Технология выращивания кристаллов медного купороса
Первым в мире программистом была женщина — англичанка Ада Лавлэйс. В середине 19 века она составила план операций для прообраза современной ЭВМ — аналитической машины Чарльза Беббиджа, с помощью которых можно было решить уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии движущейся жидкости.
—>СТАТИСТИКА —>
—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>
—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>
Наши спонсоры
Часть первая: «О том, как вырастить поликристалл всего за 1 час»
В сети интернет есть множество статей как нужно выращивать кристаллы. Чаще всего выращивают кристалл из медного купороса (цвет красивый, достать легко, выращивать просто).
В насыщенный раствор медного купороса на нитке опускают затравку (небольшой кристаллик), стакан накрывают марлей и оставляют раствор медленно испаряться. Процедура проста, но ждать, пока вырастет кристалл приходиться недели, а иногда и месяцы.
А нельзя ли вырастить кристаллы быстрее, например – за день?! Конечно можно, но вместо одного большого кристалла у вас образуется сросток кристаллов поменьше – ПОЛИКСТАЛЛ – который благодаря своей причудливой форме ничуть не уступает, и даже превосходит по красоте кристалл правильной формы.
В данной статье мы расскажем и покажем, как вырастить красивые поликристаллы медного купороса (см рисунок) за самое короткое время.
Материалы:
Медный купорос 200 г, вода, банка 0,25 л, палочка от мороженого, банка 0,5 л, нитки.
Шаг 1.
В горячей чистой воде (кипяток не нужен, 70-80 ˚C) растворяем порошок медного купороса (продается в любом магазине сад-огород в отделе с удобрениями) с расчетом 100-150 г медного купороса на 200 мл воды. Перемешиваем раствор палочкой до тех пор, пока купорос не перестанет растворяться в воде.
Примечание: Если удалось растворить весь купорос в воде, значит его недостаточно и нужно добавить еще. В банке на дне должен в итоге оставаться нерастворимый осадок.
Главная наша цель — добиться насыщенного состояния раствора (т.е. такого раствора, в котором еще больше вещества раствориться уже не может). Для этого нужно в данном объеме жидкости растворить как можно больше грамм медного купороса.
*Как добиться насыщенного раствора или сколько купороса нужно разбавлять в воде?
Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, как изменяется растворимость сульфата меди с температурой (рисунок 1).
Рисунок 1. Изменение растворимости CuSO4 с температурой (в гр на 100 гр воды)
Как видно из графика с увеличением температуры растворимость сульфата меди довольно быстро растет. Но когда температура достигает примерно 80 °С, то дальнейшее нагревание почти не ведет к увеличению растворимости.
Кроме того, при нагревании выше 90 градусов раствор мутнеет и происходит выпадение черных хлопьев в виде осадка, что влияет на чистоту кристалла.
Поэтому оптимальная температура растворения медного купороса для выращивания кристалла – 80 градусов.
Шаг 2.
Как только мы добились насыщенного раствора нужно его отфильтровать. Мы использовали банку 0,5 л как промежуточный резервуар. В нее мы перелили весь раствор с осадком.
Банку, в которой мы выращиваем кристалл, сполоснули от остатков осадка.
Теперь фильтруем раствор. Для этого складываем марлю или бинт в несколько слоев и переливаем через него нашу жидкость.
Осадок остается на марле.
Шаг 3.
Вырезаем углубление в палочке от мороженого и наматываем на нее нитку. На конце нити завязываем узел или подвешиваем любой грузик на который будет наращиваться впоследствии кристалл.
Шаг 4.
В отфильтрованный насыщенный раствор опускаем нитку с узелком так, чтобы узелок был в центре объема жидкости. Высоту узелка можно регулировать наматывая и разматывая нитку вокруг палочки.
Шаг 5.
Накрываем банку слоем марли и ставим банку в спокойное место с постоянной температурой. Банку накрыли марлей, чтобы пыль и грязь не попадала в нее. А перепады температуры и сотрясения могут отрицательно отразиться на росте кристалла.
Шаг 6.
По мере остывания раствора (ближайший час) в банке будет резко повышаться концентрация медного купороса, т.к. при более низкой температуре в воде растворяется гораздо меньше вещества и лишнее вещество, образующееся при остывании, выпадает в осадок в виде кристаллов.
По мере остывания все «лишнее» при данной температуре вещество переходит в твердую фазу, выстраивая кристаллическую структуру в очаге кристаллизации – на нитке. В итоге на нитке образуются много маленьких кристаллов, которые все новыми слоями наращиваются друг на друга, образуя красивое поликристаллическое тело.
Примечание: Кристаллы будут образовываться не только на нитке, но еще на дне и стенках банки. Это будет вредить нашим целям, т.к. такие паразитные кристаллы будут также отбирать из жидкости материал для собственного строительства и нашему основному кристаллу на нитке будет доставаться меньше материала для роста и, следовательно, он будет расти гораздо медленнее.
Вот такой кристалл вырос за 2 часа роста в остывающей воде. Хорошее начало. Но все еще впереди. Как растить кристалл дальше в большой и красивый всего за один день читайте в нашей следующей статье.
А пока все то, о чем мы говорили в этой статье, можете посмотреть в видео варианте, где подробно показаны все этапы выращивания кристалла, описанные выше.
Надеемся наша статья и видео материал помогут Вам вырастить собственный уникальный кристалл, который будет радовать своей красотой Вас и Ваших близких. Удачи!
Вторую часть статьи ( «О том, как продолжить выращивать большой кристалл в быстрые сроки» ) читайте здесь:
Источник
Выращиваем кристалл медного купороса (быстрый способ)
Кристалл… От этого слова прямо-таки веет магией. Не знаю как насчет магических свойств кристаллов, а вот разнообразными полезными физическими свойствами они точно обладают. Кристаллы широко применяются в современной электронике, оптике и других областях техники. Ну и, конечно же, кристаллы просто красивы. Они притягивают взор своей правильной формой и природной симметрией. Причем это касается не только драгоценных кристаллов, но и кристаллов, выращенных из подручных средств.
Мы уже кое-что знаем о кристаллическом состоянии вещества из статьи о кристаллах. Настало время перейти к практическим занятиям 🙂
Эксперимент по выращиванию кристаллов имеет ряд особенностей. Одной из таких особенностей является длительность проведения опыта. Дело все в том, что хороший и красивый, а, главное, большой кристалл нельзя вырастить быстро. На это нужно время. Именно поэтому опыт по выращиванию кристаллов в течение девяти дней развивался в рубрике Живой эксперимент, где вы могли наблюдать за ходом процесса и, даже может быть, вести параллельно свой эксперимент. Эта статья является обобщением полученных в ходе опыта сведений. Итак, инструкция для тех, кто хочет сам вырастить кристалл.
Для этого нам понадобятся:
- Вода
- Емкость, в которой будет расти кристалл. Лучше всего, если емкость будет прозрачной, например, стеклянная банка. В этом случае будет удобно наблюдать за течением процесса.
- Небольшой кусочек картона, чтобы вырезать крышечку для емкости
- Воронка
- Фильтровальная бумага или любой материал, с помощью которого можно будет профильтровать раствор. Можно использовать салфетку.
- Нитка. Лучше взять нитку потоньше и более гладкую, например, шелковую.
- Ну и, конечно же, то вещество, из которого мы будем выращивать кристалл. В опыте используется медный купорос. Кристалл из него должен получиться красивого голубого цвета. К тому же достать медный купорос довольно просто – обычно он продается в любом садово-огородном магазине. Если же вам не удалось найти медный купорос или просто лень идти в магазин, то можно использовать любое кристаллическое вещество, например, обычную поваренную соль или сахар.
Перед началом опыта я вас должен предупредить на случай, если вы захотите повторить его, о мерах личной безопасности. Вы будете работать с химическими веществами, которые могут принести вам вред. Не используйте для своего опыта пищевые емкости, пользуйтесь защитными средствами (перчатки, очки), тщательно мойте свою лабораторную посуду. При попадании химических веществ на кожу или в глаза, тщательно промойте их водой. При попадании внутрь – обратитесь к врачу.
Ну вот, с формальностями покончено, приступим.
Как я уже говорил, выращивание кристаллов – это процедура, имеющая некоторые особенности. Еще одна особенность этого опыта помимо длительности – это необходимость выращивания так называемой затравки, т.е. небольшого кристаллика, на основе которого будет расти большой кристалл. Можно обойтись и без затравки, но в таком случае сложно вырастить красивый монокристалл. Поэтому лучше все-таки затравку вырастить, тем более, что в этом нет ничего сложного.
Приготовим насыщенный раствор.
Насыпем в стеклянную емкость немного медного купороса (здесь и далее я буду говорить о медном купоросе, поскольку именно он участвует в опыте, вы же используйте то вещество, которое удалось найти).
Заливаем соль (а медный купорос является серно-медной солью) небольшим количеством горячей воды. Использование горячей воды обязательно, т.к. при повышенной температуре увеличивается растворимость солей.
Лучше поместить емкость на водяную баню, чтобы раствор не охлаждался раньше времени.
Размешиваем соль до растворения, а затем добавляем еще соли и снова размешиваем. Так повторяем до тех пор, пока соль не перестанет растворяться в воде.
Таким образом, мы получили насыщенный раствор соли.
Теперь полученный раствор нужно профильтровать. Сделать это нужно для того, чтобы в растворе не осталось посторонних частиц, например, пыли или примесей. Посторонние частицы могут служить дополнительными центрами кристаллизации, т.е. вокруг них начнут образовываться другие кристаллики, а нам этого не нужно. На данной стадии эксперимента это не очень критично, но позднее чистота раствора будет очень важна.
После того как профильтровали, в раствор нужно кинуть несколько кристалликов соли – на них и начнут образовываться затравки.
Теперь емкость нужно поместить в такое место, где будет обеспечен более-менее постоянный температурный режим (подоконник для этого замечательно подходит), и чем-нибудь прикрыть, чтобы не допустить попадания посторонних примесей.
Раствор начнет охлаждаться и пересыщаться, т.е. соли начнет становиться в растворе больше, чем она может раствориться при данной температуре. Соль начнет кристаллизоваться, а центрами кристаллизации станут те крупинки соли, которые мы добавили в насыщенный раствор. Ждать нужно будет дня 2-3. После этого приступим к следующей стадии эксперимента.
Видно, что на дне сосуда стали образовываться кристаллики.
Кристаллики подросли. В принципе, их размера достаточно для использования в качестве затравки, но я попробую выдержать их еще один день.
Ну что ж, прошло уже достаточно времени, и у нас сформировался неплохой материал для затравки. Осталось выбрать подходящего кандидата.
Уже довольно красиво, не правда ли? Но мы на достигнутом останавливаться не будем и продолжим наш эксперимент.
На вид кажется, что образовавшаяся масса кристалликов представляет собой монолит, но на самом деле разделить кристаллики не представляет особого труда.
Постарайтесь выбрать кристаллик наиболее правильной формы. Я выбрал далеко не самый большой из имеющихся, но его форма мне понравилась больше всего. Чем правильнее будет форма затравки, тем правильнее в дальнейшем будет форма кристалла. Чтобы были более понятны размеры затравки, я рядышком положил спичку.
Теперь нужно к затравке привязать нитку. Как я писал в начале статьи, лучше взять нитку менее ворсистую, чтобы на ее торчащих ворсинках не образовывались побочные кристаллы. Не используйте в качестве подвеса проволоку.
Теперь нитку с затравкой нужно продеть через крышку емкости и закрепить на обратной стороне. Закрепить нужно так, чтобы в любой момент была возможность отрегулировать высоту подвеса. К примеру, можно с обратной стороны намотать излишек нитки на спичку или закрепить нитку скрепкой.
Теперь нам нужно приготовить свежий раствор соли. Делается он таким же способом как и для затравки: растворение в горячей воде соли, пока она не перестанет растворяться, фильтрация раствора. В этот свежий раствор мы и помещаем нашу затравку. Проследите, чтобы затравка не касалась дна и стенок емкости, иначе кристалл начнет расти неправильной формы.
И вот теперь у нас есть два пути. Первый — более сложный. Он требует больше внимания и усилий. Дело в том, что наиболее красивые и правильные по форме кристаллы получаются, когда процесс кристаллизации идет медленно. Следовательно, нам нужно обеспечить плавное охлаждение раствора соли. Для этого нужно нашу емкость с затравкой помещать в термососуды, постоянно контролировать температуру раствора. Говоря простым языком, возни довольно много. Но и награда за такие усилия стоящая — кристалл получится максимально чистый и правильной формы.
Второй путь гораздо проще. Вы поместили затравку в горячий раствор и можете на какое-то время про него забыть, предоставив процесс кристаллизации на волю случая. При этом способе растущий кристалл может не быть идеальной формы, но процесс роста будет быстрее.
Я выбрал второй путь. В конце-концов, пройдя по более простому пути и получив некоторый опыт, я всегда могу проделать и более сложный вариант эксперимента. К тому же нужно иметь ввиду, что быстрый вариант опыта – это вовсе не означает, что его можно провести за пару часов. Даже при ускоренном опыте кристалл будет расти несколько дней. В случае же длительного варианта эксперимент может растянуться на 1 – 2 месяца.
Но и в том и другом случает нужно следить за ростом кристалла. Лишний раз доставать кристалл и трогать его не нужно — это может сказаться на его форме. Если на кристалле или нитке стали образовываться побочные кристаллики, их нужно аккуратно снимать, чтобы они также не портили форму основного кристалла.
И еще один момент. Если вы опустили в раствор затравку, а она не стала увеличиваться, а совсем наоборот, растворяется, то это означает, что вы приготовили ненасыщенный раствор. Процедуру приготовления раствора придется повторить.
Итак продолжаем следить за ростом кристалла. Если у вас возникли вопросы, можете обратиться ко мне в комментариях или через форму обратной связи.
За сутки кристалл значительно вырос. На фото кристалл в сравнении со спичкой и кристалликом — дублером затравки, который я вчера оставил на всякий случай.
Однако, как видите, форма кристалла не идеальна, имеется множество дефектов. Это результат быстрого роста кристалла. Но он мне все равно нравится 🙂
Я обновил раствор так, как это делал раньше, и снова опустил туда кристалл. Так как размеры кристалла значительно увеличились по сравнению с предыдущим днем, потребовалась корректировка высоты подвеса затравки. Эксперимент продолжается.
Кристалл подрос. Снова обновил раствор медного купороса.
Кристалл уже еле влезает в мой стакан! Не забываем очищать нить от наростающих маленьких кристалликов.
Ну, вот и наступил, я считаю, последний день эксперимента. Последний не потому, что далее кристалл расти не сможет, а потому, что в моей лабораторной посуде ему стало тесновато. Достаем кристалл, обрезаем ему под самый корень ниточку и промакиваем салфетками. От любования своим произведением искусства нас отделяет один шаг. Дело в том, что если оставить кристалл как есть, он довольно скоро разрушится. Чтобы этого не произошло, его нужно «одеть» в защитную оболочку. Самый лучший вариант, это покрыть его прозрачным лаком. Можно и поместить его в герметично закрывающуюся посуду, например, в банку. Но мне кажется, что наилучший вариант — это все же покрыть его лаком. Это придаст ему дополнительный блеск, да и наблюдать его можно будет, что называется, вживую, а не через стекло.
А вот теперь можно и хорошенько рассмотреть кристалл. Конечно, его форма не получилась идеальной. Но я нарочно выбрал быстрый путь роста кристалла вместо качественного. В любом случае, я остался доволен полученным результатом. За девять дней кристалл вырос более чем на семь сантиметров в длину — довольно неплохой результат!
Я даже захотел дать ему название. Дают же крупным и уникальным драгоценным камням имена. Например, как знаменитому бриллианту дали название «Граф Орлов». Мой кристалл, конечно, далеко не бриллиант, но мне он по-своему дорог 🙂 Поэтому не без доли юмора, я решил назвать получившийся семисантиметровый камушек Малышом.
На этом эксперимент можно считать оконченным. А в завершении — несколько фоток Малыша.
Источник