая Зеландия

Квасцы, или сульфат алюминия, калия, представляет собой химическое соединение с формулой KAl (SO ₄ ). 12H ₂ O. Он известен тысячи лет и используется по-разному — в таксидермии в качестве дезодоранта. , в маринаде продуктов питания, в огнетушителях.Вероятно, наиболее важное его применение — очистка питьевой воды.

Он образует красивые правильные октаэдрические кристаллы, подобные показанному здесь. Обычно кристаллы квасцов бесцветны, но если «нормальные» квасцы (KAl (SO4) .12h3O) смешать с «хромовыми квасцами» (KCr (SO4) .12h3O), то кристаллы будут иметь пурпурный цвет. Образцы, которые вам будут отправлены, если вы примете участие в конкурсе, позволят вам вырастить эти фиолетовые кристаллы.

Чтобы вырастить большие монокристаллы квасцов, вам сначала нужно вырастить так называемый затравочный кристалл .Это должен быть монокристалл, но совсем маленький. (Обычно для квасцов лучше кристаллизоваться в виде множества мелких кристаллов, чем в виде одного большого). Затем подходящий затравочный кристалл суспендируют в перенасыщенном растворе квасцов . Перенасыщенный раствор — это раствор, в котором растворено больше квасцов, чем обычно возможно. Такой раствор хочет избавиться от лишнего растворенного твердого вещества — если вы будете осторожны, он сделает это, добавив твердые квасцы в ваш затравочный кристалл, увеличив его размер.

Шаг 1:

Сделайте перенасыщенный раствор квасцов. Сделайте это, добавив квасцы в горячую воду, пока они не перестанут растворяться.

Точное количество квасцов будет варьироваться в зависимости от температуры воды, но оно будет примерно 15 г / 25 мл.

Шаг 2:

Налейте немного раствора в неглубокую емкость для выпаривания и оставьте в прохладном, темном, спокойном шкафу на ночь. Когда раствор охлаждается и начинает испаряться, в чаше для выпаривания образуются небольшие затравочные кристаллы.

Шаг 3:

Выберите затравочный кристалл. Найдите самый красивый, посмотрев на них в увеличительное стекло — это должен быть монокристалл (а не два или более слипшихся) и прозрачный, с острыми краями и углами. Осторожно извлеките затравочный кристалл с помощью пинцета (старайтесь не касаться кристалла пальцами) и привяжите его к длине тонкой нейлоновой лески, завязав узел вокруг затравочного кристалла. Затем обвяжите другой конец лески вокруг карандаша или другого предмета.

Шаг 4:

Сделайте еще один перенасыщенный раствор квасцов в чистом стакане или сосуде . Подвесьте затравку в насыщенном растворе. Убедитесь, что она не касается стенок или дна емкости. Накройте алюминиевой фольгой или фильтровальной бумагой и оставьте в безопасном месте. Очень важно минимизировать количество перемещений кристалла. Также важно, чтобы температура оставалась как можно более постоянной — вы можете поместить стакан в холодный контейнер или что-то подобное, чтобы помочь с этим.Если раствор нагревается (из-за того, что обогреватели в вашем классе неожиданно включаются), ваш кристалл может снова раствориться!

Шаг 5:

Проверяйте кристалл каждый день. Должен быть видимый рост кристалла. Если кристалл перестает расти или уменьшается в размерах, раствор больше не насыщается, поэтому необходимо будет изготовить новый. Для этого сначала осторожно удалите кристалл, затем нагрейте раствор и растворите в нем еще немного квасцов. Затем, когда он снова остынет до комнатной температуры, верните кристалл в раствор.Возможно, вам придется делать это более одного раза, пока у вас не закончатся квасцы (помните, что вы можете использовать только один пакет (100 г) на кристалл).

Шаг 6:

Когда кристалл станет настолько большим, насколько это возможно, осторожно удалите его и дайте ему высохнуть на бумажном полотенце. Если вы хотите отправить его на оценку, вам нужно будет подумать о способе, которым можно будет отправить его без поломки. Стеклянный контейнер для образца был включен в ваш пакет с квасцами, поэтому вы можете использовать его, если кристалл вам подходит (вам нужно будет подумать, как остановить его дребезжание).Если он слишком большой для этого, вы могли бы отправить его в яйце «Киндер-Сюрприз»?

Посмотрите видео о выращивании кристаллов.

УДАЧИ !!

Выращивание кристаллов. Как вырастить кристалл. Кристаллы соли.

Выращивание кристаллов. Что тебе нужно знать!

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но долгий. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему из разных веществ образуются кристаллы разной формы, а некоторые из них не образуются и что делать, чтобы получить большой и красивый кристалл.
Если кристаллизация идет очень медленно, то вы получаете большой кристалл, если кристаллизация идет быстро, то много мелких (или поликристаллов, таких как кристаллы металлов).

Выращивание кристаллов в домашних условиях производится разными способами. Например, охлаждение насыщенного раствора. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном это относится к безводной соли), и кристаллы выпадают. Сначала в растворе и в стенках появляются крошечные кристаллы-зародыши.При медленном охлаждении и отсутствии в растворе твердых примесей (например, пыли) зародышей образуется мало, и они постепенно превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении появляется много мелких кристаллов, почти ни у кого нет правильной формы, потому что они полные и мешают друг другу.

Кристалл сахара

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше результат.Сосуд с раствором оставить на время комнатной температуры, накрыв сосуд с раствором бумагой, «вода будет медленно испаряться, а пыль в раствор не попадет. Растущие кристаллы можно либо повесить в насыщенном растворе на тонкой сплошной линии, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически нужно переворачивать на другую сторону. По мере испарения воды в сосуд следует добавлять свежий раствор. Даже если наш исходный кристалл имел неправильную форму, он вскоре сам исправит все свои недостатки и примет форму, характерную для вещества, например, превратится в октаэдр, если использовать соль квасцов громоклея, алмаз — если вы с использованием сульфата меди

Выращивание кристаллов — процесс увлекательный, но требующий внимательного и осторожного отношения к своей работе.Теоретически количество кристалла, которое можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограниченно. Бывают случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такого размера, которые можно было поднять только с их помощью.

Кристаллы калиево-алюминиевых квасцов

Но, к сожалению, есть особенности их хранения (конечно, у каждой соли и вещества есть свои особенности). Например, если оставить кристалл квасцов на открытом воздухе, он постепенно потеряет воду и превратится в серый порошок. Чтобы уберечь его от разрушения, его необходимо покрыть лаком.Сульфат меди и натрия — более стойкие и могут использоваться для работы с ними.

Как вырастить кристалл

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например, из сахара, даже камня — выращивания искусственных камней, соблюдайте строгие правила температуры, давления, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрин).

Кристаллы йода калия
(KI)

Дома, конечно, все это у нас не получилось, так что поступаем по-другому.Вырастет кристаллов соли . У всех есть дома обычная пищевая соль (как вы, наверное, знаете, ее химическое название хлорид натрия NaCl). Подойдет любая другая соль (соль — с химической точки), например, вы можете получить красивые синие кристаллы медного купороса или любого другого сульфата (например, зеленого сульфата железа). Можно использовать квасцы (двойные соли металлов, серную кислоту), тиосульфат натрия (раньше его использовали для фото). Для всех этих солей не требуется никаких особых условий: приготовили раствор, поместили в него «зародыш» и он растет сам, каждый день, добавляя прирост.
Но не красьте ли раствор там, где растет Ваш кристалл, например красками или чем-то подобным, он испортит раствор? а кристалл еще не красить! Лучший способ получить цветные кристаллы — это выбрать цветной Solt! Но будьте осторожны: например, желтые кристаллы кровяной соли имеют красно-оранжевый цвет, а раствор становится желтым.
Теперь можно начинать!

Рост кристаллов пищевой соли

Кристаллы пищевой соли — Процесс выращивания не требует каких-либо специальных химикатов.Все у нас есть пищевая соль, которую мы принимаем в пищу. Вы также можете назвать это каменной солью. кристаллы пищевой соли NaCl — бесцветные прозрачные кубики.

Давайте начнем. Раствор пищевой соли готовят следующим образом: в емкость (стакан) наливают воду и опускают в кастрюлю с теплой водой (не выше 50 — 60 С). Конечно, в идеале, если вода не содержит растворенных солей (дистиллированная), но в этом случае можно использовать воду из-под крана. Посыпьте стакан солью и оставьте на 5 минут, хорошо перемешав.За это время стакан с водой нагреется, и соль растворится. Желательно, чтобы температура воды не снижалась. Затем посолить и снова перемешать. Повторяйте этот шаг до тех пор, пока пищевая соль не исчезнет и не упадет на дно стакана.

Кристаллы пищевой соли
(NaCl)

Получился насыщенный солевой раствор. Вылейте его в чистую емкость в таком же количестве, без соли на дне стакана. Выберите любой кристалл соли и положите его на дно стакана с насыщенным раствором.Но желательно можно прикрепить кристалл за нитку и повесить так, чтобы он не касался стенок бокала. Теперь нужно подождать. Через пару дней вы можете заметить значительный рост кристаллов. С каждым днем ​​он будет расти. А если повторить все то же самое (приготовить насыщенный раствор соли и положить в него кристалл), то он будет расти намного быстрее (удалите кристалл и используйте уже приготовленный раствор, добавив воду и необходимую порцию соли). Помните, что раствор должен быть насыщенным, и при его приготовлении соль всегда должна оставаться на дне стакана (на всякий случай).Для справки: в 100 г воды при температуре 20 C можно растворить примерно 35 г соли. С повышением температуры растворимость солей увеличивается.
Так вырастите кристаллы соли (или кристаллы соли той формы и цвета, которая вам больше нравится)

Растущий кристалл медного купороса

Кристаллы медного купороса — выращиваются так же, как и с пищевой солью: сначала готовят насыщенный солевой раствор, затем любимый маленький кристалл опускают в этот раствор медного купороса.
Внимание! Сульфат меди — реактивная соль! Поэтому для успешного опыта в данном случае воду нужно брать дистиллированную, т.е.не содержащую других растворенных солей. Водопроводную воду тоже лучше не брать, так как она, во-первых, содержит растворенные соли, во-вторых, может быть сильно хлорирована. Примеси (особенно карбонаты в твердом виде) вступают в химические реакции с сульфатом меди, поэтому раствор портится.
Если Вы решили не наливать раствор из емкости, где вырос маленький кристалл, то повесьте кристалл, чтобы не касались его другие кристаллы!

Кристаллы выращивают не только из растворов, но и из расплавов солей.Яркий пример — желтые непрозрачные кристаллы серы, имеющие форму ромба или выдавленных призм. А вот с серой, в частности, работать не рекомендуется. Газ, образующийся при его испарении, вреден.
Вы можете избежать роста отдельных граней кристалла. Для этого эти лица необходимо нанести вазелином или жиром.

Рост кристаллов меди

: Выращивание кристаллов меди (Cu)

Теперь вырастите красных кристаллов меди .Нам понадобится медный купорос, хлорид натрия, стальная пластина в форме емкости секции (периметр чуть меньшего размера). Можно использовать стальную стружку, на которой растут кристаллы меди и кружок промокательной бумаги в виде поперечного сечения.
Поэтому на дно емкости (равномерно по площади) нанесите немного медного купороса. Сверху посыпьте солью и закройте кружком промокательной бумаги. Положите на него железную пластину (стальную стружку). Все следует залить насыщенным раствором хлорида натрия.Оставьте емкость примерно на неделю. За это время вырастут красные кристаллы меди. Желательно не переносить емкость и не удалять кристаллы из раствора.

Можно выращивать кристаллы как разноцветные, так и многослойные. Их получают путем варки растворов квасцов (двойных солей серной кислоты) и перевода кристаллов из одного раствора в другой.

Если смешать горячий концентрированный раствор сульфата алюминия Al ₂ (SO ₄ ) ₃ и сульфата калия K ₂ (SO ₄ ), и смесь остынет, начнется кристаллизация квасцов — двойной сульфат калия и алюминий 2KAl (SO ₄ ) ₂ • 12Н ₂ О.Квасцы растворяются в воде: 5,9 г на 100 г воды при 20 С, а уже 109 г — при 90 С в пересчете на безводную соль. При хранении в воздухе квасцы разрушаются. При температуре 92,5 C они тают в кристаллизационной воде, а при нагревании до 120 C дегидратируются, переходя в обожженные квасцы, которые разрушаются только при температуре выше 700 ° C. Молекулы воды, входящие в состав квасцов, связаны химической связью с ионы калия и алюминия, поэтому соль квасцов имеет формулу, которую лучше записать как комплексную соль [K (H ₂ O) ₆ ] [Al (H ₂ O) ₆ ] (SO ₄ ) ₂ .

Кое-что о жидких кристаллах

Жидкие кристаллы — это вещества, которые действуют как жидкое, так и твердое тело. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, достаточно подвижны, с другой — закономерны, образуя некую кристаллическую структуру (одномерную или двумерную). Часто при нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Но, если температура низкая, они замерзают и переходят в твердые кристаллы.Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обуславливает их особые оптические свойства. Их свойствами можно управлять, подвергая воздействию магнитного или электрического поля. Он используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторах, некоторых компьютерах и некоторых моделях телевизоров.

Итак, процесс выращивания кристалла в домашних условиях разделить на основных этапов

Шаг 1: Разбавьте соль для выращивания кристаллов в нагретой воде (нагретая вода должна растворить соль немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре).Растворите соль до тех пор, пока не будете уверены, что соль больше не растворяется (насыщенный раствор!). Рекомендую использовать дистиллированную воду (не содержит других солей)
Этап 2: насыщенный раствор переливается в другую емкость, где можно произвести рост кристалла (с учетом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе убедитесь, что раствор не остыл.
Шаг 3: привяжите кристалл соли к нити и прикрепите его к краю чашки (емкости), в которую заливается насыщенный раствор (этап 3).Кристалл окунуть в насыщенный раствор.
Шаг 4: Перенести емкость с насыщенным раствором и кристаллом в место, где нет сквозняков, вибрации и яркого света.
Шаг 5: Накройте емкость с кристаллом чем-нибудь (например, бумагой) от пыли. Оставьте раствор на пару дней.

Важно!

1. кристалл не может быть удален из раствора в течение всего процесса
2. Избегайте попадания пыли в насыщенный раствор, предпочтительнее использовать дистиллированную воду
3.для контроля уровня насыщенного раствора периодически (один-два раза в неделю) обновлять раствор

показатель растворимости солей в воде

Кристалл растет. ЧТО ТЕБЕ НУЖНО ЗНАТЬ!

Сделайте свои собственные наборы для выращивания кристаллов | Аарон Селестиан, доктор философии. | STEAM Education

добавить немного интерактивного образовательного развлечения в класс

Кристаллы весело и легко выращивать, и это отличное введение в науку.Вырастить красивые кристаллы может каждый, нужно лишь немного времени и пара ингредиентов. Я решил написать этот пост, потому что учительница моего сына хотела добавить в свой класс несколько экспериментов по выращиванию кристаллов. В Интернете есть масса примеров, но я хотел добавить свой личный подход.

Выращивание кристаллов состоит всего из нескольких этапов, а процедуры почти идентичны для всех типов кристаллов, описанных ниже. Во всех описанных здесь экспериментах по кристаллизации кристаллы образуются в результате выпаривания.Это не единственный способ выращивать кристаллы, но это один из самых простых способов выращивания.

Чтобы сделать все типы кристаллов, перечисленные в основных разделах, используйте инструкции по сахару и примените их к другим материалам.

Я нацелен на учителей среднего класса для этой должности. Добавьте комментарии, если хотите увидеть другие кристаллические системы или подробности экспериментов. Я лично проводил все эти эксперименты, поэтому знаю, что они работают. Кроме того, все размеры контейнеров, размеры ингредиентов и продолжительность приготовления являются приблизительными.Вам гарантированы кристаллы, если вы будете следовать только основным инструкциям, но качество и сроки кристаллизации будут отличаться. Чтобы стать лучше, нужно просто немного практики.

Перечень материалов

• аппаратные средства : горшок (2 кварты), ложка для перемешивания, мерные чашки, мерные ложки, банки (12 унций)
• дополнительно: термометр с наклейкой (где купить), пинцет, нить, суперклей, пищевой краситель, карандаш / палочка (для подвешивания ниток в баночке).
• химикат : вода (подойдет водопроводная вода), реагенты (сахар, соль, квасцы и т. Д.)как описано в разделах ниже)
• Пожалуйста, соблюдайте все предупреждающие надписи на ингредиентах, которые вы покупаете. Если сомневаетесь, не ешьте.

Как происходит кристаллизация?

Вкратце, кристаллы, которые вы будете выращивать, представляют собой организованные массивы атомов. Начнем с сахара в качестве примера. Когда вода, разделяющая все атомы, испаряется, остается более высокая концентрация молекул сахара. Это создает гораздо большее взаимодействие между всеми молекулами сахара, и это увеличивает энергию системы.По мере того, как вода продолжает испаряться, наступает момент, когда больше не остается свободной воды, чтобы сахар оставался растворенным. В этот момент сахар претерпевает изменение фазового состояния от свободно движущихся молекул, растворенных в жидкости, до твердого кристалла. Этот процесс кристаллизации высвобождает энергию в виде тепла, и снова энергия системы уменьшается. Таким образом, кристаллизация представляет собой минимальное энергетическое состояние вещества, поэтому кристаллы так стабильны. Как только один кристалл начинает формироваться в растворе, другие молекулы начинают самоорганизовываться на кристалле, и кристалл становится все больше и больше.

Кристаллы — это упорядоченные узоры атомов, которые могут бесконечно повторяться во всех направлениях. Расположение рисунков продиктовано геометрией связи и электронной структурой атомной сборки. Этот узор атомов всегда имеет симметрию, и эта симметрия показана в форме кристалла. Итак, если структура атомов в кристалле образует кубический массив, тогда форма кристалла, который вы держите в руке, будет кубом или производной формы куба (например, тетраэдром).

Как вырастить кристаллы арагонита

Эти красивых кристаллов арагонита выращены прямо из камней с небольшой помощью уксуса.

Мы делаем так много крутых проектов, что никогда не попадают в TinkerLab. Я хотел бы, чтобы вы видели стопки и стопки файлов фотографий, которые просто ждут, чтобы поделиться здесь. Мне очень нужен помощник (которому больше шести лет)!

Чуть более двух лет назад мы вырастили партию удивительных кристаллов арагонита. Вы слышали об этом? Они невероятны: их легко выращивать, они недороги и предлагают отличный урок геологии и химии.

Покопавшись на днях в нашем научном шкафу, я нашел старую коробку с доломитовыми камнями, которые являются основой для этих кристаллов арагонита. И там было еще около 20 камней, которые только и ждали, чтобы вырастить на них кристаллы!

Без лишних слов, я хотел бы познакомить вас с кристаллами арагонита…

Для этого проекта вам понадобятся всего два ингредиента:

Доломитовые скалы

Дистиллированный белый уксус

Просто, правда? (Честно говоря, люблю простые)

Я нашел ЛУЧШИЙ источник этих камней в Образовательных инновациях.У них справедливые цены — вы можете купить 25 образцов камня всего за 8,95 доллара, что УДИВИТЕЛЬНО, если вы работаете в классе или хотите подарить их кучке друзей, как мы. Я не связан с этой компанией, просто довольный клиент. Я провел тщательный поиск, и не так уж много мест, где их можно найти (легко).

Я насыпала камни в миску и предложила каждому ребенку выбрать свой любимый. Плоский, высокий, толстый — ооочень много вариантов!

После того, как камень был выбран, мы поместили его в небольшую стеклянную банку каменщика. Мы использовали 4 унции. mason jars от Bell (филиал), и я нахожу им ВСЕ виды применения в наших художественных и научных проектах. Мы храним в них самодельные краски, превращаем их в художественные подсвечники для чая и используем их более крупных собратьев для наших новых солнечных ламп.

Можно положить в любую стеклянную или керамическую посуду. Поскольку я очень сторонник того, чтобы дети работали (то есть расширяли их возможности), я затем налил уксус в небольшой кувшин и предложил детям налить уксус в банку.

Хитрость заключается в том, чтобы налить в банку ровно столько уксуса , чтобы не закрыть вершину камня. Вы видите это сухое пятно на правом нижнем снимке?

Через пять дней наши кристаллы выглядели так:

Примерно половина уксуса испарилась, некоторые кристаллы образовались по краям сосуда, а на вершине нашего камня росла небольшая гора кристаллов.

Кристаллы полностью образуются примерно через две недели после того, как весь уксус испарится.Чтобы ускорить испарение, поставьте банку на солнечное окно.

Камни, которые мы использовали для выращивания кристаллов, — это доломит, богатый магнием штук. Доломит — это осадочная порода, образующаяся при испарении, состоящая из отложений и минералов. Эта уникальная разновидность доломита, обнаруженная в древней лагуне, которая была окружена коралловым рифом миллионы лет назад, вырастает из кристаллов белого арагонита, когда его помещают в дистиллированный белый уксус.

Арагонит — карбонатный минерал, который обычно образуется в океанах и теплых влажных средах, таких как пещеры и горячие источники.со временем превратится в кальцит. Вы можете прочитать об арагоните здесь.

Поместите камень в банку. Вы можете сначала смыть с него осадок или поместить его в банку как есть.

Залейте камень дистиллированным белым уксусом, пока его вершина не будет выступать над поверхностью уксуса.

Поставьте банку на полку, чтобы ее никто не трогал, но чтобы ее было легко заметить, желательно в теплом солнечном месте, которое будет способствовать испарению.

Маленькие кристаллы начнут появляться примерно через день.

Ежедневно наблюдайте за доломитом, чтобы отслеживать прогресс ваших кристаллов.

Не трогайте банку, пока ВЕСЬ уксус не испарится и камень не станет ПОЛНОСТЬЮ СУХИМ, что может занять от одной до двух недель. Если переместить банку до этого момента, кристаллы могут развалиться. Если это произойдет, просто поместите его обратно на полку и начните снова.

После высыхания доломит и кристаллы можно собирать и исследовать. Они будут твердыми, но немного хрупкими.

Эксперимент с уксусом и пищевой содой

Как приготовить творог и сыворотку: научная демонстрация

Сделать натуральные красители для окраски яиц

Попробуйте эксперимент с голым яйцом (бесплатное занятие из книги TinkerLab — партнерская программа)

Для получения дополнительных идей по теме: РОСТ, я присоединяюсь к творческой группе инженеров, ученых, преподавателей и художников, чтобы поделиться проектами, которые связаны с идеями STEAM (наука, технологии, инженерия, искусство и математика).Тема этой недели — РОСТ, и вы можете увидеть другие идеи, связанные с выращиванием, здесь:

Хрустальные пейзажи своими руками | Лепет, баловаться, делать

10 способов использования лотков для тинкеров | Мери Черри

Звезды-ниндзя-трансформеры | Что мы делаем весь день?

14 Действия с воздушными шарами | Все для мальчиков

Биология йогурта | Левый мозг Craft Brain

Вам также может понравиться подписка на мою доску STEAM + STEM Activities на Pinterest, где вы найдете больше подобных идей.

Если вам понравился этот пост, вы могли бы подписаться на еженедельную рассылку новостей TinkerLab. Это бесплатно , и мы часто рассылаем эксклюзивный контент и возможности, которые доступны только нашим подписчикам.

На тот случай, если вы моргнули и пропустили это, TinkerLab собирает все замечательные материалы в Интернете, чтобы вы и ваши твари оставались творческими, и упаковывает их для вас в аккуратный информационный бюллетень! (И на всякий случай разыгрывает секретные раздачи!) — Юлия П.