Съдържание
Кристалите се появяват, когато дадено вещество преминава от агрегатно състояние в твърдо. Основното условие за образуването на кристали е понижаване на температурата до определено ниво, под което частиците (атоми, йони), загубили излишното си топлинно движение, проявяват присъщите им химични свойства и се групират в пространствена решетка.
Методи и фактори на кристалното зародишване
При температури, измерени в хиляди градуси, нито едно от познатите в природата вещества не може да съществува в кристално състояние. Второто важно условие е натискът. Температурата и налягането са термодинамичните условия за съществуването на кристално вещество. Силно нагрятото вещество, когато се охлади, може да премине през етапите на газообразна смес, течност, стопилка, твърдо състояние. Следователно са възможни три начина на образуване на кристали.
- Кристализация чрез сублимация - преходът директно от газообразното състояние към твърдото. В този случай кристалите се образуват директно от парите, заобикаляйки течната фаза. Пример за това е сублимацията и прекристализацията на йод. В природата този процес протича в кратери, вулканични пукнатини (находища на амоняк, сяра и др.). През зимата, при ясно мразовито време, във въздуха се образуват снежинки.
- Кристализация в твърдо състояние - преход от твърдо в твърдо състояние. Тук са възможни два процеса. Първо - от аморфно може да се образува кристално вещество. Така стъклото и съдържащите стъкло вулканични скали кристализират с течение на времето. Втори процес - прекристализация: структурата на някои вещества се разрушава и се образуват нови кристали с различна структура. Явленията на прекристализация са широко разпространени в природата и водят до образуването на нови минерали, скали и руди. Всички метаморфни скали се прекристализират в една или друга степен. Под влияние на температура, налягане и други фактори варовикът например се превръща в мрамор, глинестите скали - във филити и кристални шисти, кварцовите пясъчници - в кварцити.
- Кристализация от стопилки и разтвори - основният метод за образуване на кристали в природата. Така от огнено -течна силикатна стопилка (магма) се образуват масивни кристални скали - гранити. Солните кристали се отлагат на дъното на езера, заливи и в морето. Изкуствени кристали се отглеждат от стопилки и разтвори (например технически и скъпоценни камъни: пиезокварц, карборунд, рубин, диамант, сапфир и др.).
По този начин основното условие за нуклеация е хипотермия или пренасищане. Ядрото на кристалите е хипотермия или пренасищане. Зародишването на кристали може да продължи самостоятелно. Но понякога за растежа на кристалите е достатъчно наличието на най -малките кристали от самото кристализирано вещество или частици от други твърди вещества, близки до него по структура. Процесът на образуване на кристали е рязък, с освобождаване на енергия, с пренареждане на частици, с рязка промяна в първоначалните свойства. Способността за кристализация на различните вещества не е еднаква, тя се определя от броя на кристализационните центрове, образувани за единица време за единица обем, и скоростта на растеж на кристалите.При висока скорост на образуване на кристализационни центрове се появяват много малки кристали; при малък брой центрове се появяват големи кристали.
Как да отглеждаме кристал на сол у дома
Можете самостоятелно да провеждате експерименти с растящи кристали. Предварително се приготвя претеглена част от една или друга сол (стипца, меден сулфат и др.). Изсипете претеглената порция в химически стъклена или порцеланова чаша и налейте необходимото количество вода с помощта на градуирана чаша. Покривайки чашата с кръгла (часовникова) чаша, загрейте съдържанието й, за да ускорите разтварянето на солта във вода. След това филтрирайте получения разтвор.
Таблица 1 - Разтворимост на соли (в грамове) в 100 cm3 вода.
|
Температура, ⁰С |
Калиев алуминий стипца KAl 12H2O | Натриев нитрат
NaNO3 |
Магнезиев сулфат
MgSO4 7H2O |
Меден сулфат
CuSO4 5H2O |
| 0 | 3,9 | 73 | 76,9 | 31,6 |
| 10 | 9,5 | 80,6 | 93,8 | 37 |
| 20 | 15,1 | 88,5 | 115,9 | 42,3 |
| 30 | 22 | 96,6 | 146,3 | 48,8 |
| 40 | 30,9 | 104,9 | 179,3 | 56,9 |
Поставете филтрираната течност в специална чаша с широко дъно и ниски стени. В стъклото разтворът се охлажда и изпарява интензивно, което се улеснява от характерната форма на стъклото, което създава голяма повърхност на изпаряване. В резултат на охлаждане и изпаряване първо се получава наситен и след това пренаситен разтвор (той съдържа излишък от разтворено вещество). В същото време кристалите започват да изпадат в кристализатора. На следващия ден (след приготвяне на разтвора) трябва да изберете няколко или един от изпуснатите кристали, внимателно да източите разтвора в чист кристализатор и да поставите избраните кристали - „закуски“ там. „Закуските“ са твърди вещества, които могат да причинят кристализация. За да се получи добре нарязан (изометричен) кристал, той трябва да се отглежда върху косъм или копринен конец. Кристалите, отглеждани на дъното на съда, тъй като са ограничени в растежа, ще придобият неправилна форма (сплескана, удължена). След определен период от време, когато разтворът стане малък, трябва да се приготви нов разтвор и кристалът да се пренесе в него. Списък на оборудването за отглеждане на кристали: реактиви, хоросан (порцелан), везни с тежести (фармацевтични), две чаши (химически или порцеланови), мензура, горелка, азбестова мрежа, кръгло часовниково стъкло, стъклена пръчка за поставяне на разтвора, фуния, филтър хартия, стойка за фуния, стъкло с широко дъно, пинсети, термометър. Удобен материал за производство на добре оформени кристали е стипцата. Разтворимостта на стипцата в гореща вода е много по -голяма, отколкото в студена вода, така че можем да ускорим процеса чрез охлаждане на наситения разтвор. Разтваряйте стипцата в гореща вода до границите на разтворимостта; получавате наситен разтвор. Опитът показва, че 25 г стипца могат да бъдат разтворени в 200 г гореща вода. Кристали с правилна форма, характерни за стипца - октаедри, растат върху копринени нишки, потопени в разтвор. Отстранете малките и неправилни кристали от конеца и оставете един по -добър, който постепенно ще се натрупа. Веществото стипца равномерно се утаява по краищата на свободно растящия кристал. Когато наситеният разтвор (75 г хромова стипца на 20 г вода) се охлади до температура от 11 ° С, кори от финозърнести кристали изпадат на дъното на съда. Правилни кристали от хром стипца под формата на виолетови октаедри растат върху нишки, потопени в разтвор. Кристалите от алуминиева стипца могат да растат в разтвор на хром и обратно, тъй като и двата имат един и същ тип пространствена решетка. Поставете лилав хром кристал от стипца, растящ върху низ в наситен разтвор на алуминиева стипца - получавате двуслоен кристал с лилав вътрешен октаедър и безцветен външен.
Най -успешният резултат се получава при отглеждане на кристали от меден сулфат от разтвор с концентрация 29,2% при охлаждане до 13,5 ° C. Разтваря се 82,5 g меден сулфат на прах в 200 g вода при нагряване. Прекарайте разтвора през хартиен филтър. След 14-15 часа ще се утаят добре оформени кристали с дължина до 1,5 cm.Освен стипца и меден сулфат, кристализира добре калиев дихромат. Самостоятелен експеримент: оформете израсналия кристал от стипца (подаден) във формата на топка, потопете го обратно в наситената маточна течност и гледайте как расте. След 1-2 дни ще забележите, че на топката се появяват лица, а след седмица вместо топката отново се образува правилен октаедър.
Отглеждането на кристали е много интересно хоби, особено след като кристалите са много красиви и може би могат да се използват и в магията. Статията по -долу е написана от мен, но използва знанията, натрупани в книги за отглеждане на кристали - тоест тази статия е преразказ на тях и на моя собствен опит (през ученическите ми години беше годишнина да я изуча, може би ще се върна до това).
Веществото има няколко агрегатни състояния, сред които всички познаваме - твърдо, течно и газообразно. Кристалът е
твърдо вещество. Характеризира се с факта, че молекулите в него са подредени по определен начин.
Кристалите са много красив, хипнотизиращ природен феномен - мисля, че мнозина ще се съгласят с това.
В природата има красиви скъпоценни камъни или скъпоценни камъни, които имат правилната форма.
Хората са се научили да отглеждат изкуствени скъпоценни камъни. Това изисква мощен хардуер. Но някои кристали могат да се отглеждат у дома, без никакво оборудване. Това, разбира се, няма да бъдат изкуствени диаманти и рубини, но кристалите на сол или меден сулфат също са много красиви.
По -долу са дадени няколко начина за отглеждането им.
Образуване на кристали. Разтворимост на веществото.Тук и по -долу ще говорим за онези кристали, които се състоят от вещества, разтворими във вода и ще се отглеждат във вода.
Образуването на кристал е постепенно "залепване" на молекули на вещество към малък кристал или към нещо друго -
семе
... Така че по време на тази адхезия кристалът расте. Задачата на производителите на кристали е да накарат това вещество да залепне. Най -лесният начин е да използвате решения.
Както знаете, определено количество вещество се разтваря във вода. Ако, да речем, разтваряте сол във вода, след което постепенно добавяте все повече и повече сол, ще видите, че тя вече не се разтваря. Такъв разтвор (в който веществата са разтворени до границата) се нарича концентриран. За да отгледате кристал, имате нужда от концентриран разтвор и след това трябва постепенно да премахнете максимума от веществото, което може да се разтвори във вода. Тогава излишното вещество няма да има къде да отиде и ще се утаи върху семето.
Има два начина да направите това. Първият е да се отстрани водата, но не и самото вещество - тоест изпаряване. Водата се изпарява, но веществото остава. По този начин има по -малко вода и същото количество вещество. И тъй като разтворът е концентриран, количеството му започва да надвишава максимума, който водата може да съдържа и част от веществото се утаява.
Вторият начин е просто да се намали разтворимостта на веществото (тоест количеството на веществото, което може да се разтвори в обема на водата).
Разтворимостта на дадено вещество не е постоянна, тя зависи от температурата на водата. Колкото по -гореща е водата, толкова по -голяма е разтворимостта на твърдото вещество. Следователно, като направите концентриран разтвор в гореща вода и след това охладите водата, ще получите същия ефект - значителна част от веществото ще престане да се "вписва" във водата и ще се утаи.
Сега става ясно как се отглеждат кристали - просто вземете концентриран разтвор на вещество, изсипете го в буркан, поставете семе там и или охладете водата, или изпарете (можете да направите и двете).
Има обаче още няколко важни точки.
Скоростта на образуване на кристали - ако изпарите водата твърде бързо, тогава кристалът няма да има време да расте и ще имате много малки кристали или дори кристален "мъх". Веществото се нуждае от време, за да се „омеси“ под формата на кристал.
И второто е семето. Вече писах за това по -горе.Като цяло материята има тенденция да се утаява и кристализира при някои нередности
или подобно вещество. Ако вземете гладък буркан и го настроите да расте без семена, много малки кристали ще растат.
Но ако искате да отглеждате плътен кристал, трябва да се уверите, че в буркана има по -малко елементи. Например, ако го отглеждате на конец, тогава е по -добре да използвате гладка нишка или тел, а не пухкава нишка, в противен случай тя най -вероятно ще прерасне
много кристали. Въпреки че е добре да използвате пухкав конец, за да отгледате кристално „колие“.
Също така едно от интересните свойства на кристала е неговата форма. Има няколко основни кристални форми. Така например, кубичните кристали винаги ще растат от готварска сол. Разбира се, това не означава, че от него ще израсне перфектен куб. Обикновено, въпреки това, кристали
са перфектни. Но формата му ще се основава на куб. Тоест, нередностите и "допълнителните" кристали ще бъдат кубични. И няма да бъде ромбоиден по никакъв начин например.
Още нещо, съвсем очевидно, но все пак ще го напиша. Веществото, от което се отглежда кристалът, трябва да бъде хомогенно и кристално. Тоест кристал може да се отгледа от сол, но морската сол няма да работи за това (тъй като е хетерогенна), точно както много органични разтворими вещества.
Първият кристал. Описах определена теория. Сега ще опиша малка практика. Има поликристали и монокристали. Поликристалите са група от много малки кристали. Така че кристалното "затлъстяване" е поликристал. Монокристалът е един голям кристал. Ако вземем предвид трапезната сол, това всъщност е много малки монокристали. И ако много кристали растат заедно, образувайки един вид „таралеж“ или нещо подобно, това ще бъде поликристал.
Ще опиша техниката на отглеждане на монокристал - тя е по -трудна. Но познавайки принципа на отглеждане на монокристал, ще можете да отглеждате поликристали. Разбира се, трудно е да се постигне идеален монокристал, но можете да постигнете нещо близко до това. Така че ще опиша инструкцията като
отглеждат голям "скъпоценен камък". Задачата е да расте възможно най -много и възможно най -правилно.
Често се препоръчва да започнете с готварска сол. Но всъщност е доста трудно и за много дълго време. Тъй като най -бързият начин за отглеждане на кристали е чрез охлаждане, а разтворимостта на готварската сол е много слабо зависима от температурата. Почти толкова сол може да се разтвори във вряща вода, колкото в почти ледена вода. И методът на изпаряване е много дълъг.
Затова предлагам да започнете с меден сулфат - можете да го закупите в магазина за хардуер. Това е такова синьо вещество. Внимавайте, отровен е! Затова боравете с него внимателно, опитайте се да не попадне върху кожата ви (особено при драскотини) и изобщо да не го разлеете.
Той произвежда много красиви сини кристали. А в витриола разтворимостта се променя значително в зависимост от температурата, поради което е много удобна за отглеждане на кристали от него.
Принципът на отглеждане е следният.
1. Подгответе семето си (малък кристал или голям, който искате да увеличите). По -долу ще опиша къде да го получите.
Закачете го в буркан, където кристалът ви ще расте. Важно е да го закачите, за да може да расте всеобхватно. За да закачите - вземете конец или тел и увийте кристал с него от едната страна, а молив или пръчка от другата, която ще бъде поставена върху
горната част на буркана (така че кристалът да виси надолу и да е точно под центъра на буркана). Вземете жицата с марж - тъй като кристалът ще се увеличи, следователно размерите на кутията и следователно височината също могат да се увеличат. Тоест, увийте няколко кръга около молива. Вземете конец или тел, така че да са възможно най -гладки. Разбира се, ако изобщо няма такъв, това не е критично (в последния параграф ще опиша защо).
2. Вземете топла вода (но не вряща, тя ще се охлади твърде бързо). Направете концентриран разтвор.За да направите това, изсипете витриол в буркан с вода и разбъркайте. Добавете купрос, докато спре да се разтваря. След това източете водата в буркана, където кристалът ви е окачен (така че да няма допълнителни кристали). Да, съдовете трябва да са чисти - колкото по -чисти, толкова по -добре. В противен случай мръсотията ще образува много семена и, разтваряйки се във вода, тя ще намали целостта на веществото. Разбира се, стилизирането е трудно постижимо, но не трябва да вземате мръсни чинии.
3. Поставете буркана на топло място. Затоплете, така че водата да не се охлади твърде бързо. Можете дори да покриете с нещо. Всичко зависи от началната температура. Ако не е твърде високо, тогава можете просто в стаята. Изчакайте, докато водата се охлади до температурата, на която сте поставили буркана. След това преместете буркана на по -хладно място, като например прозорец. И така, докато температурата стане минимална (въпреки че не препоръчвам поставянето на витриол в хладилника, така че минималната е температурата на прозореца). Като цяло, охладете, докато можете. Основното нещо е да не поставяте вряща вода на прозореца веднага.
4. Когато разтворът се охлади, изсипете го в друг буркан. Какво ще правиш с него, не знам. Можете да се изпарите, така че доброто (тоест останалият в него витриол) да не изчезне, можете да го излеете (ако не съжалявате), можете да го затоплите и да разтворите нов купорос в него и да повторите процедурата. Основното, от което се нуждаете, е да подготвите кристала за следващата сесия. Обикновено върху него (както и върху конеца), въпреки всичко, растат допълнителни кристали. Това е неизбежно - особено по този начин (все още не е най -точният начин). Но това не е страшно - просто трябва внимателно да почистите излишните кристали. Направете това внимателно, опитайте се да не повредите основния. След това повторете предишните точки.
Този метод изисква вашето участие, тъй като темпът на растеж е невероятен. Обикновено те говорят за няколко дни, но тук видимите резултати могат да бъдат по -малко от час! С тази скорост можете да отглеждате огромни кристали. Чух, че феновете повдигнаха такива, че няколко души могат да ги вдигнат! Затова на всеки половин час трябва да пренареждате кутията и след това да сменяте разтвора.
Разбира се, едва ли можете да дежурите денонощно, така че докато сте заети, можете просто да оставите буркана на място - въпреки че температурата няма да се промени, водата се изпарява. Тук се казва поговорката: „Войникът спи, службата е в ход“.
Можете да отглеждате и поликристали, което също е доста красиво нещо. Ако поставите вълнен конец в топъл разтвор и го закачите в дъга, ще получите отлично колие (въпреки че не препоръчвам да го носите като украса).
Засяване.Ще ви трябва семе, преди да можете да отглеждате основния кристал. Нека вземем малък кристал. Разбира се, можете да вземете малки кристали, които са в буркана с витриол. Но те са твърде малки. Затова можете просто да го излеете в малък, чист съд, като чинийка или нещо подобно на топъл концентриран разтвор на витриол. Около половин час по -късно много малки кристали ще се появят на дъното. Изберете най -големия и правилен.
Първоначално съветвам да използвате малки контейнери за растеж на кристали (най -малкият буркан, който е), и да вземете основната температура на водата не твърде висока, малко повече от стайната температура. Факт е, че ако веднага започнете да отглеждате малък кристал със същата скорост като големия, тогава там могат да растат допълнителни кристали с размер, подобен или дори по -голям от самото семе. Така че, докато кристалът стане по -силен, си струва да проявите малко повече търпение.
Съхранение на кристали.Е, тогава тук сте и сте отгледали своя кристал. Голям, правилен, красив! Мисля, че няма да бъдете много приятно изненадани, когато откриете, че е покрита със синя кора от бриофит, легнала тихо на рафта ви. Има много причини за това - корозия, влага и т.н. Кристалът трябва да бъде защитен. Използвайте защитен лак, покрийте го добре и навсякъде.Можете също така да го съхранявате на затворени, защитени места, въпреки че това не е най -доброто решение, ако искате да го имате на рафта. Освен това лакирането ще предпази от отровния купорос. Това не означава, че след като сте го докоснали, не трябва да миете ръцете си, но все пак опасността ще бъде много по -малка. Не забравяйте също, че кристалите на витриол са крехки. Не ги бийте и не ги смачквайте, в противен случай ще загубите чудото си.
Медни кристали!Всъщност могат да се отглеждат не само кристали от разтворими вещества. Можете да отгледате истински меден кристал! Не, не се нуждаете от лаборатория и мощно оборудване! Лесно е да се направи у дома. Просто трябва да знаете малко химията и това е всичко. И в резултат на това получавате истински меден кристал. Да, металите по принцип са кристални, но ще има твърд метален кристал.
Как е възможно такова чудо?
Просто е. Помислете какво е сол. Солта е комбинация от метал с киселина. Готвенето на ол (това, което ядем) е резултат от реакцията на натрий и солна киселина. Медният сулфат е резултат от реакцията на сярна киселина и мед. Тоест, за солта може да се каже, че има два компонента - метален и кисел.
Солите имат забележително свойство - те имат най -силния метален компонент. Следователно, ако солта реагира с метал, който има по -голяма активност от металния компонент на солта, тогава тя ще изтласка метала си от себе си и ще вземе по -активния. И за да получите такава реакция, достатъчно е да разтворите солта във вода и да поставите активен метал в тази вода.
Вероятно не сте виждали тази реакция с готварска сол, просто защото нейният метален компонент, натрий, е изключително реактивен. Малко метали са по -активни от натрия (като калий). А металите с подобна активност реагират с каквото могат - ако хвърлите калий във вода, той ще реагира по -бързо с него - затова те практически не се срещат в чист вид.
Но медта е напълно пасивен метал (още по -пасивен - благороден, като златото).
Тайната е да се постави по -активен метал - например желязо - в разтвора на меден сулфат. Тогава медта ще започне да се изтласква и кристализира, а геоезото ще стане метален компонент на солта - и ще получите железен сулфат. Също така, алуминият е по -активен - като цяло е ужасно активен, но поради защитната си обвивка (окисляване) почти не реагира с нищо. Но ако използвате катализатор, той ще започне да реагира. Трапезната сол ще се използва като катализатор - ако вземете разтвор на готварска сол и меден сулфат и хвърлите парчета алуминий там, тогава водата почти ще заври - такава бурна реакция ще бъде.
Това е добре за химически експерименти, но лошо за задачата за отглеждане на кристали - защото вместо кристали ще се образува „тина“ - тоест безброй напълно микроскопични кристали. Отглеждането на метални кристали отнема изключително дълго време. По принцип го направих само веднъж и тогава кристалът беше около милиметър.
За да може медта да има достатъчно време за кристализация, е необходимо процесът да се забави максимално. Кристалът ще расте с месеци.
Пиша самата техника и ще дам теоретична основа за нея.
Първо, отглеждайте няколко кристала меден сулфат (малки, като семе). Това е необходимо, тъй като кристалите се разтварят по -лесно от праха. Големите не са задължителни.
След това вземете дълъг буркан - дължината му е важна. Поставете кристалите надолу, изсипете готварска сол почти до върха. Най -отгоре поставете активен метал - желязо или алуминий. Напълнете със студена вода и забравете за медния кристал за няколко месеца. Бих препоръчал да поставите много такива кристали наведнъж - по този начин вероятността за успех е по -голяма.
Ще видите как решението постепенно се покачва. Той ще бъде зелен, тъй като разтвор на меден сулфат, смесен с разтвор на натриев хлорид, е зелен. Той постепенно ще стигне до върха на кутията и реакцията ще започне.След това от красиво зелено водата се боядисва в мръсно ръждясал цвят - това означава, че реакцията вече е започнала. Ще бъде готов, когато на дъното практически няма кристали (ще го видите през стъклото). Когато поставяте меден кристал, можете да експериментирате с консерви с различна височина и с други параметри (включително метал).
Желязото обикновено е по -подходящо за растежа на медни кристали, но е възможен и алуминий (тук солта ще бъде както катализатор, така и модератор).
Както можете да си представите, можете да отглеждате кристали от други метали, например желязо от железен сулфат.
Когато извадите кристала, внимателно излейте и изсипете съдържанието на буркана в купа. Кристалът може да не е на самия връх (където теоретично може да е) - може да се изгуби в сол - на пътя или на самото дъно. Освен това най -вероятно ще бъде малък, така че потърсете всичко.
По -късно ще дам таблици на разтворимостта (в зависимост от температурата) и металната активност.
От SurWiki
Куватова Насима
Изследователска работа: Файл: Crystals.rar
Презентация: Файл: Crystals.ppt
Източник (и): Отглеждане на кристали и тяхното приложение
Цели: разберете и покажете, че кристалът, независимо как се получава, се подчинява на закона за симетрия. Определете основните области на приложение на кристалите.
Задачи: Придобиване от студенти:
- общообразователни умения: работа с научна литература, провеждане на наблюдения, упражняване на самоконтрол и интроспекция.
- специални знания и умения по тази тема на проекта, способност за навигация в информационното пространство, за самостоятелно проектиране на техните знания.
- изследвайте знания и умения: формулирайте хипотези, подчертайте проблемите, планирайте експеримент в съответствие с хипотеза, направете изводи.
Оборудване и реактиви: везни, химически стъклени съдове (чаши, фунии, колби), стойки, тел, филтри, вода, соли (калиев стипца, никелов сулфат, калиев дихромат, меден сулфат, алуминиев нитрат).
Поколението от нас, задавено с число Х, което измерва часовника по универсалните мащаби на Вселената ... Поколение от тези, които познават измеренията на лудите страници и не вярват в догми, анатеми и предсказания ... Бури от буквите и цифрите, виденията и мечтите се вливат. - основите на ОСНОВИТЕ Смазани с отблясъци, ликуващо мастило Но, като вълк, усет, ние сме един друг ... "по звук" и "по сричка" .. .Като "по мирис - влети" ... и ... раненият съплеменник е готов ... А на сутринта: "Чао! Елате! .. Това са Боговете, това е прагът ... - Не забравяйте за КРИСТАЛА! .. - За ВЕЗНИТЕ ... - Чакам РЕЗАТА ... “/ Д. Блощински /
Актуализиране
Кристалът, като мистериозна и красива част от природата, привлича вниманието на хората от древни времена.
Кристалът обикновено служи като символ на неживата природа. Границата между живо и неживо обаче е много трудна за установяване и понятията „кристал“ и „живот“ не се изключват взаимно.
Естествените кристали винаги са предизвиквали любопитството на хората. Техният цвят, блясък и форма повлияха на човешкото чувство за красота и хората украсиха себе си и домовете си с тях. Суеверията отдавна се свързват с кристали; като амулети те трябвало не само да защитават собствениците си от зли духове, но и да ги дарят със свръхестествени сили.
По -късно, когато същите минерали започнаха да се режат и полират като скъпоценни камъни, в талисманите са запазени много суеверия „за късмет“ и „техните камъни“, съответстващи на месеца на раждане. Всички естествени скъпоценни камъни, с изключение на опал, са кристални и много от тях, като диамант, рубин, сапфир и изумруд, се срещат като красиво нарязани кристали.
Най -известните примери за кристали са лед, диамант, кварц, каменна сол.Повечето твърди тела нямат правилната геометрична форма на полиедър с плоски повърхности и остри ръбове, характерни за кристалите. Думата „кристал“ идва от гръцки - „лед“.
Водата е "универсален" разтворител
Водата е най -често срещаният разтворител за твърди, течни и газообразни вещества. От ежедневието е добре известно, че ако някои вещества се разтварят във вода, тогава се образуват разтвори.
Хомогенни хомогенни системи, съдържащи две или повече вещества, се наричат разтвори. Разтворите могат да бъдат не само течни, но и твърди, например стъкло, сплав от сребро и злато. Известни са и газообразни разтвори като въздух. Най -важните и често срещани са водни разтвори.
Според съвременните концепции разтварянето е резултат от химичното взаимодействие на разтворител и разтворено вещество, с образуването на молекулни съединения. Във водни разтвори тези съединения се наричат хидрати, а в неводни разтвори-солвати.
Наситен разтвор е разтвор, който е в равновесие с излишък от разтворено вещество. Той съдържа максимално възможното количество разтворено вещество. Понятието "наситени разтвори" трябва да се разграничава от понятието "концентрирани разтвори". Концентриран разтвор е разтвор с високо съдържание на разтворено вещество. Ако концентрацията на разтвора не достигне концентрацията на насищане при тези условия, тогава разтворът се нарича ненаситен. Чрез внимателно охлаждане на горещ наситен разтвор (например меден сулфат или сол на Глаубер) могат да се получат така наречените пренаситени разтвори.
Кристали в природата
Ледени и снежни кристали
Кристали на замръзнала вода, т.е. ледът и снегът са известни на всички. Тези кристали покриват необятните простори на Земята в продължение на почти шест месеца (и в полярните райони през цялата година), лежат на върховете на планините и се плъзгат от тях с ледници, плаващи като айсберги в океаните.
Ледената покривка на река, масив от ледник или айсберг, разбира се, не е един голям кристал. Плътната маса лед обикновено е поликристална, т.е. се състои от много отделни кристали. Не винаги можете да ги различите, защото са малки и всички са израснали заедно. Понякога тези кристали могат да бъдат забелязани в топящ се лед, например в ледените плочи на пролетния ледоход по реката. Тогава може да се види, че ледът се състои така или иначе от „моливи“, слети заедно, като в сгъната опаковка моливи: шестоъгълните колони са успоредни една на друга и стоят изправени спрямо повърхността на водата; тези "моливи" са ледени кристали.
Известно е колко опасни са пролетните или есенните студове за растенията. Температурата на почвата и въздуха пада под нулата, подпочвената вода и растителните сокове замръзват, образувайки игли от ледени кристали. Тези остри игли разкъсват деликатните тъкани на растенията, листата се свиват, почерняват, стъблата и корените се унищожават. След мразовити нощи, сутрин в гората и на полето, често може да се наблюдава как "ледена трева" расте на земята. Всяко стъбло от тази билка е прозрачен шестоъгълен кристал от лед. Ледените игли достигат дължина 1-2 см, а понякога достигат 10-12 см. Случва се земята да е покрита с изправени изправени ледени плочи. Израствайки от земята, тези ледени кристали издигат върху главите си пясък, камъчета, камъчета с тегло до 50-100g. Ледените блокове дори се изтласкват от земята и се носят от малки растения. Понякога ледена кора обгръща растението и коренът блести през леда. Също така се случва четка от ледени игли заедно издига тежък камък, който не може да бъде преместен от един кристал. Кристалната „ледена трева“ искри и изгаря с преливащ се блясък, но веднага щом слънчевите лъчи се затоплят, кристалите се огъват към слънцето, падат и бързо се топят.
В мразовита пролетна или есенна сутрин, когато слънцето все още не е имало време да унищожи следите от нощни студове, дърветата и храстите са покрити с иний.Капки лед висяха по клоните. Погледнете внимателно: вътре в ледените капки можете да видите снопове тънки шестостранни игли - ледени кристали. Листата, покрити със замръзване, приличат на четки: като четина, върху тях стоят лъскави шестоъгълни колони от ледени кристали. Гората е украсена с приказно богатство от кристали, кристална рокля.
Всеки леден кристал, всяка снежинка е крехка и малка. На снежинките е най -лесно да се уверите, че формата на кристалите е правилна и симетрична. Формите на снежинките са изненадващо разнообразни, но симетрията им винаги е една и съща: само шест лъча. Защо? Това е симетрията на атомната структура на снежните кристали. Това не се отнася само за сняг. Формите на кристалите могат да бъдат много разнообразни, но симетрията на тези форми за всяко вещество е еднаква, определя се от симетрията и редовността на атомната структура на дадено вещество. Снежинка може да бъде само шест лъча - това е симетрията на структурата на снежните кристали.
Кристали в облаците
Ледените кристали, чиито странни шарки се възхищаваме в снежинките, могат да унищожат самолет за няколко минути. Обледеняването - ужасен враг на самолетите - също е резултат от растежа на кристалите.
Тук имаме работа с растежа на кристали от преохладени пари. В горните слоеве на атмосферата водните пари или водни капчици могат да се задържат дълго време в преохладено състояние. Хипотермията в облаците достига -30˚C. Но веднага щом летящ самолет нахлуе в тези преохладени облаци, веднага започва насилствена кристализация. Незабавно самолетът е покрит с купчина бързо растящи ледени кристали.
Кристали в пещери
Всички естествени води - в океаните, моретата, езерата, потоците и подземните извори - са естествени решения, всички те разтварят скалите, които срещат, и във всички тези разтвори се появяват сложни явления на кристализация.
Кристализацията на подземните води в пещерите е особено интересна. Капка по капка вода прониква и пада от сводовете на пещерата. В същото време всяка капчица частично се изпарява и разтвореното в нея вещество остава на тавана на пещерата. Така постепенно на тавана на пещерата се образува малка туберкула, която след това прераства в ледена висулка. Тези ледени буци са направени от кристали. Една капка след друга постоянно пада ден след ден, година след година, век след век. Звукът от падането им е заглушен под сводовете. Всички ледени буци се простират и разтягат, а към тях същите дълги колони от ледени буци от дъното на пещерата започват да растат нагоре. Понякога ледениците, растящи отгоре (сталактити) и отдолу (сталагмити) се срещат, растат заедно и образуват колони. Ето как в подземни пещери се появяват шарени, усукани гирлянди и причудливи колонади. Подземните зали са приказно, необичайно красиви, украсени с фантастични купчини сталактити и сталагмити, разделени на арки със сталактитови решетки. В природата кристали с неправилна форма се срещат несравнимо по -често от правилните многогранници. В речните корита, поради триенето на кристали срещу пясък и камъни, ъглите на кристалите се изтриват, многостранните кристали се превръщат в заоблени камъчета; от действието на вода, вятър, скреж, кристалите се напукват, рушат; в скалите кристалните зърна не позволяват взаимно да растат и да придобиват неправилни форми.
Снимки на естествени кристали в храните.
Азишская в Краснодарския край (Република Адигея).
Кристали, растящи отдолу
Кристали, растящи отгоре
Колонна зала, отгледана от кристали
Методи за отглеждане на кристали от разтвори
Кристализация чрез "семена"
Явлението кристализация на сол не е трудно да се възпроизведе експериментално. Разтворете щипка обикновена готварска сол във водата и изсипете солената вода върху чинийка. Когато водата се изпари, погледнете през лупа и ще видите, че правилните бели кубчета кристали с ивици ръбове остават върху чинийката. Кристали от каменна (трапезна) сол, образувани от разтвора пред очите ви.Така че в миниатюра можете да наблюдавате явлението кристализация на разтвор, което в природата, в солените езера и в подпочвените води, се среща в гигантски мащаби.
Защо кристалите се открояват от разтвора? За да разберете това, трябва да се запознаете с някои от свойствата на решенията.
Опитайте се да разтворите трапезна сол във вода: 70 грама сол ще се разтвори във фасетирана чаша вода и ако излеете сол допълнително, тя ще спре да се разтваря и ще се утаи на дъното. Ще видите същото със захарта: около двадесет чаени лъжички гранулирана захар ще се разтворят в чаша студена вода и след това захарта също ще се утаи на дъното, без да се разтвори. Само много специфично количество захар (194 грама), готварска сол (35 грама) или друго вещество може да се разтвори в 100 грама студена вода. Количеството вещество, което може да се разтвори в 100 грама вода, се нарича разтворимост на това вещество във вода; например разтворимостта на готварска сол във вода при стайна температура е 35 грама. Разтворимостта зависи от температурата. Опитайте се да разтворите захарта не в студена вода, а в гореща вода и ще видите, че с повишаване на температурата, разтворимостта на захарта се увеличава. За различните вещества разтворимостта зависи от температурата по различни начини.
Така че при всяка дадена температура само строго ограничено количество вещество, определено от неговата разтворимост, може да се разтвори във вода.
Вземете чаша гореща вода и добавете всяко кристално вещество, което е разтворимо във вода: хипосулфит, сода, борна киселина, стипца. Ако получите големи кристали, първо ги натрошете на прах. Изсипете толкова прах в чаша гореща вода, колкото може да се разтвори. Когато прахът спре да се разтваря напълно и започне да се утаява на дъното, изсипете получения разтвор в друга чаша, така че нито едно зърно прах да не стигне до дъното на чашата с разтвора. За да направите това, филтрирайте разтвора през филтърна хартия или чиста кърпа. В получения разтвор количеството на веществото точно съответства на неговата разтворимост при дадена температура; разтворът е „наситен“ и вече не може да абсорбира нито едно зърно от веществото. Това решение се нарича наситен. Сега оставете чашата с разтвора и я оставете да се охлади. С охлаждането разтворимостта на почти всички вещества намалява; докато нашият разтвор беше горещ, в чаша вода, да речем, 12 супени лъжици от веществото бяха разтворени, докато при стайна температура само 10 супени лъжици от това вещество може да се разтвори в него. По този начин сега в разтвора ще има излишно вещество. С други думи, при висока температура разтворът е наситен, а когато се охлади, той е пренаситен. Такъв пренаситен разтвор не може да съществува дълго време, така че излишното вещество се освобождава от разтвора и се утаява на дъното на стъклото. Разгледайте през лупа и ще видите, че тази утайка се състои от кристали.
Разтворено вещество кристализира от пренаситени разтвори, тъй като в разтвора има твърде много от него - повече, отколкото разтворът може да побере в себе си.
Прозрачни кристали от калиев стипца израснаха от водния разтвор в рамките на няколко часа. За да се приготви воден разтвор на калиев стипца, е необходимо да се разтворят 48 g калиев стипца, смлян на прах, в 400 cm3 гореща вода. Ако разтворите 60 g стипца, получавате разтвор, пренаситен при 15 ° C с 12 g. Ето защо е необходимо да се вземе гореща вода: повече от 48 g не се разтварят в студена вода. Пренаситен разтвор ще започне да кристализира, ако в него попадне някакво "семе". За да направите това, достатъчно е леко да отворите капака на буркана за една или две секунди: частици прах от стипца от въздуха ще попаднат в разтвора. Можете също така да добавите няколко зърна стипца към разтвора с игла.Веднъж попаднали в пренаситен разтвор, частиците прах от стипца в него веднага ще започнат да растат и ако кристализацията е започнала в разтвора, няма да спре, докато не се освободи целият излишък от разтвореното вещество.
Можете също така да отгледате един голям кристал. За да направите това, малък кристал, "семе", трябва да се постави в охладения разтвор или да се донесе на конец. Отначало ще се разтвори малко, а след това ще започне да расте.
Ако предмет, съдържащ много семена, бъде поставен в съд с разтвор, той ще обрасли с кристали. Потопете нишка, съдържаща кристални прахови частици, в разтвора - кристалите ще започнат да се утаяват върху тях и в резултат на това ще нарасне „низ от мъниста“ от многостранни кристали. Такива нишки могат да се конкурират по красота с изкуствено нарязани мъниста, но за съжаление кристалите, отглеждани от водни разтвори, обикновено избледняват много бързо и лесно се унищожават. Това е трудността при използването им в технологиите.
Можете да направите фигурки от кристали.
За да направите това, трябва да подготвите рамка от тел, увита с обикновени конци или памучна вата, да я потопите в наситен разтвор, веднага да я извадите и да я изсушите при стайна температура. Нишките се импрегнират с разтвора и когато изсъхнат, върху тях се образуват малки кристали, които по -късно ще служат като "семена". И след това спуснете тази рамка в разтвора и отглеждайте кристали върху нея. Ако поставите сгъваема синтетична елха в разтвора, като предварително сте увили ствола и клоните с нишки, можете да отгледате „покрита със сняг“ коледна елха. За да направите това, по -добре е да вземете не стипца, а калиев дихидроген фосфат (KH2PO4) или амониев дихидрофосфат (NH4H2PO4) - прекрасни кристали, които растат за устройства, които контролират лъча Лазарус. Тяхната разтворимост на 100 g вода:
| При температура | 20˚C | 40˚C |
| KH2PO4 | 22,5 g | 33g |
| NH4H2PO4 | 36,5 g | 56.6g |
Основни приложения на кристалите
Живеейки на Земя, съставена от кристални скали, със сигурност не можем да се отървем от проблема с кристалността: ходим по кристали, изграждаме от кристали, обработваме кристали във фабрики, отглеждаме ги в лаборатории, широко ги използваме в технологиите и науката, ядем кристали, излекувайте ги ... Науката за кристалографията се занимава с изследване на разнообразието от кристали. Тя изчерпателно изследва кристалните вещества, изследва техните свойства и структура. В древни времена се е смятало, че кристалите са редки. Всъщност наличието на големи хомогенни кристали в природата е рядко явление. Финокристалните вещества обаче са много чести. Така например почти всички скали: гранит, пясъчници, варовик са кристални. С усъвършенстването на методите на изследване веществата, които преди това се смятаха за аморфни, се оказаха кристални. Сега знаем, че дори някои части на тялото са кристални, например роговицата на окото, витамините, меламиновата обвивка на нервите са кристали. Дългият път на търсения и открития, от измерване на външната форма на кристалите в дълбочина, до тънкостите на тяхната атомна структура, все още не е завършен. Но сега изследователите са проучили доста добре неговата структура и се учат да манипулират свойствата на кристалите.
Кристалите са красиви, може да се каже някакво чудо, те привличат към себе си; казват „човекът с кристална душа“ за това кой има чиста душа. Кристалът означава да блести със светлина като диамант ... И ако говорим за кристали с философско отношение, тогава можем да кажем, че това е материал, който е междинна връзка между живата и неживата материя. Кристалите могат да се раждат, остаряват, унищожават. Кристалът, когато расте върху семе (върху ембрион), наследява дефектите на този ембрион. Като цяло можете да цитирате много примери, които се настройват на такова философско настроение, въпреки че, разбира се, има много зло ... Например по телевизията вече можете да чуете за пряката връзка на степента на подреждане на водните молекули с думи, с музика и че водата се променя в зависимост от мислите, от здравословното състояние на наблюдателя. Кристалите са намерили своето приложение в различни области: за производството на бижута, в технологиите, например, рубинен лазер, екрани с течни кристали и др.
Диамант
Около 80% от всички добивани естествени диаманти и всички изкуствени диаманти се използват в промишлеността.Диамантените инструменти се използват за обработка на части, изработени от най-твърдите материали, за пробиване на кладенци при проучване и добив, служат като еталонни камъни в най-високите морски хронометри и други високо точни инструменти. Диамантените лагери не показват износване дори след 25 милиона оборота. Високата топлопроводимост на диаманта му позволява да се използва като подложка на радиатор в полупроводникови електронни микросхеми. Разбира се, диамантите се използват и в бижутата - това са диаманти.
Руби
Високата твърдост на рубини или корунди доведе до широкото им използване в промишлеността. От 1 кг синтетичен рубин се получават около 40 000 часовникови камъка. Водачите от рубинена прежда в заводите за производство на химически влакна се оказаха незаменими. Те практически не се износват, докато направляващите от най -твърдото стъкло прежди се износват за няколко дни, когато през тях се изтеглят изкуствени влакна.
Нови перспективи за широкото използване на рубини в научните изследвания и технологиите бяха открити с изобретяването на рубинения лазер, при който рубиненият прът служи като мощен източник на светлина, излъчвана под формата на тънък лъч.
Течни кристали
Това са необичайни вещества, които съчетават свойствата на кристално твърдо вещество и течност. Подобно на течностите, те са течни, като кристали, имат анизотропия. Структурата на молекулите на течни кристали е такава, че краищата на молекулите взаимодействат много слабо помежду си, докато страничните повърхности взаимодействат много силно и могат здраво да държат молекулите в един ансамбъл. Течните кристали се използват в различни видове контролирани екрани, оптични капаци, плоски телевизионни екрани.
Лазер
Практическата част. Етапи на работа по проекта.
| Съдържанието на произведението на етапа | Учителска дейност | Ученически дейности |
| Експериментиране | ||
|
Наблюдава, съветва, косвено ръководи дейностите, организира и координира, ако е необходимо, отделните етапи на проекта. |
|
| Анализ на получените данни и обобщаване | ||
| Анализ на получените данни и обобщаване | Корекция на заключенията на участниците в проекта по време на анализа на получените данни. |
|
Приложение
Кристали, отглеждани в хода на изследователската работа.
Тези кристали са отгледани от нас през януари - май 2010 г.
Продължаваме нашите изследвания.
Библиография:
- Учебник по химия за кандидати за университети.-изд. Московски университет, 1985 г.
- Шасколская М.П. Кристали.- М .: Наука. Основно издание на физико-математическа литература, 1985.-208s.
- Експерименти в домашна лаборатория.- М.: Наука. Основно издание на физико -математическа литература, 1980, 144стр.
- Мякишев Г.Я. Физика: Молекулярна физика. Термодинамика. 10 клас: Учебник за напреднало изучаване на физика. - 5 -то изд. - М.: Дроп, 2002.- 352 с .: Ill.
- Kvant: научно -популярно списание по физика и математика. М.: Наука. 1974 година
- Проектни дейности на учениците. Auth.-comp. Н. В. Ширшина. - Волгоград: учител, 2007.- 184 с.
- Лекции по обща химия. Л.С. Гузей: Москва „Първи септември“
- Светът на химията. Забавни истории за химията. Санкт Петербург. "Mim-Express"
РАСТЯЩИ КРИСТАЛИ
В ДОМАШНИ УСЛОВИЯ
Кристалът, като мистериозна и красива част от природата, привлича вниманието на хората от древни времена.
Кристалът обикновено служи като символ на неживата природа. Границата между живо и неживо обаче е много трудна за установяване и понятията „кристал“ и „живот“ не се изключват взаимно.
Естествените кристали винаги са предизвиквали любопитството на хората. Техният цвят, блясък и форма повлияха на човешкото чувство за красота и хората украсиха себе си и домовете си с тях. Суеверията отдавна се свързват с кристали; като амулети те трябвало не само да защитават собствениците си от зли духове, но и да ги дарят със свръхестествени сили.
По -късно, когато същите минерали започнаха да се режат и полират като скъпоценни камъни, в талисманите са запазени много суеверия „за късмет“ и „техните камъни“, съответстващи на месеца на раждане. Всички естествени скъпоценни камъни, с изключение на опал, са кристални и много от тях, като диамант, рубин, сапфир и изумруд, се срещат като красиво нарязани кристали.
Най -известните примери за кристали са лед, диамант, кварц, каменна сол. Повечето твърди тела нямат правилната геометрична форма на полиедър с плоски повърхности и остри ръбове, характерни за кристалите. Думата „кристал“ идва от гръцки - „лед“.
Природата на кристалите
Кристалните вещества са твърди вещества, в които частиците (атоми, молекули и йони) периодично правилно се повтарят в три измерения, образувайки безкрайна структура. Частиците, подредени в пространството в определен ред, образуват кристална решетка.
КРИСТАЛНА РЕШЕТКА е редовно подреждане на атомите в пространството, което определя спецификата на състоянието на веществото, наречено твърдо вещество.
Симетрията и редът са отличителните характеристики на кристалите. Симетричните тела са тела, състоящи се от равни, еднакви части, които могат да се комбинират помежду си. Има много различни елементи на симетрия: равнина, ос, център на симетрия, транслация и други.
Всички кристали са симетрични. Това означава, че в тях могат да се намерят различни елементи на симетрия. Елементите на симетрия могат да се комбинират помежду си само според строги математически закони. Такива комбинации за кристални структури могат да бъдат общо 230. Те се наричат „космически групи на Федоров“ в чест на кристалографа Федоров, който едновременно с немския математик Шьонфлис в края на 19 век. изведе тези закони.
В кристалната решетка може да се разграничи най -малкият паралелепипед, при изместване (транслация) на който целият кристал ще бъде получен в три измерения. Такава структурна единица се нарича единична клетка. Общо има 14 елементарни триизмерни геометрични клетки или решетки, кръстени на френския учен, който ги е създал, Браве.
Според видовете химически връзки кристалите се подразделят на йонни (обикновена готварска сол), ковалентни кристали (диамант, силиций), метални, молекулни кристали (нафталин). Различните видове връзки в кристалите водят до различия в свойствата на твърдите вещества.
Как растат кристалите.
Кристалът е твърдо тяло, което има естествена форма на полиедър. Химическите връзки на кристалите са много подредени и симетрични. Кристалите се предлагат в различни форми. Големите монокристали с правилна форма са много редки в природата. Но такъв кристал може да се отглежда в изкуствени условия. Кристализацията може да възникне от разтвор, стопилка, както и от газообразното състояние на веществото. Помислете за кристализация от разтвора.
В даден обем на определена течност при постоянна температура и налягане не повече от определено количество определено кристално вещество може да се разтвори.Полученият разтвор се нарича наситен. Кристал, поставен в наситен разтвор, няма нито да расте, нито да се разтвори в него. Ако повишите температурата на течността, тогава нейната разтворимост
се увеличава, така че наличното количество разтворено вещество вече няма да насища разтвора. Ще стартира кристал, поставен в ненаситен разтвор
разтваря се в него. Ако наситеният разтвор се охлади, той става пренаситен. Пренаситените разтвори могат да се съхраняват в затворени съдове за дълго време, без да кристализират. Достатъчно е обаче да влезете в решението
най -малката частица кристал, подобно на разтвор, веднага ще започне да кристализира. Следователно, пренасищането на разтвора е необходимо, но достатъчно условие за кристализация. За да започне кристализацията
трябва да посеете разтвора - малък кристал от разтвореното вещество. По този начин обикновено се отглежда кристал от разтвор. Първо, достатъчно количество кристално вещество се разтваря във вода. В този случай разтворът се нагрява, докато веществото се разтвори напълно. След това разтворът се охлажда бавно, като по този начин се прехвърля в пренаситено състояние. Към пренаситения разтвор се добавя семе. Ако през цялото време на кристализация температурата и плътността на разтвора се поддържат еднакви в целия обем, тогава по време на процеса на растеж кристалът ще придобие правилната форма.
Дата на добавяне: 2016-09-06; показвания: 1456;
Подобни статии:
