3. Методика выращивания кристаллов из солей
Для большей ясности в этом разделе будет описан наиболее простой способ выращивания кристаллов различных солей.
Растворимость. Соль — это уже кристаллическое соединение, растворимое в воде. Каждая соль имеет различную растворимость, но показатель растворимости меняется при изменении температуры (при понижении температуры растворимость уменьшается, а при повышении температуры растворимость увеличивается). Например Медный купорос мы сможем растворить при 30 градусов всего около 25 гр./100 мл, но если мы повысим температуру до 80 градусов его растворимость увеличивается до примерно 55 гр./100 мл.
Итак кристаллизация наступает из-за падения температуры (уменьшения растворимости соли). Ещё одним способом кристаллизации является выпаривания воды из раствора соли, т.к. для соли не достаточно воды в которой она растворена и следовательно она обратно кристаллизуется.
В описанном ниже процессе происходит одновременно оба процесса кристаллизации (из-за падения температуры и из-за испарения воды).
САМ ПРОЦЕСС:
1. Растворение при комнатной температуре. Начинаем постепенно растворять соль в воде. Растворяем маленькими порциями (по 1 ложке), добавляя следующую порцию только после полного растворения предыдущей порции. Наступает момент, когда соль перестает растворяться, значит мы достигли максимального растворения для взятой соли.
2. «Водяная баня» и растворение при высокой температуре. Ставим банку с растворенной солью в кастрюлю с налитой в ней водой, и ставим кастрюлю на газовую или электроплиту. В кастрюлю помещаем градусник и включаем плиту. Начинаем поднимать температуру в нашей «водяной бане» до примерно 65-70 градусов (больше опасно, банка может не выдержать и лопнуть). Поднимать температуру следует медленно, следовательно повышается растворимость соли. Продолжаем растворять соль, это следует делать постепенно, после растворения предыдущей порции, как мы делали раньше. При максимальной температуре (65-70 градусов) опять наступает момент, когда соль перестает растворяться, значит мы достигли максимального растворения соли для этого температурного уровня. Отключаем газ.
3. Остывание раствора. Раствор при высокой температуре не следует сразу доставать из водяной бани т.к. банка может лопнуть от резкого перепада температур (комнатная температура может быть около 25 градусов, следовательно перепад температуры будет в 40 градусов). Я советую дождаться пока раствор остынет до 35 градусов, после чего достаём раствор из «водяной бани».
4. Фильтрация раствора. Скажу честно по началу я фильтровал раствор, сейчас не фильтрую, поэтому опишу два вида очистки раствора от лишних кристалликов, которые смещают центр кристаллизации.
Вообще фильтрация раствора по моему мнению нужна тем, кто растит кристаллы на нити или выращивает крупные монокристаллы (один кристалл). Я люблю выращивать друзы (сростки кристаллов) и использую для роста кристаллов камни. Монокристаллы лучше пробовать растить только после длительных тренировок по выращиванию кристаллов, да и большинству людей больше нравятся красивые друзы, но для науки интереснее монокристаллы.
(фильтрация) — Фильтруют растворы следующим образом: берется чистая банка (не холодная), на банку одевается конус с фильтром (фильтр можно сделать из ваты, завернутой в марлю или купить фильтровальную бумагу). И раствор из одной банки (в которой растворяли соль) переливается через фильтр в новую банку. Все кристаллики оставшиеся от растворения соли остаются в фильтре и мы имеем чистый раствор.
(быстрая очистка) — Вместо фильтрации растворов я беру большую пластиковую ложку и просто выгребаю со дна банки кристаллики нерастворенной соли, конечно это не 100% очистка от кристаллов но мне этого хватает и экономит время.
5. Подготовка к кристаллизация. Далее очищенный раствор ставим в прохладное место и помещаем в него затравку. Затравка – маленький кристаллик соли, который будет дальше расти. Существует несколько способов выращивания затравки:
(нить) – кристаллик можно привязать к нитке. Иногда сложно найти крупный кристаллик или его просто сложно привязать, тогда некоторые специалисты советуют приклеить кристаллик к нити. Другой способ состоит в том, чтобы взять кристаллик выросший в предыдущих опытах (выбрать покрупнее). Затем нить опускается в раствор (желательно чтобы кристалл был в самом центре раствора). Обратный конец нити (сухой) привязывается к карандашу который кладется сверху на банку.
(камень) – с камнем намного проще, главное чтобы он был плоский и покрупнее. Камень аккуратно опускается в центр дна банки (для этого лучше использовать пластиковую ложку). Затем кристаллики соли насыпаются на поверхность камня, но не много, лучше насыпать небольшое количество.
(пуговица) – некоторые химики любители используют другие разнообразные поверхности для кристаллизации, например привязывают к нити пуговицу, на которой затем будут вырастать кристаллы. Некоторые делают каркас из медной проволоки, который затем обрастает кристаллами. Я пробовал делать из плотной бумаги каркас в виде жеоды, в котором выращивал кристаллы.
После помещения в раствор одного из вышеперечисленных «мест кристаллизации», следует поставить банку с раствором в прохладное место и накрыть банку чем-либо (например салфеткой), так чтобы был небольшой зазор.
6. Кристаллизация. Дальше уже мы не прилагаем никаких усилий, кристаллизация происходит сама, раствор продолжает остывать, вода постепенно испаряется из-за чего кристаллы (затравки) начинают расти. Для разных солей время кристаллизации разное, самый быстрый рост кристаллов я наблюдал у Железного купороса, кристаллы буквально росли на глазах, и через 15 минут у меня уже были кристаллы около 1 см. Я советую Вам ожидать как минимум 9-12 часов.
! СОВЕТ. Любые перепады температуры могут остановить или обратить процесс кристаллизации, и иногда сложно длительное время поддерживать одну и туже температуру в помещении. Комнатная температура может очень резко меняться, например если вы гатовите на кухне с использованием плиты, температура повышается, открыли форточку зимой, температура понижается, все эти явления могут повлиять на процесс Кристаллизации, поэтому я и посоветовал ожидать около 9 часов т.к. можно просто оставить раствор на ночь (пока вы спите) или на день (пока вы на работе/учебе) и постараться не влиять на изменение окружающей температуры в помещении.
7. Извлечение кристаллов. По окончании опыта вы можете достать кристаллы, это самый интересный процесс опыта, и часто он может вам принести множество положительных эмоций. Доставать кристаллы нужно аккуратно, стараться не повредить их т.к. кристаллы солей обладают низкой твердостью (менее 3 по шкале Мооса) и могут легко ломаться. Нить можно просто вынуть из банки. С камнем сложнее, его нужно аккуратно поддеть пластиковой ложкой, подтолкнуть к стенке банки, и по стеночке аккуратно поднять к поверхности, где руками (лучше в перчатках) вы уже окончательно извлекаете его из воды.
Надеюсь для вас это была полезная информация.
Со временем в данном разделе появятся фотографии, позволяющие лучше понять процесс выращивания кристаллов.
УСПЕШНИХ ОПЫТОВ.
! ВАЖНО: При проведении в домашних условиях опытов по выращиванию кристаллов
не забывайте соблюдать Технику безопасности!
Источник
Как вырастить кристалл
Выращивание кристаллов в домашних условиях из различных химических элементов – очень увлекательное занятие. Для этого увлечения не нужны особо дорогостоящие вещества, правда, потребуется запастись временем и терпением, но тем занятнее будет этот процесс. Как вырастить кристалл? Ну, обо всем по порядку.
Правила выращивания кристаллов
Что же такое кристаллы? Твердые образования, залегающие глубоко в земных недрах, молекулы и атомы которых определенно расположены, образуя трехмерную кристаллическую решетку. Форма кристаллов разнообразна – не зря их называют «цветами мира камней». Самые крупные из найденных образований обнаружены в Мексике. Отдельные образцы кристаллов гипса достигают 15 м длиной и 1 м шириной, а в Южной Дакоте был найден кристалл сподумена (силикат лития и алюминия) длиной 13 м и весом около 90 т. Некоторые кристаллы настолько малы, что их можно разглядеть только в микроскоп. Японским ученым даже удалось снять на видео через электронный микроскоп процесс роста кристалла соли. Чистота этих творений природы зависит от включенных примесей других элементов, интерес представляют особо прозрачные кристаллы, которые поражают своей «игрой», преломляя свет. Недаром говорят, «кристально чистый» или «прозрачный, как кристалл». Необходимо различать два понятия – поликристаллы и монокристаллы. Различие состоит в том, что поликристаллы состоят из мелких разноориентированных монокристаллов.
Сразу стоит оговориться, что выращивание кристаллов – это также и целое научное направление. Существуют различные методы и специальные дорогостоящие технические устройства, с помощью которых реализуется этот процесс. Об этом написано много литературы, которую можно найти на просторах интернета. В нашей же статье пойдет речь о выращивании в домашних условиях несложных конфигураций с познавательной целью.
Методы выращивания монокристаллов можно классифицировать на три большие группы:
- из растворов;
- из расплавов;
- из газовой (паровой) фазы.
Распространенным методом в научных целях для получения технически важных кристаллов является выращивание из расплавов. 70% полученных образцов получают именно этим методом. Нас будет интересовать метод получения из растворов.
В домашних условиях используется в основном 2 способа выращивания:
- путем выпаривания растворителя, в котором находится искомое вещество;
- способом изменения температуры раствора, а именно охлаждением.
Вкратце, берется растворитель, например, обычная вода, готовится перенасыщенный раствор, в который помещается мелкий кристаллик (затравка). Далее вступает один из вышеназванных способов. Наиболее быстрый способ – медленное охлаждение раствора. Конечно, данное описание является обобщенным – для понимания процесса. Перед началом работ необходимо усвоить, что процесс кристаллообразования должен протекать в чистой посуде. Необходимо добиться применения максимально чистого (отфильтрованного) растворителя. Важно также исключить разнообразные вибрации и вмешательства посторонних лиц.
Кроме этого, необходимо соблюдать технику безопасности при производстве подобных опытов:
- работать в перчатках и защитных очках;
- мыть руки после завершения опытов;
- соблюдать меры предосторожности при утилизации отходов;
- исключить присутствие при проведении опытов детей и домашних животных;
- хранить материалы для опытов в недоступных местах для посторонних лиц.
Интересный факт! Для выращивания кристаллов кремния в целях производства полупроводниковых микросхем применяются особо чистые комнаты. Чистота достигается особой фильтрацией поступающего воздуха, ламинарным распределением его потока в помещении от потолка к полу (примерно за 6 сек), постоянным контролем температуры и влажности. Сотрудники, обслуживающие техпроцессы одеты в специальные костюмы (скафандры), иногда с собственной системой дыхания, исключающие попадание волос и частичек кожного покрова на кремниевые пластины. Для сравнения комната 1 класса чистоты, используемая в таком производстве в тысячу раз чище хирургической операционной. Коэффициент загрязненности в такой комнате при дыхании после курения равен 2-5, при вынимании носового платка из кармана 3-10, а при чихании 5-20. Для исключения вибраций такие комнаты имеют свой собственный виброзащитный фундамент и чаще всего расположены в районах с минимальной сейсмической активностью.
Что нужно для выращивания кристаллов в домашних условиях
Выращивание кристаллов в домашних условиях — процесс не сложный. Первым делом необходимо запастись терпением. Также потребуется чистая стеклянная посуда небольшого объема и изначальный химический материал, из которого будет изготовлен раствор. Требуется соблюсти температурный режим, причем изменение должно быть постепенным без резких скачков. Для наблюдения за опытом желательно ведения дневника, куда будут занесены ежедневные записи. Таким образом, можно провести анализ изменений во времени и получить ценный опыт. Приобрести соответствующие материалы можно в хозяйственных магазинах удобрений для растений.
Как быстро вырастить кристалл из поваренной соли и воды
Для получения кристалла из соли, как уже говорилось, потребуется время. Необходимо взять:
- чистую стеклянную посуду небольшого объема для приготовления раствора. Выбор материала посуды важен для исключения реакции рассола и удобства наблюдений за процессом;
- собственно поваренную соль;
- палочку для размешивания полученного раствора;
- кристаллик соли в качестве затравки;
- нить подвешивания затравки для равномерного образования поликристалла;
- бумажный фильтр или салфетку.
Далее в нашу стеклянную посуду наливаем чистую, лучше дистиллированную воду комнатной температуры и небольшими порциями всыпаем поваренную соль, постоянно помешивая. Когда раствор насытится, а определить этот момент можно по остаткам соли на дне, нужно нагреть наш рассол. Для этого помещаем посуду с раствором на водяную баню и размешиваем до полного растворения остатка на дне. Когда остатки соли растворятся необходимо перелить нагретый раствор, предварительно отфильтровав, в нашу искомую емкость, в которой будет выращиваться кристалл.
Совершив нехитрые манипуляции, приступаем к приготовлению затравки. Для этого выбираем небольшой кристаллик соли и привязываем его на конец нитки. Другой конец привязываем к палочке, которая позволит удержать наш кристаллик в подвешенном состоянии в центре емкости с подготовленным рассолом. В качестве затравки можно взять небольшую пластиковую пуговицу, предварительно замочив ее в рассоле и дав ей высохнуть.
Всю полученную конструкцию, предварительно накрыв бумагой во избежание попадания пыли и другого мусора, ставим в недоступное место в целях безопасности и исключения вибраций и оставляем остывать. Дальше в процесс вступают «силы природы», а нам остается наблюдать и заносить записи в дневник. При испарении раствора и для получения более крупного поликристалла допускается приготовление раствора той же насыщенности и добавление в емкость. Кристалл желаемого цвета получают на стадии приготовления рассола, добавив пищевой краситель.
Как сделать большой белый кристалл из морской соли
Образование кристалла из морской соли аналогичен вышеописанному методу получения соли. Для выращивания крупного кристалла потребуется больше времени. При этом надо следить за уровнем жидкости, не допуская оголение образца, а по мере испарения добавлять новый рассол.
Выращивания кристалла из медного купороса
В качестве сравнения предлагается вырастить кристалл из медного купороса двумя способами.
Для проведения этого опыта нам потребуется медный купорос, приобретенный в магазине удобрений. Возьмем 2 отдельные емкости вместимостью не более 200 мл. Требуется приготовить раствор в пропорции 43 г купороса на 100 мл воды для каждой емкости. Наша задача: провести наблюдение в течение 15 суток за кристаллообразованием, снять размеры выращенного образца. В первом сосуде выращивание кристалла будет происходить без затравки, соответственно, во втором с затравкой на нити.
На второй день оцениваем температурный режим. Температура нашего раствора составляем 23 градуса, что соответствует комнатной температуре окружающего воздуха. Емкости находятся вдали от нагревательных приборов, то есть в одинаковых условиях.
На 3-4 день видимых изменений не происходит.
На 5 сутки появился тонкий налет на поверхности раствора.
При замере уровня раствора на 6 день обнаружили понижение на 2 мм.
На 7 сутки наблюдаем понижение уровня на 6 мм и появлением взвеси.
В начале второй недели наблюдаем первые признаки образования кристаллов. В 1 сосуде на поверхности появилась тонкая кристаллическая пленка. Во 2 емкости заметны кристаллики на нити.
На 9 сутки уровень жидкости упал на 15 мм. Во 2 сосуде заметное увеличение кристаллов с появлением на них новых образований.
На 10 день на дне 1 сосуда появились два небольших нароста. В обеих емкостях наблюдается понижение уровня еще на 2 мм.
На 11 день на стенках сосуда процесс осаждения осадка. На нити образовалось множество кристаллов.
На 12 сутки поверхность стенок 1 емкости полностью покрылась налетом.
13-14 день в 1 сосуде наблюдается увеличение размеров кристалла (приблизительно 8 мм). Во 2 сосуде на нити 5 мм. Опыт подходит к концу, ожидаем естественное испарение раствора.
Наступили 15 сутки наших наблюдений для подведения итогов.
В обоих сосудах осталось приблизительно 25-30 мл раствора. В первом образовались 2 сростка. Первый – из 4 кристаллов плоской формы с ярко выраженными гранями, второй – из 5. Размеры сростков: 2 * 1,2 * 0,3-0,8 см и 1,8 * 1,7 * 0,4-0,8 см. На дне и стенках виден осадок пластинок, толщиной около 1 мм. Во втором сосуде на нити образовался поликристалл, состоящий из монокристаллов разной ориентации. Ширина составила около 6 мм. На протяжении всего опыта велись записи в дневник наблюдений.
Как получить красивые и цветные кристаллы
Придать кристаллу определенный цвет очень просто. На стадии подготовки раствора необходимо добавить пищевой краситель любого цвета. Цветовая насыщенность будет зависеть от количества добавляемого красителя.
Покрасить готовый кристалл тоже возможно, но покраска грозит потерей его прозрачности.
Как вырастить кристалл из сахара
Выращивание поликристалла из сахара занимательное и вкусное занятие, так как после завершения опыта им можно угостить своих знакомых на очередном чаепитии. Более того, это безопасно и познавательно для детей, присутствие взрослых понадобится только при приготовлении раствора на плите.
Получение кристаллов сахара схож со способом образования образцов из соли, поэтому разберем пропорции и некоторые нюансы приготовления. Для этого потребуется 5 стаканов сахара и 2 стакана воды. В качестве затравки приготовим шпажки, которые надо предварительно обмакнуть в заранее приготовленный сироп (1/4 стакана воды и 2 чайных ложки сахара) и равномерно обсыпать сахаром.
Затем приступаем к приготовлению раствора. Насыпаем 2,5 стакана сахара в кастрюльку с водой, постоянно помешивая на малом огне. Размешав первую порцию сахара, высыпаем остальные 2,5 стакана. Добиваемся полного растворения сахара, варим сироп (5 минут). Снимаем с плиты и даем остыть 15-20 минут. После всех «кулинарных» манипуляций разливаем сироп по стаканам и опускаем в них наши заготовленные шпажки, прикрепив их к бумаге, которой накрываем стакан. Через неделю получаем красивый сахарный кристалл, которым можно угостить своих друзей. Для получения цветных кристаллов добавляем пищевой краситель на стадии приготовления сиропа.
Кристаллы из селитры
Со способом получения кристаллов из нагретых растворов мы уже ознакомились, поэтому ограничимся пропорциями. Возьмем 100 г селитры на 50 мл воды и ставим на огонь в небольшой емкости. После растворения осадка фильтруем раствор и оставляем остывать. По мере остывания начнут образовываться кристаллы ярко-белого цвета. Для получения более крупного кристалла нужно увеличить количество раствора. Чем медленнее остывает раствор, тем лучше кристаллообразование.
Видео «Кристаллы из лимонной кислоты»
В заключение хочется пожелать успехов в опытах и обязательно соблюдать технику безопасности.
Источник