Кристаллы — это уникальные образования сложенных атомов. Многие кристаллы сделаны из минералов, но есть и другие типы материалов, которые также делают кристаллы. Что такое кристаллы?
Что общего у снежинок, поваренной соли и карандаша? Это кристаллы. Большинство людей думают, что драгоценные камни и бриллианты являются единственным видом кристаллов. Однако многие кристаллы сделаны из минералов. Если посмотреть на песчинку соли под микроскопом, можно увидеть уникальную форму куба. Соль — это минерал, и когда она встречается в природе, она называется каменной солью или галитом. Минерал — природное вещество земли.
Когда минералы становятся твердыми, они создают определенную форму, основанную на том, как их атомы сложены. Атомы — это наименьшая часть вещества.
Когда образуется кристалл, все атомы соединяются друг с другом подобно Легосу. Но в отличие от Legos, когда минералы образуют кристаллы, они создают форму, которая имеет рисунок. Кроме того, каждый минерал имеет различную форму, потому что образуются из различных атомов. [1]
Ионы (заряженные атомы), которые составляют ионное соединение, соединяются вместе в повторяющейся трехмерной структуре, называемой кристаллической решеткой. Простейшей кристаллической решеткой является простая кубическая структура, в которой атомы лежат на сетке: так, что каждый положительный ион окружен отрицательными ионами и наоборот, каждый отрицательный ион окружен положительно заряженными ионами.. Форма всех структур кристаллической решетки зависит от структуры ионов в кристаллической решетке. Когда мы смотрим на чистый кристалл, то видим, как атомы расположены на молекулярном уровне. Поскольку эта закономерность продолжает повторяться, она становится достаточно большой, чтобы вы могли «увидеть» расположение атомов.
Ученые выращивают кристаллы различных соединений, чтобы они могли видеть, как атомы расположены в разных соединениях. Один из методов выращивания кристаллов называется перекристаллизацией. Это процесс, который используется для очистки твердого материала путем растворения твердого вещества (называемого растворенным веществом) в соответствующей жидкости (называемой растворителем), материал выходит из насыщенного раствора в кристаллической форме. Когда растворитель испаряется, твердые кристаллы начинают увеличиваться. [2]
По мнению авторов [3], кристалл — это материал, который имеет свои атомы, молекулы или ионы, расположенные в высокоорганизованном трехмерном образце. Слово «кристалл» происходит от греческого krustallos (лед или горный хрусталь). Когда образуется лед, он начинается образовывать поликристаллическую структуру, как крошечные кристаллы, которые в конечном счете сплавляются вместе. Кубик льда не является истинным кристаллом, так как периодическая структура молекул воды разрушается на границе раздела между каждым компонентом кристалла. Однако, одиночная снежинка — истинный кристалл. Соли, такие как NaCl (хлорид натрия или поваренная соль), также образуют настоящие кристаллы, как и сахар (сахароза) и многие заменители сахара. Ионные вещества, такие как соли, образуют кристаллы, состоящие из чередующихся положительных и отрицательных ионов, которые образуют связи, основанные на сильных электростатических притяжениях. Их кристаллы имеют высокую температуру плавления и являются хорошими проводниками электричества при растворении их в воде или в их расплавленном состоянии. Полярные ковалентные вещества, такие как сахароза, образуют кристаллы, основанные на более слабых межмолекулярных лондонских или диполь-дипольных взаимодействиях. Их кристаллы имеют тенденцию к более низким температурам плавления и не являются особенно хорошими проводниками электричества.
Кристаллизация — это процесс образования кристаллов из жидкости.
Растворы представляют собой смеси, состоящие из растворителя и растворенного вещества. Любой раствор состоит как минимум из двух веществ. В качестве растворителя больше всего берется вода. Раствор, в котором при определенной температуре данное вещество больше не растворяется, назыввается насыщенным. Раствор, в котором при определенной температуре данное вещество еще может растворяться, назыввается ненасыщенным.И, наконец, можно получить так называемые пересыщенные растворы, нагревая и добавляя избыточное количество растворимого вещества. [4]
Как раз такие растворы мы используем для выращивания кристаллов, которые привлекают нас своей красотой, величиной и формой.
Какие вещества подходят для выращивания кристаллов из насыщенных растворов? Для этого, как отмечает автор [5] необходимо вооружиться таблицей кривых растворимости и нужно выбрать те вещества, растворимость которых резко увеличивается при повышении температуры-это первое условие. Во-вторых, вся посуда, растворы должны быть абсолютно чистыми. И, наконец, в-третьих, за процессом формирования кристалла нужно наблюдать регулярно-ежедневно.
Рис. 1. Выращивание кристалла медного купороса
Мы выбрали медный купорос, так как он очень красивого синего цвета и алюминиево-калиевые квасцы, так как в интервале температуры от 60 до 100°С его растворимость повышается очень сильно. Чтобы получить красивые и крупные кристаллы из медного купороса авторы [6] советуют медленно охлаждать сильно нагретый насыщенный раствор сульфата меди.
Нас заинтересовала работа по выращиванию кристаллов, поэтому мы выполняли данный эксперимент с охотой и энтузиазмом.
Мы использовали: медный купорос, алюминиево-калиевые квасцы, стаканы, стеклянные палочки, нитки, электрическую плитку.
Целью исследования было выращивание кристаллов.
Рис. 2 Выращивание кристалла алюмо-калиевых квасцов
Вначале вскипятили 50 мл дистиллированной воды и растворили в ней один шпатель медного купороса. Перемешивая стекляннной палочкой, постепенно добавляли вещество до полного растворения и образования насыщенного раствора. Затем подождали, пока раствор остынет, и профильтровали-пропустили через бумажный фильтр. После этого поместили в угол шкафа в лаборантской и ждали 2 дня. На третий день на дне стакана обнаружили множество кристалликов. Выбрали самый крупный из них, завязали ниткой-очень кропотливая и долгая работа! Потом второй конец нитки привязали к стеклянной палочке и разместили на верху стакана, как показано на фотографии. Приготовили насыщенный раствор медного купороса и погрузили в него кристаллик, завязанный ниткой. Оставили в теплом месте. Через три дня увидели выросшие красивые кристаллы.Когда мы измерили максимальную длину, она составила 2,3см у медного купороса и 2,6 у квасцов; ширина кристалла-1,2см у купороса и 2,5 у квасцов. Мы хотели получить более крупные, но удалось вырастить только такие, но все равно мы были очень рады. Для чего выращивают кристаллы? Во-первых, они очень красивые, во-вторых, таким образом мы можем изучить свойства вещества, образующего кристалл.
Рис. 3. Мы с выращенными нами кристаллами!
Литература:
- http://study.com/academy/lesson/crystals-lesson-for-kids-definition-facts.html#lesson
- https://www2.powayusd.com/.../GROWING %20CRYSTALS.
- http://microscopy4kids.org/Making_and_Observing_Crystals
- Химия: Справ. материалы: Кн. Для учащихся / Ю. Д. Третьяков, Н. Н. Олейников, Я. А. Кеслер, И. В. Казимирчик; Под ред. Ю. Д. Третьякова.-2-е изд., перераб.-М.: Просвещение, 1989–224 с., 4 л. ил.: ил.-ISBN 5–09–002946–6
- Верховский В. Н. и Смирнов А. Д. Техника химического эксперимента. Т.II. Изд. 6-е, перераб. М., «Просвещение», 1975.
- Полосин В. С. Школьный эксперимент по неогранической химии. Изд. 2-е, переработ. М., «Просвещение», 1970.
