Выращивание кристаллов в домашних условиях

Введение

1. Теория кристаллов.
Кристаллы — это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы. Кристаллическую структуру имеют металлы. Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строение никак не проявляется ни во внешнем виде куска, ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии. Дело здесь в том, что обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом  маленьких кристалликов. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объеме, значительно превышающем объем отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям. Твердое тело, состоящее из большого числа одиночных кристалликов, называют

поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами. К поликристаллам относятся не только металлы. Большинство кристаллических тел — поликристаллы, так как они состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы — монокристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.

Жидкие кристаллы — вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой — расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах жидкие кристаллы замерзают, превращаясь в твёрдые тела. Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Свойствами жидких кристаллов можно управлять, подвергая их действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров. Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить кристалл больших размеров — монокристалл.

В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело — поликристалл (рис. 1).

 
Рисунок 1. Поликристалл меди

Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

Если кристаллизация идёт очень медленно, то получается один большой кристалл, если быстро — множество мелких кристаллов Выращивание кристаллов производят разными способами:

1. Охлаждение насыщенного раствора.

С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее, и правильных кристаллов при этом не получится (см. рис. 2)

 
Рисунок 2. На стенках сосуда образовались множество различных мелких кристалликов

2.Постепенное удаление воды из насыщенного раствора

В этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок — вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги или прикрыть марлей). Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор (см. рис. 3).

Рисунок 3. Кристалл, полученный на дне сосуда из раствора медного купороса с добавлением соли и железных опилок

3. Быстрое удаление  воды из насыщенного раствора

В этом случае кристаллы получаются правильной формы, с острыми гранями, но мелкими (раствор находился в широком сосуде рядом с нагревателем) (см. рис. 4)

  
Рисунок 4. Монокристаллы, полученные при быстром испарении раствора

Выращивание кристаллов — процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить таким способом, неограничен. Если выращенный кристалл оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить кристалл от разрушения, его можно покрыть бесцветным лаком.

Методы выращивания кристаллов

В исследовательских лабораториях и промышленности выращивают кристаллы из паров, расплавов и растворов, из твердой фазы, синтезируют путем химических реакций, осуществляют электролитическую кристаллизацию, кристаллизацию из гелей и другие. В настоящее время для получения совершенных кристаллов большого диаметра чаще всего применяют следующие методы выращивания:
— из газовой (паровой) фазы при градиенте давления,
— из расплавов при температурном градиенте,
— из растворов при градиенте концентрации на границе раздела кристалл-раствор.

Кристаллизация из паровой (газовой) фазы широко используется для выращивания как массивных кристаллов, так и эпитаксиальных пленок, тонких (поликристаллических или аморфных) покрытий, нитевидных и пластинчатых кристаллов. Конкретный метод выращивания выбирают в зависимости от материала. В методах выращивания, основанных на физической конденсации кристаллизуемого вещества, вещество поступает к растущему кристаллу в виде собственного пара, состоящего из молекул их ассоциаций – димеров, триммеров и так далее. В методе синтеза в паровой фазе кристаллизуемое соединение образуется в результате реакции между газообразными компонентами непосредственно в зоне кристаллизации.

Кристаллизация из расплава – это наиболее распространенный способ выращивания монокристаллов. В настоящее время более половины технически важных кристаллов выращивают из расплава. Веществами, наиболее подходящими для выращивания из расплава, являются те, которые плавятся без разложения, не имеют полиморфных переходов и характеризуются низкой химической активностью [1]. Методами кристаллизации из расплава выращивают элементарные полупроводники и металлы, оксиды, галогениды, халькогениды, вольфраматы, ванадаты, ниобаты и другие вещества. В ряде случаев из расплава выращиваются монокристаллы, в состав которых входит пять и более компонентов. При кристаллизации из расплава важно учитывать процессы, влияющие на состав расплава (термическая диссоциация, испарение, взаимодействие расплава с окружающей средой), процессы на фронте кристаллизации, процессы теплопереноса в кристалле и расплаве, процессы массопереноса (перенос примесей, обусловленный конвекцией и диффузией в расплаве) [2].

Кристаллизацию из растворов применяют при выращивании веществ, разлагающихся при температурах ниже температуры плавления. Рост кристаллов осуществляется при температурах ниже температуры плавления, поэтому в выращенных такими методами кристаллах отсутствуют дефекты, характерные для кристаллов, выращенных из расплава. При выращивании кристаллов из растворов движущей силой процесса является пересыщение. Методом температурного перепада выращивают, например, кристаллы дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония. Скорость роста кристаллов в таких условиях составляет около 1 мм/сут. Кристаллы весом 400 г. растут в течение 1,5-2 месяцев [2].

Кристаллы и их применение.

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… Изучением многообразия кристаллов занимается наука кристаллография. Она всесторонне рассматривает кристаллические вещества, исследует их свойства и строение. В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов – явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк–кристалличны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза, витамины, миелиновая оболочка нервов – это кристаллы. Долгий путь поисков и открытий, от измерения внешней формы кристаллов в глубь, в тонкости их атомного строения еще не завершен. Но теперь исследователи довольно хорошо изучили его структуру и учатся управлять свойствами кристаллов.

Кристаллы – это красиво, можно сказать, чудо какое-то, они притягивают к себе, являются промежуточным звеном между живой и неживой материей. Кристаллы могут зарождаться, стареть, разрушаться. Кристалл, когда растет на затравке (на зародыше), наследует дефекты этого самого зародыша.

Кристалл чудодейственен своими свойствами, он выполняет самые разные функции. Эти свойства заложены в его строении, которое имеет решетчатую трехмерную структуру. Как пример использования кристаллов можно взять кристалл кварца, который используется в телефонных трубках. Если на пластинку из кварца воздействовать механически, то в ней в соответствующем направлении возникнет электрический заряд. В трубке микрофона кварц преобразует механические колебания воздуха, вызванные говорящим, в электрические. Электрические колебания в трубке абонента преобразуются в колебательные, и, соответственно, он слышит речь. Будучи решетчатым, кристалл ограняется и каждая грань, как личность, своеобразна. Если грань плотно упакована в решетке материальными частицами(атомами или молекулами), то это очень медленно растущая грань. Например, алмаз. У него грани имеют форму октаэдра, они очень плотно упакованы атомами углерода, и отличаются в силу этого и блеском, и прочностью.

Практическая часть

Название работы: Выращивание кристаллов поваренной соли, медного купороса и сахара в домашних условиях

Цель: Вырастить кристаллы из насыщенных растворов соли, медного купороса, сахара и убедиться на опыте в том, что кристаллы данных веществ имеют правильную форму.

Актуальность выбранной темы.

Окружающий нас мир состоит из кристаллов, можно сказать, что мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов.
Кристаллы – это вещества, в которых мельчайшие частицы “упакованы” в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Интересно происхождение слова “кристалл”. Много веков назад в снегах Альп на территории современной Швейцарии нашли очень красивые бесцветные кристаллы, напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – “кристаллос”, по-гречески лед. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Аристотель писал, что “кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту”. Еще в средних веках этот термин “кристалл” применялся исключительно к кварцу. Вместе с тем большая часть природных минералов обладает кристаллическим строением. Первые минералоги интересовались прежде всего, именно формой кристаллов, разнообразие которой поражает. Знаменитый русский кристаллограф Е.С. Федоров, который теоретически вывел законы построения кристаллов, говорил: “Кристаллы блещут симметрией”. Кристаллы действительно так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Многие ученые, внесшие большой вклад в развитие химии и минералогии, начинали свои первые опыты с выращивания кристаллов, пытаясь понять, как они образуются.

И я решил начать свою исследовательскую работу, поставив цель: получить кристаллы различных веществ в домашних условиях.

Цель исследования: исследование зависимости формы и размеров кристаллов от температуры

Задачи исследования:
1. Вырастить монокристалл.
2. Вырастить поликристалл.

Объект исследования:
1. раствор медного купороса
2. раствор поваренной соли
3. раствор сахара

Предмет исследования: кристаллы соли и сахара

Эксперимент № 1.Выращивание кристаллов поваренной соли

Этот процесс не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики.
Насыпал пищевую соль в стакан с водой при температуре 20°С и оставил на несколько минут, предварительно помешав. За это время соль растворилась. Затем добавил ещё соль и снова перемешал. Повторял этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана. Так я получил насыщенный раствор соли. Перелил его в чистый стакан такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне. Выбрал один более крупный кристаллик поваренной соли и положил его на дно стакана с насыщенным раствором. Уже через 3 дня было заметно значительный для кристаллика рост. С каждым днём он увеличивался. Затем проделал всё то же ещё раз (приготовил насыщенный раствор соли и опустил в него этот кристаллик), он стал расти гораздо быстрее — от размеров 0,3 до 0,9 см за следующие 3 дня (см. рис. 5)

Рисунок 5. Бесцветные прозрачные кубики поваренной соли

Эксперимент № 2. Выращивание кристаллов медного купороса

Раствор медного купороса приготовил следующим образом: налил воды в стакан (200 г) и поставил его в кастрюлю с тёплой водой при 50°С и начал растворять 100 г порошка медного купороса. Также, как и раствор поваренной соли, оставил на несколько дней. Сначала способом быстрого испарения в открытом сосуде на стенках получил монокристалл медного купороса (см. рис. 6)

Рисунок 6. Монокристалл, зародыш для поликристалла

Затем поместил его в новый раствор для дальнейшего наращивания при комнатной температуре и закрытом сосуде. Через 2 недели получил поликристалл размером 2,8 см (см рис. 7).     

 
Рисунок 7. Поликристалл размером 2,8 см

Эксперимент №3. Выращивание кристаллов сахара

Для того, чтобы вырастить кристалл из сахара, нужно вскипятить воду и налить кипяток в стакан. Затем начать насыпать в воду сахар и постоянно помешивать. Продолжать делать это до тех пор, пока сахар не перестанет растворяться, т.е. пока раствор не станет перенасыщенным.

Возьмите не слишком длинную тонкую нитку. Один конец нитки привяжите к карандашу прямо по центру, а ко второму концу привяжите маленький кристаллик сахара (рис.8).

Рисунок 8. Затравка на карандаше

Положите карандаш на стакан с сахарным раствором, а нитку опустите. Дальше вам остается только ждать. В лучшем случае небольшой кристалл сахара сможет вырасти за 2-3 дня, а в худшем – вам придется ждать заметного результата полтора-два месяца (рис. 9).

Рисунок 9. Выращенный кристалл сахара

Заключение

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях – это очень интересное и увлекательное занятие, позволяющее сознательно отнестись к закономерностям природы. Работа по выращиванию кристаллов сделала меня более наблюдательным, расширила мой кругозор, приобщила к науке, позволила удивляться. Переживание “чуда” выращивания принесло мне много положительных эмоций и ярких впечатлений. Исследовательская работа приоткрыла мне дверь в загадочную страну кристаллов и минералов.

Полученные мною кристаллы можно использовать на уроках химии и физики как демонстрационный материал.

Литературные источники:

1. Энциклопедический словарь
2. МЕГАЭНЦИКЛОПЕДИЯ КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ http://www.megabook.ru
3. Зоркий П. М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: изд-во МГУ, 1986. – 232 с.
4. Лихачёв В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. — СПб: Наука. — 471 с.
5. Шаскольская М. П.. Кристаллы. М.: Наука, 1985. 208 с.
6. Материалы Интернета.

Работу выполнил: Смоленников Павел Сергеевич
ученик 11 «Б» класса

Научный руководитель: Крестьянникова Елена Валериевна
учитель химии, 1-ой категории

КГУ «Средняя школа №12 поселка Осакаровка»
акимата Осакаровского района
Карагандинской области
Республика Казахстан

Из чего можно выращивать кристаллы в домашних условиях

Как вырастить кристалл из соли

Выращивание кристаллов в домашних условиях — процесс очень увлекательный, но достаточно длительный. В этой статье мы расскажем, как вырастить большой и красивый кристалл из обычной поваренной соли.

Как вырастить кристалл из соли

Вырастить кристалл можно из разных солей (с химической точки зрения), но проще всего вырастить кристалл в домашних условиях из обычной поваренной соли (её химическое название хлорид натрия NaCl).
Важное замечание! Не стоит раскрашивать раствор из которого растет ваш кристалл никакими красками. Это лишь все испортит, а кристалл все равно не окрасится.

Процесс выращивания кристалла из соли в домашних условиях не требует каких-то особых знаний и химических реактивов и препаратов. В каждой семье имеется пищевая (поваренная) соль, которую мы употребляем в пищу. Если посмотреть на соль под увеличением, то мы увидим, что она состоит из прозрачных кубиков. Это и есть кристаллы соли. Наша задача состоит лишь в том, чтобы придать красивую форму этим кристаллам.

Выращиваем кристалл из соли в домашних условиях

Перейдем непосредственно к выращиванию кристалла из соли. Для начала сделаем раствор соли. Для этого налейте воды (лучше дистиллированной) в любую небольшую ёмкость и поставьте его в емкость побольше , в которой также находится вода, но теплая, градусов 50-60. Такую температуру легко выставить на некоторых моделях электрических чайников. Тем, у кого такого чудо-чайника нет, можно порекомендовать смешать одну часть необходимого объема только что вскипевшей воды и две части воды комнатной температуры. Это и будет примерно 50-60 градусов. Затем насыпаем соль в маленькую емкость и, помешав, оставляем минут на 5. За это время емкость с водой нагреется, а соль полностью растворится. Затем добавляем еще соли, снова перемешиваем и оставляем до полного растворения. Эту процедуру нужно продолжать до тех пор пока соль не перестанет растворяться в воде. То, что мы получили называется насыщенный раствор соли. Осторожно переливаем насыщенный раствор в такую же по объему емкость. Следите за тем, чтобы нерастворившаяся соль не попала в новую емкость.

Теперь в пакете с солью выберите кристаллик покрупнее и осторожно положите на дно емкости с насыщенным солевым раствором. Основная работа закончена — теперь только ждать! Через пару дней вы заметите рост кристалла, и наш кристалл с каждым днем будет все больше и больше увеличиваться!

Совет! Чтобы убыстрить процесс, через несколько дней достаньте увеличившийся кристалл из раствора. Приготовьте насыщенный раствор соли заново и опустите туда наш кристалл. Так он будет расти гораздо быстрее!

Вот так просто можно вырастить кристалл из соли в домашних условиях. Присылайте фото своих кристаллов нам, а мы с удовольствием опубликуем их на страницах нашего сайта Задачи по химии.

zadachi-po-khimii.ru

Как сделать кристалл из медного купороса

Химические драгоценности из сульфата меди

Существует много несложных и увлекательных химических опытов, которые можно провести с детьми. Начните знакомство с волшебным миром кристаллов прямо сейчас!

В домашних условиях можно вырастить кристаллы почти всех солей, но начинать лучше с технологически простых материалов. К ним относятся поваренная соль, сахар, бура и медный купорос. Из него получаются самые крупные и красивые кристаллы синего цвета. Выращивать их легко, в то же время это очень интересный и познавательный процесс. Наша статья поможет пошагово вырастить кристалл медного купороса дома.

Что понадобится

Приобрести медный купорос можно в любом садово-хозяйственном магазине. Он продается пачками по 100 грамм. Голубой цвет хозяйственного купороса говорит о невысокой степени очистки. Кристаллы из него получаются светлее.

Сульфат меди можно приобрести и в специализированных лабораториях. Из такого купороса вырастет темно-синий кристалл, похожий на драгоценный камень.

Емкость для рабочего раствора

Посуду используют стеклянную, так как другие материалы вступают в химическую реакцию с раствором. Отлично подойдет поллитровая банка с широким горлышком. После опыта категорически запрещается использовать ее в пищевых целях.

Основа для кристаллизации

В качестве основы применяют тонкую шерстяную нитку синего или черного цвета. Взрослый кристалл полупрозрачен, и основа не должна испортить результат. Альтернативой может быть тонкая медная проволока, предварительно зачищенная наждачной бумагой.

Если в опыте вы используете медный купорос из хозяйственного магазина, воду нужно будет прокипятить. Для эксперимента с очищенным купоросом используют дистиллированную воду.

Купорос токсичен, и работать без перчаток с ним нельзя. На детей младшего школьного возраста желательно надеть медицинскую маску.

Карандаш или палочка для закрепления основы

На ней вы подвесите нитку, на которой будет расти кристалл.

Прозрачный лак для ногтей

Чтобы сохранить кристалл

Одноразовая пластиковая ложка

Важно! Работа проводится только под наблюдением взрослых. По окончании процесса руки необходимо тщательно вымыть под проточной водой. Нельзя пробовать кристалл или порошок на вкус. В случае попадания медного купороса в глаза их нужно промыть большим количеством воды.

Как сделать кристалл: этапы работы

Рабочий раствор высокой концентрации

В воду, нагретую примерно до 80 градусов, по ложке добавляем медный купорос. Жидкость приходится постоянно помешивать, чтобы порошок полностью растворился. Важно поддерживать постоянную температуру воды, в этом может помочь водяная или песчаная баня. Если сульфат меди перестал растворяться и оседает на дне, значит, раствор готов. В среднем на 300 мл воды уйдет 200 грамм вещества.

Переставляем емкость с горячим раствором на охлаждающую поверхность и ждем, пока жидкость остынет до комнатной температуры. Это нужно, чтобы началось выпадение мелких кристалликов. Процедив раствор через марлю, рассмотрим кристаллики и выберем самый крупный и правильный по форме. Его мы используем в дальнейшем как затравку.

Среда для выращивания кристалла

Сцеженный раствор повторно нагреваем на водяной бане, вновь доводя его до перенасыщенного состояния. Если получаемый в результате осадок не растворился, повторим очистку. Привяжем затравку и поместим в банку так, чтобы нитка была расположена вертикально, не задевая дно и стенки емкости.Для этого привязываем нитку к карандашу, а сам карандаш фиксируем на горлышке, например, пластилином. Здесь вы найдете подробную инструкцию и научное описание этого эксперимента.

Накрываем посуду тканевой салфеткой и оставляем на семь дней в неподвижном состоянии. Статичность конструкции — обязательное условие для начала формирования кристалла. Через неделю можно заметить, что нитка обросла мелкими кристалликами размером от миллиметра, а затравка увеличилась приблизительно на 1 см. Чем крупнее кристалл, тем быстрее он растет. Когда результат устроит, просушите кристалл и покройте его лаком — он защитит изделие от белого налета при хранении и придаст ему дополнительный блеск.

Из этого опыта дети узнают, как и почему растут кристаллы, и полюбят делать научные открытия.

melscience.com

Как самостоятельно вырастить кристалл

Хотите удивить своего ребенка и вовлечь его в мир науки? Проведите дома эксперимент по выращиванию кристаллов. Это твердые тела с симметричным строением. Их используют для декора, игры, а сладкие – даже едят. Предлагаем вам узнать, как и из чего можно вырастить кристалл.

Как вырастить кристалл из сахара

Сахарные кристаллы выращиваются одну неделю. Их добавляют в чай, подают как сладкую закуску и украшают десерты. Приготовим кристаллы на деревянной палочке.

• сахар – 5 стаканов;
• вода – 2 стакана;
• деревянные палочки;
• бумага;
• стаканы или банки.

Если хотите, чтобы кристаллы были цветными – используйте пищевые красители.

Из 50 мл воды и 2 ст. л. сахара сварите сироп. На ровную поверхность рассыпьте сахар. Деревянные палочки обмокните в сиропе, а затем обваляйте в сахаре. Оставьте на ночь для высыхания.

Вскипятите оставшуюся воду и постепенно добавляйте сахар. Размешивайте до полного растворения. Прокипятите сироп и оставьте на плите на 10–15 мин. В бумаге сделайте отверстия. Горячий сироп перелейте в прозрачные стаканы или банки. Палочки воткните в бумагу и погрузите в раствор так, чтобы она покрывала стакан и держала заготовки. Через 7 дней кристаллы вырастут.

Как вырастить кристалл в домашних условиях из пищевой соли

Для выращивания используйте пищевую соль. Время химического процесса – 1–1,5 недели.

• вода – 500 мл;
• соль – 4–5 ст. л.;
• стаканы – 2 шт;
• веревка;
• фильтр;
• держатель.

Как держатель используйте карандаш, прищепки или картон.

В горячую воду засыпьте соль и перемешайте. Нерастворившиеся кристаллы отфильтруйте через марлю. Отберите крупный кристаллик соли (затравку). Привяжите его краем веревки или лески и поместите в соляной раствор. Второй край нити прикрепите к держателю. Следите, чтобы затравка не касалась дна и стенок стакана. Оставьте раствор в теплом месте.

Этот рецепт подходит для взращивания кристаллов из медного купороса. Продается вещество в магазинах для дачников. Заливайте купорос водой до 80 градусов, иначе он не растворится. Заготовку вы найдете в пакетике с веществом. Либо приготовьте ее самостоятельно. Оставьте раствор остывать, и через 30–60 минут на дне появятся образования. Также привяжите затравку ниткой и опустите в раствор на 1–2 недели.

Кроме сахара, соли и медного купороса кристаллы образуются из лимонной кислоты, алюмокалиевых квасцов, меди, железного купороса и хлорида калия. Инструкцию, как работать с последним веществом, смотрите в видео ниже.

www.wday.ru

Чудеса науки: как вырастить кристалл дома

В каждом из нас еще с детства живет экспериментатор. Кто-то интересуется психологией человека, кто-то животными, а кто-то по серьезному – физикой или химией, углубляясь в самые недра науки. Но чтобы понять, как вырастить кристалл, нужно хотя бы немножко разобраться в этом процессе.

Бытовая наука: как вырастить кристалл

Может показаться, что это жутко сложный процесс. Но на самом деле выращивать кристаллы очень просто, хотя и достаточно долго. Но все-таки нужно знать, что управляет ростом этого чуда природы, почему некоторые вещества могут образовывать кристаллические структуры, а остальные – нет, и что нужно сделать для того, чтобы они получились как можно большего размера и как можно красивее.

В процессе медленной кристаллизации образуется один кристалл, но крупный – так называемый монокристалл. Этот способ используют для выращивания искусственных аналогов драгоценных камней. А вот при быстрой кристаллизации получается много маленьких кристалликов — поликристаллов, что свойственно металлам.

Выращивать кристаллы дома можно несколькими способами:

• Так, при охлаждении насыщенного раствора можно спровоцировать кристаллизацию солей. Понижение температуры вещества уменьшает его растворимость. Это в первую очередь касается соли безводной, выпадающей в осадок. Поначалу в насыщенном растворе, а потом и на стеночках сосуда образуются мелкие зародыши кристаллов. Во время медленного, постепенного охлаждения раствора без твердых примесей, к примеру, пыли, зародыш образуется один или максимум — несколько, а потом постепенно превращается в красивый кристаллик правильно ограненной формы. В то же время быстрое охлаждение дает массу маленьких кристаллов неправильной формы, мешающих один другому.

• Чтобы вырастить красивый кристалл, можно использовать еще один популярный способ — постепенно удалять воду из насыщенного соляного раствора. В данном случае действует тот же принцип: при медленном удалении воды результат будет намного лучше. Для этого достаточно оставить сосуд с растворенной в нем солью открытым в помещении с комнатной температурой на продолжительный срок, прикрыв его листком бумаги. При этом вода будет постепенно, очень медленно испаряться, а пыль снаружи в жидкость не попадет. Растущий кристалл можно или подвесить на прочной тонкой нитке в густом растворе, или положить на дне сосуда. Если выбрать второй вариант, то кристаллик нужно будет временами поворачивать в разные стороны, чтобы он рос как можно равномернее. В зависимости от скорости испарения влаги в сосуд нужно доливать понемногу свежего раствора. Даже когда исходный кристалл неправильной формы, он постепенно сам исправит свой дефект и приобретет форму, которая свойственна этому веществу, например, октаэдра, если использовались хромокалиевые квасцы, или ромба, если применялся раствор соли медного купороса.

Выращивать кристаллы очень интересно.

Но этот занимательный процесс требует осторожного и бережного отношения. Теоретически размеры кристалла, выращенного в домашних условиях, просто не ограничены. Известно много случаев, когда энтузиастам удавалось получить кристаллы такого размера, что их могли поднять только несколько человек.

Но вырастить кристалл из соли в домашних условиях – это одно, а вот сохранить – совсем другое, более непростое дело. Ведь у каждой соли есть свои характерные особенности. Так, если кристаллики квасцов останутся на открытом воздухе в сухом помещении, то они постепенно потеряют содержащуюся в них воду и превратятся в невзрачное серое порошкообразное вещество. И чтобы уберечь их от разрушения, нужно покрыть каждый кристалл прозрачным лаком. А вот кристаллы поваренной соли и медного купороса более стойкие, и их смело можно выращивать и хранить в обычных условиях.

Как выращиваются кристаллы из разных веществ

Выращивать кристаллы можно из многих доступных нам веществ. Тот же сахар дает потрясающую кристаллическую структуру. При искусственном выращивании камней достаточно соблюдать строгие правила относительно температуры, давления и влажности, а также некоторых других важных факторов, тогда получаются вообще потрясающие экспонаты. Сегодня много предприятий, обладающих необходимыми ресурсами, занимается выращиванием искусственных камней:

В домашних условиях, конечно, далеко не все это пока получится. Но можно выращивать кристаллики соли.

У каждого дома есть обычная каменная соль, известная под химическим названием хлорид натрия или NaCl. Правда, подойдет и любой другой вид соли. Например, очень просто в домашних условиях вырастить красивый синий кристалл из медного или любого другого вида купороса, например, того же железного.

С этой же целью могут использоваться квасцы — так называемая удвоенная соль металла с серной кислотой, или же тиосульфат натрия, использовавшийся раньше во время печатания фотографий. Все эти соли не нуждаются в каких-либо особых условиях: сделать раствор, опустить в него кристаллик-зародыш, как описывалось раньше, и наблюдать, как он растет себе, прибавляя постепенно в росте.

Многие интересуются, как вырастить цветные кристаллы, что тоже вполне возможно в домашних условиях. И при этом вовсе не нужно раскрашивать воду раствора, где выращивается кристалл, красками, которые и раствор испортят, и кристалл не покрасят. Для получения цветного кристалла нужно подобрать соль желаемого оттенка. Но нужно быть внимательными, ведь, например, кристаллы соли кровной желтой — красно-оранжевого цвета, а получаемый раствор — желтого.

Как вырастить кристалл из соли

Самый простой и доступный способ получения такой структуры – растворить в воде поваренную соль NaCl. Ее кристалл – просто бесцветный прозрачный кубик. Для этого нужно развести соль, налив воды в емкость, например, стакан, и поставить ее в кастрюльку с теплой водой не горячее 50°С.

Конечно, в идеале вода не должна содержать растворенные в ней другие соли, то есть, должна быть дистиллированной. Однако в нашей ситуации можно взять и водопроводную. Надо насыпать пищевой соли в стакан и оставить на несколько минут, немного помешав раствор. Стакан постепенно нагреется и соль в нем растворится.

Важно, чтобы вода не охлаждалась. Потом нужно добавить еще соли и снова перемешать. Повторять эту процедуру нужно до той поры, пока соль совсем не растворится и перестанет выпадать на дно емкости как осадок. Получится насыщенный соляной раствор. Останется перелить его в пустую емкость того же объема и избавиться этим от излишней соли в стакане на дне. Если все эти подготовительные процедуры будут полностью выполнены, вы обязательно вырастите кристалл соли любого размера.

Дальше нужно взять понравившийся крупный кристалл каменной соли и положить его на дно посуды с насыщенным соляным раствором. Кристаллик можно привязать к нитке и подвесить так, чтобы не касался боков стакана. После этого нужно просто подождать. Пройдет несколько дней, и можно будет заметить, что кристаллик существенно увеличился. И каждый день он будет расти. А если повторить добавление раствора еще несколько раз по мере испарения, то размер кристалла будет увеличиваться намного быстрее.

Важно помнить, что раствор нужно делать насыщенным, чтобы во время его приготовления в стакане на дне всегда оставалась соль. Кстати: на 100 г воды комнатной температуры нужно около 35 г кухонной соли. А при повышении температуры соль растворяется намного быстрее.

От этого процесса не очень отличается технология, как вырастить кристалл из медного купороса. Сначала надо приготовить насыщенный соляной раствор, а затем в него опустить понравившийся кристаллик купороса.

Но всегда нужно помнить, что это химически активный элемент, который может произвести химическую реакцию. Особенно осторожно с ним работать нужно в присутствии детей.

Как видите, нет ничего сложного в изготовлении кристаллов. Возможно, скоро мы сможем в домашних условиях выращивать даже алмазы! А пока можно поупражняться на обычной соли.

www.obozrevatel.com

Как вырастить кристалл в домашних условиях?

Кристаллы. Они впечатляют своим внешним видом строгих граней и геометрической точности, а умение создавать что-либо, безусловно, доставляет удовольствие. В этой инструкции вы узнаете, как вырастить кристалл в домашних условиях.

Вырастить кристалл в домашних условиях не сложно. Нужно сделать раствор и запастись терпением.

Для выращивания вам понадобится: вода, кастрюля, стеклянная прозрачная емкость (лучше всего для этих целей подойдет банка), поваренная соль, проволока или нитка. Налейте воду в кастрюлю и поставьте на огонь, не доводите до кипения. Жидкость должна быть горячей, но не кипятком. Нагрев кастрюлю с водой, начните засыпать в нее соль небольшими порциями, при этом постоянно помешивайте раствор. Добавлять новую порцию следует тогда, когда старая уже полностью растворилась. Раствор необходимо довести до концентрации, пока в нем не перестанут растворяться частички соли.

Итак, концентрат готов. Перелейте его в банку и дайте отстояться 24 часа. Это необходимо для того, чтобы мелкие нерастворившиеся частицы соли осели на дно. На следующий день вы можете обнаружить в банке множество мелких кристалликов. Вам необходимо выбрать и достать самый большой из них, после чего привязать его на нитку или на проволоку. Это будет затравка для будущего кристалла. После этого раствор необходимо перелить в другую емкость так, чтобы в нее не попали другие мелкие кристаллики. Если этого не сделать, частички кристаллизовавшейся соли будут забирать растворенное вещество для своего роста. Опустите затравку в перелитый раствор и запаситесь терпением. Пока ваш кристалл будет формироваться, вам стоит запомнить несколько полезных советов относительно их выращивания. Если солевой раствор будет охлаждаться быстро, то кристалл вырастет за короткое время, однако его геометрическая форма будет неправильной, в отличие от кристаллов выращенных при плавном снижении температуры. Также не стоит качать банку с невыросшим кристаллом и, безусловно, не стоит его доставать до тех пор, пока вы окончательно не решите, что процесс закончен. В банку с раствором можно добавить пищевой краситель, тогда вы вырастите цветной кристалл.

mag.relax.ru

Несколько слов о кристаллах

Кристаллы. Конечно, каждый из вас представляет при этом слове крупные, прозрачные, яркие или бесцветные многогранники с идеальными блестящими гранями. К сожалению, в природе такие кристаллы встречаются не очень часто. Намного чаще нам встречаются разные зёрнышки неправильной формы, песчинки, обломки. Но все они обладают теми же свойствами, что и совершенные, крупные, красивые кристаллы. Этим свойствам они обязаны своему внутреннему строению: кристаллы от аморфных тел отличает существование кристаллической решётки в их внутреннем строении. Представьте, что мы уменьшились в миллионы раз и оказались внутри стекла или пластика. Вокруг нас бы царил хаос, в котором самые разные молекулы были бы беспорядочно свалены друг на друга. Теперь заглянем внутрь кристалла. И там нам откроется совершенно иная картина: бесконечно во все стороны будут тянуться строго упорядоченные ряды атомов, молекул или ионов, подчиняясь законам симметрии, которые правят в мире кристаллов.

Чтобы понять, насколько кристаллические вещества распространены в природе, подумайте о том, что практически все горные породы состоят из кристаллов. А то, что вся земная кора состоит из горных пород, вам уже известно.

И конечно, вы бы хотели почувствовать себя в роли Природы, то есть вырастить кристаллы дома. Многих интересует вопрос, как можно «сделать кристаллы» дома, как их вырастить самому.

Для начала, я рекомендую ознакомиться с технологией выращивания кристаллов из растворов в домашних условиях.

Методика выращивания кристаллов

Ещё до того, как начать выращивать дома кристаллы нужно помнить о элементарных правилах техники безопасности:

1. Нельзя при экспериментах пользоваться пищевой посудой, поскольку её использование в дальнейшем может привести к отравлению.

2. Категорически запрещено принимать пищу во время проведения опытов. Это также может привести к отравлению.

3. Проводить опыты с неизвестными реактивами нельзя – результат может оказаться непредсказуемым и весьма плачевным .

4. Все реактивы необходимо хранить в безопасном сухом месте, защищённом от животных и маленьких детей. Также реактивы должны храниться в герметичной упаковке, на которой должна быть надпись, сообщающая о содержимом. На фото можно увидеть, как хранятся реактивы у меня.

5. Если у вас есть возможность, обязательно используйте перчатки, защитную одежду и защитные очки.

6. Все эксперименты с выделением каких-либо вредных соединений должны проводиться в лабораторных условиях в вытяжном шкафу.

7. При попадании раствора на кожу необходимо сразу же промыть то место, куда попал раствор, чистой водой, если же это была кислота, следует обработать этот участок кожи слабощелочным раствором (можно использовать пищевую соду), и наоборот, если это была щёлочь – слабокислотным (подойдёт лимонная кислота). При попадании растворов в глаза и на слизистые, следует незамедлительно обратиться к врачу!

8. После приготовления растворов или проведения экспериментов обязательно привести своё рабочее место в порядок, убрать реактивы на место, вымыть руки.

Теперь приступим к выращиванию кристаллов!

Данная методика подходит для выращивания практически любых растворимых веществ!

Для выращивания дома достаточно крупных кристаллов из водных растворов потребуется:

1. Стеклянная ёмкость (лучше две – потом вы поймёте почему) любого размера, желательно прозрачная и бесцветная, чтобы мы могли наблюдать за ростом кристаллов. Если взять банку большего размера, то в ней можно будет вырастить кристалл большего размера. Однако необходимо учитывать, что чем больше банка, тем больше придётся приготовить раствора и тем больше потребуется реактива (соли).

Можно использовать и пластиковые ёмкости , но стоит учесть, что пластик может прореагировать с некоторыми веществами, кристаллы которых вы выращиваете. Для медного купороса, соли, красной и жёлтой кровяной соли, квасцов и сахара пластик подходит.

2. Вещество , из которого можно вырастить кристалл. Как правило, в первую очередь выращивают кристаллы соли или медного купороса. Эти вещества легко достать, а для выращивания их кристаллов не требуются специальные условия. Когда вы наберётесь опыта, поэкспериментируйте с другими реактивами: красная или жёлтая кровяная соль, разнообразные квасцы, соль Мора, сульфат никеля и многие другие. Главное, чтобы реактив не был ядовитым, легко растворялся в воде и был устойчивым (не распадаться, не выветриваться быстро и т.п.). Подробная статья о выборе вещества для выращивания кристаллов готовится.

3. Теперь необходимо растворить реактив (из которого вы хотите вырастить кристалл) в горячей воде. Добавляйте вещество в горячую воду небольшими порциями и размешивайте его (ложечкой, стеклянной палочкой. ). Растворять нужно до тех пор, пока вещество не перестанет растворятьс я – мы получаем концентрированный раствор. Посмотрите таблицу растворимости , в которой я подобрал соединения, наиболее часто используемые при выращивании кристаллов.

Если вы готовите раствор «на глаз», помните: сначала практически все соли растворяются быстро, после достижения определённой концентрации, начинают растворяться значительно медленней, а затем и полностью перестают растворяться.

4. Приготовленному концентрированному раствору теперь нужно дать остыть . Через 20-30 минут после приготовления фильтруем раствор . Для этого можно использовать стеклянную или бумажную воронку с ватой или фильтровальной бумагой. После этого оставляем раствор на несколько часов при комнатной температуре, лучше сутки. После этого раствор нужно отфильтровать ещё раз.

Для чего нужно дать раствору отстояться? Во-первых, пока остывает раствор, образуется большое количество маленьких кристалликов, которые можно использовать в качестве затравок. Во-вторых, если сразу положить в раствор затравку, она может начать растворяться или обрасти большим количеством мелких кристалликов, зародыши которых в виде мелкой взвеси присутствуют в свежеприготовленном растворе (это мельчайшие частички недорастворившегося вещества и им нужно дать время осесть на дно). Эти мелкие кристаллики тоже начнут расти и «отнимать питание» у нашей затравки. Кроме того, фильтрация позволяет избавиться от механических примесей в виде пыли и грязи, которые могут помешать росту кристалла.

5. Теперь в наш раствор можно опустить затравку – небольшой кристаллик, который будет расти (и обязательно вырастет!). При этом есть несколько вариантов: кристалл-затравку можно опустить на дно или подвесить на ниточке или проволоке. Затравкой могут послужить кристаллики, образовавшиеся при остывании раствора, или крупинки исходного вещества, если они были достаточно крупными.

Если кристалл будет лежать на дне кристаллизатора, то расти он будет не во все стороны, снизу его рост будет ограничен. Если же наш кристаллик подвесить, то его росту ничто не будет мешать. Лучше всего, как я считаю, использовать для подвеса тонкую медную проволоку, т.к. она легко сгибается, ею можно легко зафиксировать кристалл, кроме того, она довольно прочная.

6. Вот кристалл пробыл в растворе уже день-два и на дне и стенках нашего сосуда, на ниточке, за которую подвешен кристалл, появилось большое количество мелких кристалликов, как их называют, «кристаллов-паразитов». Что делать?

Здесь нам и пригодится вторая ёмкость. Вытаскиваем наши кристалл-затравку. Теперь делаем фильтр из воронки как в пункте 4 и переливаем через него раствор во вторую ёмкость. В крайнем случае можно просто очень аккуратно перелить раствор из одной банки во вторую. Опускаем кристаллы в отфильтрованный раствор и продолжаем наблюдать за их ростом. При повторяем эту операцию через несколько дней, как только появляется необходимость в этом.

7. Но что же делать с мелкими кристалликами, которые начали свой рост на стенках и дне сосуда, остались после фильтрации? Самые красивые и аккуратные кристаллики можно использовать в качестве затравок для выращивания кристаллов. Остальное стоит растворить и получить новый раствор для выращивания кристаллов. Его можно доливать к растущему кристаллу по мере испарения жидкости из ёмкости, в которой тот растёт.

Выращенные кристаллы можно поставить на полочку, где они будут радовать глаз, а можно и использовать в качестве подарков или сувениров. Выращенные самостоятельно кристаллы могут стать отличным, а главное – очень оригинальным подарком!

Считаете статью интересной? Расскажите о ней друзьям!

lbm02.jimdo.com

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Савельева М.А. 1

---

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его твердые,

прямолинейные законы»

Академик Ферсман А.Е.

Кристаллы – поразительные создания природы. Нас восхищают их яркие цвета и прозрачность, ровные, гладкие грани и, самое главное, правильная форма. Кристаллы выглядят таким образом, словно их кто-то специально вырезал, отшлифовал и раскрасил…

В природе кристаллы растут тысячи лет, а ученые изобрели быстрые способы выращивания искусственных кристаллов, что широко используется повсеместно. Возникла мощная отрасль промышленности, сосредоточенная на производстве различных кристаллов, используемых в электронике, радиотехнике, оптике, лазерной технике, технике измерений – практически везде. Многие ученые мира ищут все новые способы синтеза искусственных кристаллов. Но сегодня, этим интереснейшим делом могут заняться не только великие ученые и исследователи, но и мы, обычные школьники.

Изучение кристаллов в школе в рамках школьной программы почти не предусмотрено. Поскольку тема очень интересная и актуальная, я решила изучить этот вопрос более подробно.

Цель работы: вырастить кристаллы различных веществ из насыщенных водных растворов их солей в условиях школьной лаборатории.

Задачи:

1. Изучить особенности строения кристаллических тел.

2. Познакомиться с методами выращивания кристаллов.

3. Освоить методики выращивания кристаллов из растворов их солей.

Объект исследования: кристаллы.

Предмет исследования: процесс кристаллизации.

Гипотеза: если создать определенные условия, то можно вырастить кристаллы различных веществ в условиях школьной лаборатории.

Глава 1. Теоретическое обоснование проблемы.

1.  

   1. Особенности строения кристаллических тел

Твердые тела могут существовать в двух различных состояниях, отличающихся своим внутренним строением и свойствами. Это кристаллическое и аморфное состояние твердых тел.

Кристаллы (от греч. krystallos –«прозрачный лед», в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых образующие их частицы (атомы, молекулы, ионы) расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Этот пространственный порядок сохраняется на огромных «по атомным масштабам» расстояниях. Атомы, находящиеся на противоположных гранях монокристалла, могут быть удалены на десятки сантиметров, и в то же время они располагаются параллельно.

Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны графит и алмаз, которые являются гексагональной и кубической модификациями углерода.

Если весь образец вещества представляет собой один кристалл, то такое тело называется монокристаллом или просто кристаллом. В других случаях тело представляет собой множество мелких кристалликов, причудливо сросшихся между собой, например, кусок рафинада. Такие тела называют поликристаллическими.

Кристаллическое состояние характеризуется наличием четко выделяемых естественных граней, образующих между собой определенные углы. Кристаллы могут иметь от четырех до нескольких сотен граней. Но при этом они обладают замечательным свойством – какими бы ни были размеры, форма и число граней одного и того же кристалла, все плоские грани пересекаются друг с другом под определенными углами. Углы между соответственными гранями всегда одинаковыми. Кристаллы каменной соли, например, могут иметь форму куба, параллелепипеда, призмы или тела более сложной формы, но всегда их грани пересекаются под прямыми углами.

Второй вид твердого состояния – аморфное состояние. Аморфные вещества не имеют упорядоченной структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней; как правило не имеют определённой точки плавления.

Некоторые вещества могут находиться в любом из этих двух состояний. Например, если расплавить кристаллический кварц (температура плавления около 1700° С), то при охлаждении он образует плавленый кварц, с другими физическими свойствами, одинаковыми по всем направлениям.

Аморфное состояние — неустойчивое состояние твердых тел, которые стремятся со временем перейти в кристаллическую форму, хотя этот процесс может протекать достаточно долго.

1.2 Формы кристаллов

Кристаллы могут иметь всевозможные формы. В науке о кристаллах — кристаллографии — в зависимости от симметрии расположения атомов выделяют 6 кристаллических групп, которые разделены на 32 класса.

Русский учёный Е.С.Фёдоров установил, что в природе может существовать только 230 различных пространственных групп, охватывающих все возможные кристаллические структуры. Большинство из них обнаружены в природе или созданы искусственно.

Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.

Кристаллические решётки металлов часто имеют форму гранецентрированного (медь, золото) или объёмно-центрированного куба (железо), а также шестигранной призмы (цинк, магний).

Примеры простых кристаллических решёток:

1. – простая кубическая; 2 – гранецентрированная кубическая;

3 – объёмно-центрированная кубическая;4 – гексагональная

В основе классификации кристаллов и объяснения их физических свойств может лежать не только форма элементарной ячейки, но и другие виды симметрии, например, поворот вокруг оси.

Осью симметрии называют прямую, при повороте вокруг которой на 360° кристалл несколько раз совмещается сам с собой. Число этих совмещений называют порядком оси.

Существуют кристаллические решётки, обладающие осями симметрии 2-го, 3-го, 4-го и 6-го порядков. Возможна симметрия кристаллической решётки относительно плоскости симметрии, а также комбинация разных видов симметрии.

Большинство кристаллических тел являются поликристаллами, т.к. в обычных условиях вырастить монокристаллы достаточно сложно, этому мешают всевозможные примеси. Современная техника нуждается в кристаллах высокой степени чистоты, поэтому перед наукой встал вопрос о разработке эффективных методов искусственного выращивания монокристаллов различных химических элементов и их соединений.

Выращивание кристаллов — это хобби, приверженцы которого создают собственные клубы и участвуют в соревнованиях. Выращивание кристаллов — это сложный технологический процесс, поэтому, чем дольше ждёшь, тем более впечатляющими будут результаты.

1.3 Способы образования кристаллов

Существует три способа образования кристаллов: кристаллизация из расплава, из раствора и из газовой фазы. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды (ведь вода – это расплавленный лёд), а также образования вулканических пород. Пример кристаллизации из раствора в природе – выпадение сотен миллионов тонн соли из морской воды. При охлаждении газа (или пара) электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твёрдое вещество – так образуются снежинки.

Наиболее распространёнными способами искусственного выращивания монокристаллов являются кристаллизация из раствора и из расплава. В первом случае кристаллы растут из насыщенного раствора при медленном испарении растворителя или при медленном понижении температуры.

Если твёрдое вещество нагреть, оно перейдёт в жидкое состояние – расплав. Трудности выращивания монокристаллов из расплавов связаны с высокой температурой плавления. Например, для получения кристалла рубина нужно расплавить порошок оксида алюминия, а для этого его нужно нагреть до температуры 2030 °С.

1.4 Выращивание крупных одиночных кристаллов.

Для того, чтоб 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, что во многом зависит от соли. Т. е. за месяц – полтора можно вырастить довольно крупный кристалл.

Выращивание крупного одиночного кристалла – очень длительный и сложный процесс, требующий терпения и осторожности. Для начала вам потребуется затравка – маленький кристаллик, который и будет центром кристаллизации. Обычно кристаллик, используемый как затравка, представляет собой уменьшенную копию выращиваемого кристалла.

Для того, чтобы получить затравку, используется очень простой метод: готовится максимально концентрированный раствор соли, переливается в стакан с вертикальными стенками и накрывается листком бумаги. Через несколько дней на дне стакана появляются первые кристаллики. Обычно они все имеют разную форму. Именно из них и отбираются 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 фильтруют от выпавших кристалликов, переливают в чистый стакан и погружают туда затравку. Стакан накрывают бумагой и оставляют на полке. Уже через неделю можно заметить, что кристалл заметно подрос. Чем дольше он будет оставаться в растворе, тем крупнее он станет.

Раствор со временем испаряется и если верхняя часть кристалла окажется на воздухе, то это может испортить весь кристалл. Для того, чтобы этого не произошло, необходимо добавлять раствор по мере необходимости.

В процессе выращивания кристалла может возникнуть ещё одна проблема: в ходе роста основного кристалла на дне появляются и растут другие, случайно выпавшие кристаллы. Их желательно удалять хотя бы раз в 1-2 недели.

1.5 Выращивание сростков кристаллов (друз).

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.

Для начала потребуется приготовить перенасыщенный раствор соли в горячей воде. После охлаждения раствора в него вносят затравку – подвешенный на ниточке кристаллик. Уже через 5-10 часов можно увидеть большое количество кристалликов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляют в покое в течение 3-5 дней, затем вынимают нитку с кристаллом, раствор нагревают, добавляют воды и снова делают максимально концентрированным. После охлаждения в него вновь вносят нитку с уже подросшим кристаллом и оставляют на 3-5 дней.

Эту процедуру повторяют до тех пор, пока кристалл не достигнет необходимого размера. Кстати, довольно неплохие результаты получаются, если смешать оба метода: сначала вырастить друзу, а потом погрузить её в раствор для медленной кристаллизации.

Глава 2. Практическое обоснование проблемы.

Изучив методики выращивания кристаллов, я поняла, что самым доступным методом в условиях школьной лаборатории является кристаллизация из насыщенных растворов солей путем их охлаждения. Для опытов я решила взять поваренную соль, медный купорос и глауберову соль.

1.  

   1. Выращивание кристаллов поваренной соли(NaCl)

Одна из особенностей хлорида натрия – его тяга к образованию поликристаллов, поэтому очень редко вырастает один крупный кристалл. Намного чаще выпадает куча мелких бесцветных прозрачных кубической формы кристалликов, нарастающих друг на друга. Такие кристаллы еще более хрупкие, чем монокристаллы, но по-своему очень красивы.

Ход эксперимента: приготовила насыщенный раствор поваренной соли. Для этого в стакан налила 100 мл кипяченной воды, нагрела её до 600С. В горячей воде растворяла поваренную соль до тех пор, пока соль не перестала растворяться в воде. Получила насыщенный раствор, его профильтровала.В стакан с раствором опустила шерстяную нить с узелком на конце. Узелок выполняет роль затравки.

Через сутки по всей длине нити образовались кристаллы соли, но очень мелкие, более крупные кристаллики образовались на узелке. На четвертые сутки кристаллы поваренной соли стали чуть крупнее. На седьмые сутки образовалось огромное количество небольших кристаллов, нарастающих друг на друга. Крупный монокристалл вырастить мне не удалось. 2.2Выращивание кристаллов медного купороса (CuSO₄ ͯ 10H₂O).

Будут ли расти монокристалл или поликристаллы медного купороса зависит не только от положения затравки в растворе (на дне или на нитке), материала подвеса (леска или нить), но и от температуры раствора и чистоты вещества. При выращивании из горячего раствора растут как правило поликристаллы. Из медного купороса, купленного в магазине удобрений, также чаще растут поликристаллы из-за большого количества примесей в нем.

Ход эксперимента: в горячей кипяченной воде растворяласоль медного купороса до тех пор, пока она не перестала растворяться в воде. Получила насыщенный раствор, его профильтровала. В стакан с раствором медного купороса опустила шерстяную нить с узелком на конце. Узелок выполняет роль затравки.

Поставила стакан с раствором остывать, и уже через несколько часов увидела наросшие на нить кристаллики. Через три дня вынула из раствора обросшую кристалликами шерстяную нить. Через неделю выросли красивые друзы медного купороса ярко-синего цвета, потому что кристаллы я выращивала из горячего раствора.

2.3Выращивание кристаллов сульфата натрия (Na₂ SO₄ ).

Кристаллы сульфата натрия бесцветные прозрачные. Интересно то, что сульфат натрия сильно подвержен полиморфизму – образованию совершенно разных кристаллических решеток одним и тем же веществом. Так что количество форм его кристаллов довольно большое: снежинки (> 70 — 80̊С), иглы (>40 — 50̊С), шестиугольник и октаэдр (комнатная температура), призмы (

Просмотров работы: 1990

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Ожигина К.В. 1

---

1

Шаляпин А.А. 1

---

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

 Введение

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

твердые, прямолинейные законы».

А.Е. Ферсман

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

1.  

   1. 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

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

2. 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

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

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

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

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

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

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

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

8. 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

Приложение 7

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:

1. Тетраэдр 2. Куб (гексаэдр)

3. Октаэдр 4. Ромбододекаэдр

5. Пентагон- Додекаэдр

6. Тетрагексаэдр 7. Тетрагон – триоктаэдр

8. Гексаоктаэдр

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

10 – ромбоэдр

Приложение 9

Рубиновый лазер ЖК монитор

21

Просмотров работы: 2385

что это, как сделать, чертежи, расчеты

На чтение 5 мин. Просмотров 166 Опубликовано 27.11.2019

Рубин – один из самых дорогих драгоценных камней, который не только добывают в индии и Шри-Ланке, но и активно выращивают в лабораторных условиях. Синтетический вариант ничем не отличается от натурального и очень любим ювелирами, так как обладает безупречной чистотой и окрасом.

Натуральный минерал часто непригоден для использования в украшениях, так как обладает невысокой прозрачностью, в нем встречаются многочисленные включения.

Любители выращивают драгоценные кристаллы рубина самостоятельно при помощи простых методов в домашних условиях. Такое хобби не противоречит законодательству, а при наличии постоянных источников сбыта может стать выгодной бизнес-моделью.

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях с помощью аппарата Вернейля

Выращивание искусственных рубинов в домашних условиях производят несколькими методами: можно использовать поваренную соль, медный купорос или алюминиевые квасцы, либо воспользоваться аппаратом Вернейля. Сахар непригоден из-за низкой стойкости и сильной подверженности к деформации, но из него можно сделать интересные сладкие сувениры.

Лучше всего начинать с малых объемов. Постепенно, по мере накапливания опыта, кристаллы будут получаться все более прозрачными и высококачественными.

Перед тем, как приступить к работе, важно позаботиться о производственном процессе и технике безопасности:

1. Все вещества, используемые для изготовления рубинов, следует хранить в затененном прохладном месте без доступа света или влаги. Дети не должны иметь доступа к этим веществам, так как они могут обладать высокой токсичностью.
2. Посуда для изготовления рубинов должна использоваться только для этих целей и не применяться при сервировке пищи.
3. Во время работы с компонентами будущих кристаллов следует использовать перчатки и защищать лицо и глаза при помощи маски и очков.

Все эти меры предосторожности помогут сделать работу безопасной и предотвратят возникновение несчастных случаев.

Ниже описан алгоритм, как вырастить кристалл рубина самостоятельно из поваренной соли. Этот компонент найдется в каждом доме, он безопасен для окружающих, а синтетический камень получается особенно прочным.

Нужно делать следующее:

1. Подготовить емкость с горячей водой. Для начала достаточно пол-литра кипятка, в котором растворяют несколько столовых ложек соли, после чего раствор тщательно перемешивают. Соль добавляют до тех пор, пока она не перестанет растворяться. На этом же этапе необходимо внести пищевой краситель
2. Отфильтровать полученный раствор. Делается это при помощи нескольких слоев марли. В процессе очистки из жидкости удаляются все примеси и мелкие кусочки мусора. Это поможет сделать кристалл прозрачным, уберет мутность. После того, как раствор профильтровали, его наливают в емкость и оставляют на сутки для формирования кристалла. Он станет заготовкой будущего рубина.
3. Формирование искусственного камня. После того, как на дне образовался соляной камень, к нему необходимо привязать леску. Затем ее наматывают на деревянную палочку или карандаш таким образом, чтобы он была слегка натянута, и располагают над емкостью с соляным раствором. Кристалл должен находиться в растворе в подвешенном состоянии, чтобы обеспечить свободное формирование рубина.
4. Добавление воды по мере испарения. Чтобы обеспечить бесперебойный рост кристалла, в емкости всегда должно быть определенное количество жидкости. Ее необходимо осторожно подливать не реже 1 раза в 14 дней.

На выращивание небольшого кристалла потребуется около 3 месяцев. После того, как рубин достиг необходимого размера, его вытаскивают из раствора, осторожно обсушивают при помощи салфеток и покрывают несколькими слоям лака для ногтей. Это поможет обеспечить камню лучшую сохранность.

Аппарат Вернейля для работ на дому

Вырастить красный кристалл достаточно быстро и просто при помощи аппарата Вернейля. Главный плюс этого устройства – быстрый рост кристалла. Образец весом до 30 карат можно получить за 3 часа. Кроме этого, при помощи аппарата легко вырастить искусственные сапфиры и топазы.

Если раньше этот прибор использовали исключительно в промышленных условиях, то в настоящее время его можно собрать дома самостоятельно.

Аппарат Вернейля состоит из таких компонентов, как растущий кристалл, кристаллодержатель, горелка для расплавления порошка, катетометр, механизм встряхивания, механизм опускания кристалла для более равномерного нарастания, муфель и бункер, куда изначально подается смесь из солей.

Для получения рубина этим способом потребуется использование смесь из соли двуокиси алюминия и оксида хрома.

Процесс получения кристалла выглядит следующим образом:

• порошок помещается в бункер;
• огонь подается к нижней части бункера;
• пролетая через огонь, частицы расплавляются и попадают в тонкую пленку расплава;
• так как кристалл по мере образования медленно опускается, то это позволяет поддерживать постоянную скорость роста искусственного камня.

Производство таких камней очень экономично, так как для приготовления 1 кристалла потребуется не более 8 грамм смеси обоих компонентов. Для получения разнообразных синтетических минералов можно экспериментировать с пропорциями и наименованиями используемых солей.

Экономические расчеты

Производство рубинов в домашних условиях очень экономично. При выращивании кристаллов из соли нужно посчитать стоимость всех компонентов. Немного дороже может стоить использование аппарата Вернейля, так как потребуется прибавить расходы на изготовление самого агрегата и траты на электроэнергию. В обоих случаях синтетические рубины стоят гораздо дороже, поэтому их производство является рентабельным.

Отдельно стоит упомянуть такой момент, как законодательство в сфере оборота драгоценных камней. В России осуществляется строгий контроль за производством и продажей природных минералов, а искусственно созданные образцы при этом не упоминаются. Если удастся найти рынки сбыта и поставить изготовление рубинов на поток, лучше всего зарегистрировать предпринимательскую деятельность в установленном порядке, чтобы избежать проблем с налоговой.

Изготовление рубина в домашних условиях, даже с использованием специального оборудования, не составит труда. Начинать следует с небольших объемов, чтобы отточить технологию и получать высококачественные кристаллы с оптимальной чистотой и окрасом.

Источник: https://kamny.info/svojstva/vyrashhivanie-kristallov-rubina.html

Выращивание кристалла в домашних условиях

Оглавление:

Введение………………………………………………………………………. 3

Актуальность исследования …………………………………………………. 3

Цель…………………………………………………………………………….3

Задачи исследования ………………………………………………………….3

Гипотеза……………………………………………………………………….4

Теоретическая часть. Что такое кристалл?…………………………………………..4

История кристалла… ………………………………………………………..4

Выращивание кристалла в домашних условиях …………………………5

Чем кристалл служит человеку? …………………………………………………………..5

Мой эксперимент — выращивание кристаллов из поваренной соли………5

Результаты самостоятельного исследования ……………………………6

Вывод…………………………………………………………………………..6

Заключение…………………………………………………………………….7

Приложение А………………………………………………………………..8

Приложение Б…….………………………………………………………….9

Приложение В……………………………………………………………….10

Список используемой литературы………………………………………….. 11

Введение

Однажды зимой я играл на улице, а под ногами скрипел снег. Я подумал, почему снег скрипит? Я спросил об этом у брата. Брат объяснил мне, что снежинки – это кристаллы льда, точнее, сростки простых кристаллов льда, палочек и пластинок. Морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающие зимой голые ветки деревьев, тоже кристаллы.

Брат рассказал мне, что кристалл растёт. Почему же он может расти? Ведь это не растение. Чтобы это узнать, я провел исследование.

Мне стало интересно, чем кристалл служит человеку, как его добывают, можно ли выращивать кристалл и как это сделать. Кристаллы люди используют в строительстве, при производстве ювелирных изделий, часов, электронных приборов, компьютерной техники.
Но, где взять столько кристаллов? Думаю, что в природе найти нужный кристалл сложно, поэтому его можно вырастить искусственно. Я решил попробовать вырастить кристалл у себя дома.

Актуальность исследования состоит в том, что выращивание кристаллов — увлекательное, самое простое и доступное занятие; дает возможность глубже изучать окружающий мир.

Цель работы. Изучение процесса роста кристаллов, научиться выращивать кристаллы поваренной соли в домашних условиях.

Задачи исследования:

Проанализировать текстовый и иллюстративный материал по данной теме.

Изучить методики процесса кристаллизации.

Обобщить полученную информацию о строении кристалла.

Выполнить опытно-экспериментальную работу по изученным методикам.

Гипотеза.

Я предполагаю, что в домашних условиях действительно можно вырастить

кристаллы соли.

Теоретическая часть.

Объектом исследования являются кристаллы.

Предметом исследования – процесс кристаллизации.

Время и место проведения опыта – в декабре в домашних условиях.

Что такое кристалл?

Кристалл — это обычно твердое вещество, но бывают и жидкие кристаллы. Каждое вещество состоит из маленьких частиц (молекул или атомов). Можно назвать их кирпичиками. Обычно в веществе кирпичики разные и по-разному соединяются друг с другом, т. е. получаются странные узоры. А в кристалле кирпичики одинаковые, они одинаково соединяются друг с другом, повторяются в точно такой же последовательности по всему веществу, т. е. получаются узоры правильной формы. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы. Фотографии кристаллов, которые мне очень понравились, я поместил в приложении А.

История кристалла

Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны ещё несколько тысячелетий назад. Сначала слово «кристалл» означало в переводе с греческого только «лёд». Потом так стали называть прозрачные кристаллы кварца, который ещё называется горный хрусталь. Люди думали, что горный хрусталь — это лёд, который не тает в тепле. Удивительной особенностью горного хрусталя являются его гладкие плоские грани. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. А потом учёные доказали, что строение кристалла имеет повторяющийся рисунок.

Выращивание кристалла в домашних условиях

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Когда выращивают кристалл, разбирают все строительные блоки (молекулы) на отдельные элементы в воде и дают им возможность естественно занять соответствующую позицию в повторяющейся структуре, когда вода испарится.

Кристаллы можно выращивать разными способами. Я решил проверить все самостоятельно, и в качестве основы взял обычную поваренную соль.

Проанализировав текстовый материал и определив методы исследования, я провел экспериментальную работу по выращиванию кристаллов в домашних условиях. Я описал свои действия и наблюдения в разделе «Мой эксперимент — выращивание кристаллов из поваренной соли».

Чем кристалл служит человеку?

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.

Твердые и жидкие кристаллы используют в технике: при производстве телевизоров, компьютеров, микроволновых печей и других электронных приборов благодаря их электрическим и оптическим свойствам.

Алмаз, рубин, сапфир, гранат и кварц — это не только красивые драгоценные и полудрагоценные камни, которые используются для ювелирных украшений. Алмаз применяют при производстве инструментов для распиливания сверхпрочных материалов. Лазер делается с использованием рубина и граната. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Другие примеры полезного применения кристаллов я поместил в приложении Б.

Мой эксперимент — выращивание кристаллов из поваренной соли.

Берём соль, разводим раствор в ёмкости и ставим её в кастрюлю с тёплой водой, пока не растворится. Добавляем ещё соль и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока соль не будет растворяться, и станет оседать на дно стакана. Мы получили насыщенный раствор соли. Переливаем его в чистую ёмкость. Выбираем любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли, привязываем за нитку и подвешиваем, чтобы он не касался стенок стакана. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. Фотографии, полученные в ходе эксперимента, я поместил в приложении В.

Результат: мы получили кристалл поваренной соли.

Вывод:

1. Поваренная соль состоит из кристаллов.

2. При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются.

3. Быстрее всего кристаллы соли могут образовываться в насыщенном растворе поваренной соли.

4. По мере того как вода испаряется, соль снова образует кристаллы.

5. В домашних условиях можно вырастить кристаллы при необходимых условиях: наличие насыщенного солевого раствора и ниточки с затравкой.

Заключение.

Кристаллы имеют чёткую, повторяющуюся структуру, бывают твердыми и жидкими. Они встречаются в природе и могут быть выращены человеком. Красивые кристаллы образуются тогда, когда кристаллизация атомов и молекул вещества в узоры правильной формы происходит очень медленно. Кристалл растёт потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое, так как «кирпичики» (атомы и молекулы) притягиваются друг к другу и самостоятельно занимают место в повторяющейся структуре.

Кристаллы очень полезны для человека. В некоторых случаях без них не обойтись. Например, если нужно разрезать камень, не обойтись без алмаза, а если нужно сделать часы, то не обойтись без рубина. Микропроцессоры в компьютерах сделаны из кремния, а без жидко-кристаллических дисплеев мы не можем уже себе представить никакой электронный прибор. Действительно, найти нужный кристалл в природе очень сложно. Гораздо проще и дешевле его вырастить искусственно. Это делается в промышленном производстве. Но можно вырастить кристалл и в домашних условиях.

У меня получилось вырастить кристалл за двадцать дней с помощью поваренной соли. Мой эксперимент показал, что кристалл можно выращивать в домашних условиях. Мне понравилось выращивать кристалл — это очень увлекательное занятие. Увидев мое увлечение, родители купили мне набор по выращиванию кристаллов. Я с удовольствием продолжил работу и вырастил другой кристалл. В будущем я бы хотел вырастить красивые кристаллы разных цветов другими способами.

Приложение А.

Приложение Б.

Приложение В

Список используемой литературы

1. М.П.Шасколинская. «Кристаллы». Москва. Наука. Физико-математическая литература. 1995г.

2. А.И.Савенков. «Маленький исследователь. Как научить младшего школьника приобретать знания». Ярославль: Академия развития.2002г.

3. Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.kristallikov.net/page6.html

4. История кристалла // Кристаллы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://kristal.21428s12.edusite.ru/p2aa1.html

5. Кристаллы // Википедия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%F0%E8%F1%F2%E0%EB%EB%FB

6. Применение кристаллов // Кристаллы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://kristal.21428s12.edusite.ru/p8aa1.html