Смесь для выращивания кристаллов
«Почти весь мир кристалличен.
В мире царит кристалл и его
твердые, прямолинейные законы».
«Существует еще немало
сложных кристаллов, которые
бросают нам вызов».
Причудливые творения природы, часто завораживающие и притягивающие взгляд, украшающие короны королей. Бытует поверье, что некоторые из них обладают магической чудодейственной силой. Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Средневековые алхимики думали, что природные кристаллы были сотворены богом раз и навсегда. Лишь в 17 веке поняли, что минералы растут в воде.
Кристаллы так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Каких только кристаллических форм не создала природа! Столбики, кубики, пирамиды, звёзды! Поражает разнообразие причудливых форм и цветов кристаллов.
Поэтому мы решили начать свою исследовательскую работу, поставив перед собой цель – вырастить кристаллы разнообразных веществ из растворов и сравнить их свойства, определить оптимальные условия для выращивания кристаллов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ литературы, по данной теме;
отобрать вещества из которых возможно вырастить кристаллы;
познакомиться с методами выращивания кристаллов;
освоить методику выращивания кристаллов из водных растворов;
провести наблюдения за процессом кристаллизации;
выработать рекомендации по выращиванию кристаллов для заинтересовавшихся нашим исследованием учащихся
Актуальность: работа интересна и познавательна, выращивание кристаллов — доступное и недорогое занятие для большинства юных открывателей. Их можно вырастить различными по форме и цвету, в любое время года. Это удивительное свойство кристаллических тел!
Предмет исследования: кристаллы.
Объект исследования: выращивание кристаллов из растворов.
Гипотеза работы:при апробировании различных способов выращивания кристаллов в домашних условиях и их изучении, наиболее оптимальные условия для выращивания кристаллов — комнатная температура, температура воды 60 °С и при 50 мл воды концентрация соли 50 г различных солей.
Литературный обзор
Удивительный мир кристаллов
Кристаллы окружают нас повсюду. Твердые тела, из которых строят дома, делают станки, вещества, которые мы употребляем в быту, почти все они относятся к кристаллам.
В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Правильность и совершенство формы этих камней, безукоризненная поверхность поражают. Трудно поверить, что такие многогранники образовались сами без помощи человека. Вот эти-то камни с природной, то есть не сделанной руками человека, правильной, многогранной формой и называются кристаллами.
Слово «кристалл» происходит от греческого «крюсталлос», то есть «лед». Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани.
Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.
Основные свойства кристаллов
Плавление – это переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.
Процесс плавления любого кристалла происходит при постоянной температуре, называемой температурой плавления. Например, если взять кристалл льда и положить его в тёплое место, то он растает – расплавится. В процессе плавления температура не повысилась. То же самое можно было бы установить и для любого другого кристалла.
Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению известного русского кристаллографа Е. С. Фёдорова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией».
В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр симметрии.
Рост кристаллов в природе
Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях.
В соляных озёрах, на мелководье вода, нагреваясь, испаряется. Соль выпадает в осадок, наращиваясь на дне. Так образуются солончаки, представляющие дно высохших озёр.
Рост кристаллов в искусственных условиях
В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава.
Классификация кристаллов
Выращивание кристаллов из раствора
Выращивание кристаллов из расплава
Выращивание кристаллов из расплава
Из расплава кристаллы выращивают таким образом. В установке расплав находится в неподвижном тигле, куда опущена затравка с растущим на ней кристаллом. Затравка укреплена на стержне, который непрерывно охлаждают. По мере того, как кристалл вырастает, его всё время поднимают, вытягивая стержень с затравкой из расплава, так что с расплавом соприкасается не весь кристалл, а только небольшой его слой, именно тот самый, который сейчас растёт. Кристаллы во время роста ещё обычно вращают, чтобы тепло от него отводилось равномерно. В домашних условиях вырастить кристалл из расплава невозможно.
Вырастить кристаллы в домашних условиях можно только из раствора.
Материалы и методика исследования
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Раствор готовят из слегка тёплой (не горячей!) воды. Воду лучше брать дистиллированную, но можно и кипячёную. Химический стакан на половину объёма наполняют водой и небольшими количествами (
по 10гр) добавляют соль. После каждой новой порции соли раствор тщательно перемешивают. При этом раствор может начать охлаждаться, т. к. при растворении вещества расходуется тепловая энергия на расщепление его на ионы. После того, как вещество перестаёт растворяться, добавляют последние 10гр вещества и перемешивают. Уже готовый раствор фильтруют во второй химический стакан, в котором и будет происходить рост кристалла. Стакан накрывают листком бумаги и ждут появления первых кристалликов.
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. Для этого из неё вырезают круг диаметром не менее 10см, сгибают его вдвое и затем ещё вдвое. Если теперь отогнуть крайний листок получившегося конуса, то получится бумажная воронка. Её вкладывают в стеклянную воронку и фильтруют раствор. Это надо делать очень осторожно, следить за тем, чтобы уровень жидкости в стеклянной воронке не был выше краёв фильтра.
В самом крайнем случае, если под рукой нет даже промокашки, то фильтр делается из ваты. Вату плотно вставляют в горлышко воронки и затем фильтруют раствор. Естественно, чем плотнее вата, тем медленнее и качественнее происходит фильтрация.
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.
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 вам 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.
Изучив литературу, я приступил к выращиванию кристаллов
Результаты исследования и их обсуждение
Выращивание кристаллов из растворов
Кристаллы выращивают из насыщенных (перенасыщенных) растворов веществ на «затравке». Затравкой или центром кристаллизации может являться кристаллик данного вещества или любой другой центр кристаллизации (волокно).
Выращивание кристаллов – это искусство. Поэтому получается не все сразу. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов.
Отбор веществ из которых возможно вырастить кристаллы
Темой по выращиванию кристаллов, я заинтересовался уже с 6 класса. Изучив статьи в интернете, меня заинтересовали опыты по выращиванию кристаллов из солей медного купороса, железного купороса, фосфата моноаммония и других. В домашних условиях мной были выращены кристаллы из поваренной соли, медного купороса, железного купороса, фосфат моноаммония (Приложение №1).
Кроме этого, я пробовал вырастить кристаллы из марганцовки (или раствор марганцовокислого калия, или перманганат калия) и сахара, но к сожалению, вырастить кристаллы из них не удалось.
В дальнейшем мне стало интересно, выяснить какие условия самые благоприятные для быстрого и качественного выращивания кристаллов. Поэтому, я решил провести ряд экспериментов.
Экспериментальный опыт №1
«Нахождение оптимальной концентрации раствора для роста монокристалла и поликристалла медного купороса»
Общие сведения наблюдений
Температура окружающей среды, в которой находится раствор
Объём воды и масса соли в растворе
Температура окружающей среды одинакова, она равна 23 °С
В этом стакане кристалл вырос быстрее всех; по виду – поликристалл.
Вырос поликристалл средней формы и размеров.
Вырос монокристалл, хоть и маленький, но симметричный и правильной формы; он рос медленнее всех.
Приготовили раствор, насыпав в него 70 г вещества
Приготовили раствор, насыпав в него 50 г вещества
Приготовили раствор, насыпав в него 30 г вещества
Приготовили за ранее кристаллики (затравка) и на нитях опустили в каждый стакан
Образовывается друза, но меньше, чем в первом стакане
Самый большой кристалл
Чуть меньше, чем в первом стакане
Совсем маленький кристаллик
Большой сросток кристаллов – друза, каждый из кристалликов имеет форму куба
Сросток чуть меньше, чем в первом стакане, но кристаллики имеют кубическую форму
Совсем мелкий монокристалл в форме куба
Сравнение и оценка кристаллов (итог)
В итоге образовалась друза большого размера
Образовалась друза среднего размера, кристаллики которой имеют форму куба
Образовался монокристалл в форме куба
Вывод: в ходе опыта мы выяснили: для того, чтобы вырастить монокристалл из соли медного купороса, надо 50 мл воды и 30 г соли. Для того, чтобы вырастить красивый поликристалл, надо 50 мл воды и 50г соли (Приложение №2).
Экспериментальный опыт №2
«Нахождение оптимальной температуры воды для выращивания кристаллов медного купороса»
Общие сведения наблюдений
Температура окружающей среды, в которой находится раствор
Объём и температура воды, и масса соли в растворе
Источник
Выращивание кристаллов — путь к богатству!
Выращивание кристаллов — путь к богатству!
Как ни странно, но большинство ювелирных изделий сегодня оснащены искусственными камнями . Имеется в виду драгоценные камни, выращенные искусственно. Однако искусственные кристаллы по прочности, чистоте и качеству не ступают натуральным, только для их производства не надо ни археологических раскопок, ни опасных вылазок в глубокие шахты.
Выращивание кристаллов сегодня становится все более популярным и доступным. Понятное дело, что искусственно выращенный рубин будет уступать в стоимости природному, но заработок, который может принести продажа кристаллов, полученных в лабораторных условиях, все равно будет весьма внушительным. Одним из плюсов данного вида деятельности является то, что нет необходимости в получении особых разрешений и лицензий. Действительно, выращивание кристаллов никак не ограничивается законодательством, но все же, перед тем как развернуть крупную компанию и узаконить ее юридически , не забудьте проконсультироваться со специалистами.
Относительно конкуренции: зайдите в ювелирный магазин и обратите внимание на стоимость изделий с искусственными драгоценными камнями. Она окажется довольно таки немалой, что и свидетельствует о том, что рынок далеко не насыщен. Да и если завтра найдутся несколько тысяч желающих преуспеть в данном бизнесе, особых изменений в этот сегмент «ювелирного мастерства» они не внесут.
Наверняка, в 8-9 классе мы все изучали подобные процессы, а некоторые даже дома проводили эксперименты под названием «выращивание кристаллов из поваренной соли». Но никто и не задумывался на тот момент о финансовых возможностях, которые дают подобные знания. Давайте вспомним, какие же существуют способы выращивания кристаллов.
Итак, одним из них является охлаждение насыщенного раствора. Так как весь процесс создания драгоценностей – это в 99% выращивание кристаллов из соли, то и раствор будет соляным. Каждое вещество имеет свою граничную растворимость, т.е. в определенном растворителе может раствориться определенной количество соли и не более. Охлаждение насыщенного раствора используется для тех веществ, растворимость которых напрямую зависит от температуры жидкости. Например, при температуре 90 С в 100 г воды может раствориться 200 г алюминиевых квасцов, а при температуре 20 С уже только 10г. Вот и принцип способа – при охлаждении из раствора «выталкивается» соль, образуя кристалл, а чаще – кристаллы.
Вторым способом, с помощью которого мы и делали кристаллики поваренной соли в детстве, является удаление «лишней» жидкости из насыщенного раствора. При этом чем медленнее будет испаряться вода, тем качественней получится кристалл.
Третий способ – получение кристаллов из раствора или расплава вещества путем медленного охлаждения. Наиболее качественными получаются кристаллы, которые выращиваются с помощью затравки, помещенной в раствор или расплав. Лучше всего для этой цели использовать уже готовый кристалл правильной формы.
Кристаллы образуются также и при конденсации паров – именно такой способ образования кристаллов мы видим зимой на окнах.
Возможно создание самоцветов и дома. Это, конечно, потребует больших затрат времени и терпения, так как условия, как ни крути, не те. Зачастую в условиях обычной квартиры создание драгоценностей подразумевает под собой выращивание кристаллов для детей. Если Вы человек не творческий либо у Вас время расписано по минутам, можно приобрести набор для выращивания кристаллов. Такие можно найти в магазинах детского творчества, в крупных супермаркетах. Если же Вам по нраву возиться с детишками, то покопайтесь в Интернете или в специальной литературе и создайте кристаллы своими руками от А до Я. Один из самых популярных способов — выращивание кристаллов из медного купороса. Этот порошок голубого цвета можно найти практически в любом магазине «Сад и огород», стоимость его невелика, а вот впечатлений у Вас и Ваших домочадцев будет уйма. На самом деле, создать красоту можно, как уже упоминалось выше, практически из любого материала. Даже выращивание кристаллов из сахара не является исключением.
В случае, если Вы решили заниматься выращиванием кристаллов дома в промышленных целях, Вам придется запастись терпением и необходимым оборудованием. Ведь для создания искусственного камня, которым заинтересуется ювелир, обычного стакана и ниточки будет маловато. Но нет ничего невозможного, и все зависит только от желания и настойчивости.
Не нужно быть великим экономистом, чтобы понять выгоду от выращивания кристаллов. Например, чтобы получить кристалл рубина приблизительно в 30 карат, Вам понадобиться 3 часа времени и 3кВт*час электроэнергии, то есть около 2$. Стоимость материалов (не более, чем 0,2 г окиси хрома и 6 г окиси алюминия) составляет около 1 $. Учитывая данные факты можно смело утверждать, что рентабельность данного бизнеса зашкаливает. Необходимо наладить пути сбыта и найти долгосрочных покупателей – прибыль не заставит себя ждать. А эмоциональное вознаграждение жены так точно гарантировано!
Выращивание кристаллов может принести достаточно высокую прибыль по сравнению с расходами. Это вызвано высокой рентабельностью бизнеса: стоимость расходных материалов и оборудования для изготовления кристаллов значительно ниже их итоговой рыночной стоимости. Однако, главной трудностью выступает необходимость наличия опыта и знаний в области химии.
Кристаллы могут выращиваться в домашних условиях. Соответственно, данный бизнес избавляет предпринимателя от необходимости аренды помещения.
Для изготовления самоцветов потребуется:
— набор емкостей – 4 000 рублей;
— аппарат Вернейля (изготавливается самостоятельно из муфеля, горелки, катетометра, колбы и проволоки) — 36000 рублей.
Итого, на приобретения всего необходимого оборудования потребуется около 40 000 рублей.
В компоненты самоцвета входит:
В расчете на 1 кристалл их стоимость составит около 50 рублей. С учетом расходов электроэнергии себестоимость 1 кристалла составит 60 рублей. После этого изделие можно покрыть обычным бесцветным лаком.
Также при изготовлении самоцветов может использоваться обычная соль, медный купорос, хромокалиевые квасцы и т.д. – комбинируя компоненты можно изготавливать кристаллы разных оттенок, формы и веса.
Средняя стоимость самоцвета составляет около 200-300 рублей. Соответственно, минимальная прибыль, извлекаемая от продажи 1 кристалла, составит около 140 рублей. Сбывать изделия можно мастерам-ювелирам, ювелирным компаниям, специализированным магазинам, заказчикам и т.д. При хорошем сбыте возможно извлечение прибыли в размере от 60 тысяч рублей каждый месяц.
Если кто в теме — давайте обсудим, успехов всем и процветания!
Источник