Выращивание кристаллов бихромата калия

Выращивание кристаллов.

Для получения кристаллов лучше всего использовать дихромат калия, буру, сульфаты никеля, меди и железа, алюминиевые и хромовые квасцы и другие соли, хорошо растворимые в воде и увеличивающие растворимость при нагревании.

Вначале готовят 250-300 мл насыщенного (при температуре выше комнатной на 20-30 С) раствора определенной соли. Раствор фильтруют (лучше через стекловату) в химический стакан. Берут тонкую капроновую нить и привязывают одним концом к палочке, которую кладут на стакан так, чтобы свободный конец нити был опущен в раствор почти что до дна стакана. Через 2-3 дня нить вынимают из раствора и снимают с нее кристаллики, оставляя один самый крупный и правильной формы.

Используя исходный раствор, снова готовят насыщенный раствор при повышенной температуре и вновь погружают в него нить с кристаллом. Операцию проводят до получения крупных кристаллов. Выращенные кристаллы лучше хранить в стеклянных боксах с притертыми крышками.

Рост кристаллов

В конической колбочке готовят при нагревании насыщенный раствор сульфата магния MgSO₄. Затем его медленно охлаждают (при медленном охлаждении образуются более крупные кристаллы, при быстром – мелкие) и прибавляют несколько капель столярного клея. На следующий день на дне колбочки появляются красивые крупные (до 1 см в поперечнике) длиною до 10 см призмы сульфата магния. Надо поставить охлаждаться несколько колбочек, и наиболее удачно образовавшиеся кристаллы продемонстрировать. Клей повышает вязкость жидкости, что замедляет образование зародышей кристаллов. Берут чистую колбу с пересыщенным раствором сульфата натрия NaSO₄ и опускают в нее кристалл сульфата натрия величиной с горошину. В пересыщенном растворе внесенный кристаллик становится центром кристаллизации, которая быстро охватывает весь находящийся в колбе раствор. Образование друзы кристаллов идет при непосредственном участии воды. Состав кристаллов сульфата натрия характеризуется формулой Na₂SO₄ ∙ 10H₂O.

Если по окончании этого процесса перевернуть колбу, то кажется, что маленький кристаллик «выпил» всю жидкость и превратился в плотный шар, который занял почти всю колбу.

3.3 «Зимний пейзаж» в стакане

Приготавливают в стакане на 300 мл насыщенный раствор нитрата свинца Pb(NO₃)₂ и опускают в него кристалл хлорида аммония NH₄Cl. Постепенно в стакане начинают расти кристаллы, напоминающие собой растения, покрытые инеем:

3.4 «Золотой дождь.»

Существует множество веществ с сильной температурной зависимостью растворимости. Именно на этом явлении и основан данный опыт. Для проведения этого опыта необходимо взвесить равные количества ацетата свинца(II) и йодида калия. Я советую по 0,5г. Далее готовят два раствора. В два химических стакана наливают по 50 мл дистиллированной воды. В один добавляют

1мл столового уксуса (или

0,2 мл концентрированной уксусной кислоты) и растворяют ацетат свинца. Кислота добавляется для того, чтобы подавить гидролиз ионов Pb 2+ . Во втором растворяют KI. Затем оба раствора сливают в колбу из огнеупорного стекла объёмом 150мл. При этом происходит реакция двойного обмена между ацетатом свинца и йодидом калия:

После смешивания растворов выпадает жёлтый осадок йодида свинца(||). Смеси растворов в колбе необходимо дать отстояться, чтобы осадок осел полностью. После этого с осадка осторожно сливают жидкость и вместо неё доливают 100мл дистиллированной воды. Теперь раствор необходимо нагреть до кипения и кипятить в течении 2-3мин. Осадок должен раствориться полностью.

Если всё было сделано правильно, то после охлаждения раствора выпадет множество золотистых кристалликов, которые при встряхивании колбы будут парить в толще воды. Размер кристалликов очень сильно зависит от скорости охлаждения: чем медленнее охлаждать, тем более крупными и красивыми будут кристаллики. Для большей их прочности перед кипячением в раствор добавляют немного глицерина (

0,5мл на 100 мл раствора).

Золотая осень

На дно стакана помещают 5-6 кусочков дихромата аммония (NH₄)Cr₂O₇. Затем приготавливают раствор нитрата свинца Pb(NO₃)₂ из расчета 25 г на 100 мл воды (воду подогревают). После охлаждения этот раствор выливают в стакан с кусочками дихромата аммония. Через некоторое время в результате реакции между нитратом свинца и дихроматом аммония на кусочках последнего появляются игольчатые кристаллы бихромата свинца. Постепенно разрастаясь, они будут принимать очертания «деревьев» в золотом осеннем уборе. Через несколько дней «лесная чаща» заполнит стакан.

Дата добавления: 2017-03-29 ; просмотров: 435 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Дихромат калия: получение, применение, волшебные реакции с участием реагента

Химические элементы, из которых состоит всё сущее, могут образовывать невероятные соединения. Они обладают уникальными свойствами и участвуют в синтезе важнейших веществ, применяемых в промышленности. Одним из таких соединений является дихромат калия, о котором расскажет данная статья.

Физические свойства

Дихромат калия многолик. Химическая формула данного вещества — K₂Cr₂O₇. Оно имеет нескольких имён. Техническое название реактива – хромпик. Иногда K₂Cr₂O₇ встречается под наименованием «калий двухромовокислый».

При комнатной температуре вещество представляет собой оранжевые кристаллы с удельной плотностью 2,68 г/см 3 . Если приглядеться внимательнее, то вы заметите их триклинную структуру. Как и многие другие соединения, при повышении температуры кристаллическая решётка хромпика видоизменяется — так образуются моноклинная форма. Это можно наблюдать после прохождения порога в 257 градусов Цельсия.

Соединение может похвастаться неплохой растворимостью в воде. С ростом температуры она повышается. При 20 ⁰C в жидкое состояние перейдёт 12,5 граммов вещества, а при кипении — 100 г. В спирте и аммиаке хромпик нерастворим, а с фтороводородом вступает в реакцию.

Температура плавления довольна низка и составляет всего 396 ⁰C. При 610 ⁰C происходит полное термическое разложение с образованием K₂CrO₄, трехокиси хрома (III) и кислорода.

Получение и очистка

Для получения K₂Cr₂O₇ используется раствор натриевого хромпика и хлорида калия. Их смешивают и подвергают сильному нагреванию до температуры 1200 ⁰C. В таких условиях протекает реакция обмена:

Для очистки кристаллов в лабораторных условиях используют метод перекристаллизации. Готовят раствор, разводя 100 граммов дихромата калия в 1 литре горячей воды. Его тщательно перемешивают, фильтруют и подвергают упариванию так, чтобы от первоначального объёма осталось около 1/7. Остаток охлаждают при постоянном перемешивании. Таким путем образуются мелкие кристаллы, которые следует отфильтровать под тягой при помощи воронки Бюхнера. В процессе нужно провести три промывания очень холодной водой.

Трёхкратная перекристаллизация позволит получить образец с содержанием реагента дихромат калия от 99,92 до 100 %. Чтобы добиться такой чистоты готовят раствор из 100 граммов препарата и 150 мл кипятка. Его хорошо перемешивают и выливают тонкой струйкой в эксикатор или фарфоровую чашку. По мере охлаждения образуются кристаллы, которые фильтруют на пористой стеклянной воронке или платиновом конусе. Проводится сушка при 100 ⁰C в течение 2—2,5 часов. Полученное твердое образование дробят и продолжают прогревать при 200 ⁰C ещё в течение 12 часов. Такую последовательность действий повторяют 3 раза.

Окислительные свойства

Одним из сильнейших окислителей является дихромат калия. Химические свойства этого вещества можно наблюдать в следующих опытах:

• При сильном нагревании фарфоровой чашки с небольшим количеством реагента его кристаллы превращаются в расплав тёмного цвета. После охлаждения прокалённый остаток приобретает зелёный оттенок, а раствор этого вещества окрашен в жёлтый. То, что осталось на черепке, является трехокисью хрома, а жидкая фаза — K₂CrO₄.
• В щелочной среде происходит восстановление реагента до оксидов. Растворите 3 грамма кристаллов в 50 мл дистиллированной воды. Долейте немного K₂CO₃. Произойдёт реакция с выделением CO₂, раствор окрасится в жёлтый оттенок – образовался K₂CrO₄. При добавлении кислоты вновь образуется бихромат красно-оранжевого цвета.
• Реагент способен восстанавливать галогены из соединений. Прокипятите 5 мл K₂Cr₂O₇ и 3 мл соляной кислоты. В результате реакции выделится газообразный свободный хлор. Хромпик превратится в зелёную трехокись. Опыт проводится только под сильной тягой!
• Хромовокислые соли свинца и серебра нерастворимы. Если к K₂Cr₂O₇ добавить AgNO₃, произойдёт реакция обмена с выпадением красно-коричневого осадка Ag₂CrO₄. Тот же механизм восстановления происходит при реакции с нитратом свинца, который даёт жёлтый нерастворимый остаток.
• Сами кристаллы хромпика также обладают окислительными свойствами. Если их нагреть с серой, то реагент восстановит её до сульфида калия и трехокиси. Проведя ту же манипуляцию с углеродом, получите K₂CO₃, CO₂ и оксид хрома (III).

Опыт «Извержение вулкана»

Одним из наиболее впечатляющих химических опытов является «извержение вулкана». Его демонстрация потребует специального оборудования, нацеленного на защиту органов дыхания. Для эксперимента придётся прикрыть кожные покровы и надеть респиратор, ведь продуктом реакции станет ядовитая трехокись хрома, которая вредна для человека.

На несгораемую подложку, в качестве которой можно использовать асбестовое полотно, кафель или кристаллизатор, помещается небольшая кучка двухромовокислого калия (альтернативный реагент (NH₄)₂Cr₂O₇). В центре сделайте углубление, капните спирт и подожгите его. По мере горения происходит разложение хромпика с образованием кислорода. Газ включается в реакцию и обеспечивает эффект синего пламени. На лабораторном столе бушует настоящий вулкан! Остальными продуктами горения станут K₂CrO₄, трехокись хрома (III). Эти вещества очень токсичны, при попадании на кожу вызывают ожоги и изъязвления.

«Фараонова змея»

Не менее интересен опыт под названием «фараоновы змеи» с использованием реактива дихромат калия. Реакции с его участием выглядят впечатляюще: растворы меняют цвет, кристаллы разлагаются с образованием окрашенного в зелёный оттенок оксида Cr₂O₃.

Чтобы получить «змею», разотрите в ступке смесь из равных частей хромпика и сахара, добавьте половину порции нитрата натрия. Все компоненты увлажните и подмешайте немного коллодия. Возьмите стеклянную трубочку и запрессуйте туда кашицу. Подожгите один конец сосуда, и вы увидите, как из другого начнёт выползать чёрная «змейка». Когда она остынет, то окрасится в зелёный цвет. При этом сахароза сгорает до углерода, нитрат натрия разложится с образованием O₂ и NaNO₂, а хромпик образует трехокись.

Выращивание кристаллов

Если приготовить насыщенный раствор бихромата калия, можно вырастить фантастические кристаллы. Выглядят они весьма впечатляюще, а сделать такую красоту очень просто. Достаточно поставить стакан с горячим раствором в место, защищённое от света, вибрации и сквозняка. Внутрь ёмкости опустите верёвочку и закрепите её на краю. Нужно подождать несколько дней, и вы увидите, как на нитке образуются красно-оранжевые кристаллы.

Применение в промышленности

Дихромат калия нашёл применение сразу в нескольких отраслях промышленности. Его используют в производстве пигментов для лакокрасочных изделий, для дубления кожи, дезинфекции семян. Окислительные свойства позволяют применять хромпик для создания спичечных головок, борьбы с коррозией металлов, изготовления пиротехнических изделий и сухих электролитов.

Смесь реагента с концентрированной серной кислотой — идеальное средство для мытья химической посуды.

Источник

Исследовательская работа «Выращивание кристаллов»

Данная работа посвящена кристаллам. Что же такое кристаллы? Это твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодической атомной и молекулярной структурой. К сожалению, на уроках химии не приводится достаточное количество информации. Однако знания о кристаллах необходимы людям, выбравшим путь химии и промышленности. Конечно, было бы недостаточно просто прочитать про кристаллы и их применение, поэтому мы решили не просто изучить литературу, но и самим попробовать вырастить кристаллы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГАЙНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА»

ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ШКОЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ.

учащийся 9а класса

Петров Даниил Игоревич

Данная работа посвящена кристаллам. Что же такое кристаллы? Это твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодической атомной и молекулярной структурой. К сожалению, на уроках химии не приводится достаточное количество информации. Однако знания о кристаллах необходимы людям, выбравшим путь химии и промышленности. Конечно, было бы недостаточно просто прочитать про кристаллы и их применение, поэтому мы решили не просто изучить литературу, но и самим попробовать вырастить кристаллы.

Объект работы – кристаллы.

Предмет – выращивание кристаллов различными способами в различных условиях.

Цель работы — вырастить кристаллы.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи :

1. Изучить литературу, посвященную кристаллам.
2. Провести опыты.
3. Сделать выводы.

В начале работы мы выдвинули гипотезу : кристаллы, выращенные разными способами и в разных условиях, будут отличны друг от друга.

Выращивание кристаллов будет протекать в условиях магнитного поля и без него, с присутствием затравки и без неё.

1. История изучения и применение кристаллов

Первоначально кристаллом называли прозрачный кварц правильной формы – горный хрусталь, встречающийся в Альпах. Люди думали, что это лёд, застывший от невероятного холода и больше не плавящийся. Основной особенностью кристаллов считали их прозрачность, поэтому все прозрачные природные камни стали именовать кристаллами. Позднее стекло, отличающееся особенной прозрачностью, стали называть хрустальным, как и вещи, сделанные из такого стекла. И по сей день прозрачные стёкла именуют хрустальными стёклами.

Только в XVII веке учёные подметили, что некоторые непрозрачные минералы, как и хрусталь, имеют правильную форму, далее была сделана догадка, что форма зависит от внутреннего строения самого минерала. Позднее все минералы укладистой формы стали называть кристаллами. В 1784 году французский аббат Гаюи выдвинул в своей книге предположение, что укладистая форма образуется при правильной укладке мельчайших одинаковых частиц, которых он назвал «молекулярными блоками». Долгое время эта догадка считалась лишь гипотезой, и получила подтверждение лишь в 1912 году немецким ученым М.фон Лауэ. Он установил, что рентгеновские лучи дефрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла.

Большое применение кристаллы нашли в промышленности. Особенно широкое применение имеет алмаз. С его помощью, алмазными пилами, режут камни, бурами с алмазными головками бурят горные породы. Алмаз используют для тестирования твёрдости, алмазными свёрлами выполняют наиболее ответственные работы в авиа- и автомобиле строении. «Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир — это родные братья, это вообще один и тот же минерал — корунд. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё совсем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд — наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями — это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки; Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Новая жизнь рубина — это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.» [1]. Лазер используют для прожигания мельчайших отверстий, сваривания проводов, сверления алмазов. Также лазер используется в хирургии. Из прозрачного сапфира и кварца (хрусталя) делают детали для оптических приборов.

Таким образов, можно смело заявить, что роль кристаллов в жизни человека огромна. Кристаллы используются и в производстве, и в быту, и в украшениях.

1. Методы выращивания кристаллов

Есть много способов вырастить кристаллы.

Один из них — кристаллизация – охлаждение насыщенного горячего раствора. Это один из самых популярных и простых способов. Приготовляется горячий и насыщенный раствор, потом он постепенно охлаждается. Как известно растворимость с повышением температуры растёт. Возникает вопрос: куда будет деваться растворенное вещество при охлаждении раствора. Ответ простой – выпадать осадком в виде мелких кристалликов.

Второй метод – испарение воды из раствора. Таким образом растворенное вещество будет кристаллизоваться, причем, чем медленнее протекает испарение, тем лучше будет кристаллизоваться вещество.

Третий метод — выращивание кристаллов из расплавов путём медленного охлаждения. При выращивании кристаллов таким методом, вместо многих мелких кристаллов получится один большой.

Так же кристаллы образуются конденсацией паров. Конденсируясь, пар охлаждается и образует кристаллы.

Кроме этих существует ещё много методов выращивания кристаллов. Некоторые из них требуют специальное оборудование и навыки, некоторые опасны для здоровья. Мы остановимся на методах выпаривания и кристаллизации. Они достаточно быстротечны, не требуют специальных навыков и умений и не опасны для здоровья.

Так как возможности школьной лаборатории ограничены, наш выбор пал на достаточно простые вещества: поваренная соль, сахар, калия хромат, калия дихромат, красная кровяная соль, жёлтая кровяная соль и медный купорос. Соль и сахар есть в каждом доме, медный купорос продаётся в цветочном магазине как удобрение, а калия хромат, калия дихромат, красная кровяная соль и жёлтая кровяная соль есть в каждой школьной лаборатории.

Выбранные нами методы кристаллизации и испарения требуют насыщенного раствора кристаллизуемого вещества. Как это сделать? Растворять вещество в воде до тех пор, пока оно не перестанет растворяться. После образования осадка на дне следует профильтровать раствор (если осадок не большой фильтровка не обязательна). Растворимость некоторых веществ можно найти и в интернете и в химической литературе. Известно, что растворимость сахара 487 г в 100г воды при t=100°C . Растворимость остальных веществ нам найти не удалось.

Преступим к выращиванию кристаллов. Для начала следует отметить, что кристаллы лучше растут на затравке – постороннем предмете, помещённом в раствор. В нашем случае мы будем использовать три затравки: пластмассовую пуговицу, шерстяную нить с узлами и без узлов.

Сначала мы решили приготовить растворы поваренной соли и сахара методом испарения влаги.

Опыт 1 «Выращивание кристаллов поваренной соли методом испарения»

Оборудование : химические стаканы, чашечки Петри, нагревательная плита.

1. Воду нагрели до кипения в большом химическом стакане.
2. Растворили соль до появления осадка (приготовили насыщенный раствор)
3. Разлили раствор по трём маленьким стаканам в равном количестве.
4. Из стаканов раствор перелили в чашечки Петри и поместили туда затравки.

Разлив раствор по стаканам мы разделили раствор на равные доли. Чашечки Петри использовали, потому что испарение увеличивается с увеличением площади испарения. Через полдня в растворе начали образовываться кристаллики, а через два дня каждая чашка была в мельчайших, еле заметных кристаллах. Отметим, что кристаллы росли не на затравках, а по всему дну и стенках чашек [приложение 1].

Опыт 2 «Выращивание кристаллов сахара методом испарения»

Оборудование : химические стаканы, чашечки Петри, нагревательная плита.

Приготовление раствора и процесс выращивания мало чем отличался от первого опыта. Стоит только сказать, что растворимость у сахара гораздо больше, а кристаллы росли медленнее, но также не на затравках, а по всей поверхности [приложение 2].

Метод испарения не очень удобен, так как требует много времени и кристаллы образуются мелкие.

Опыт 3 «Выращивание кристаллов медного купороса методом кристаллизации раствора»

После выращивания кристаллов сахара и поваренной соли мы приступили к выращиванию кристаллов медного купороса методом кристаллизации . Медный купорос часто используется в подобных работах и, чтобы внести что-то новое в выращивание кристаллов мы решили проделать опыты, выращивая кристаллы в стаканах и пробирках с присутствием затравки (такой же, что и при работе с сахаром и поваренной солью) и без неё, в чашечках Петри под действием магнитного поля и в чашечке Петри без воздействия каких либо внешних факторов.

Раствор был приготовлен так же, как и в первых опытах. После приготовления горячего насыщенного раствора мы разлили жидкость в стаканы, чашечки и пробирки в равном количестве.

Оборудование: чашечки Петри, химические стаканы, пробирки.

Для выращивания кристаллов под действием магнитного поля мы две чашечки Петри поместили на магнит (одну на три маленьких магнита, другую на один продолговатый магнит) и одну оставили без влияния внешних факторов. Кристаллы начали расти примерно через 1-2 часов, и к следующему утру уже были достаточно крупные кристаллы. Нужно отметить, что под действием магнитного поля кристаллы выросли только до определённого размера (5-27мм), а в чашечке без влияний магнита кристаллы росли до крупных размеров (5-48мм) и, как правило, получились правильной формы [приложение 3]. Можно предположить, что магнитное поле каким-то образом блокирует рост кристалла.

В стаканах , как и в первом опыте, на затравке-пуговице кристаллы не выросли, а выросли на дне. Однако на шерстяной нитке выросли достаточно хорошие кристаллы, причем, на шерстяной нитке без узлов выросли средние (1-15 мм) кристаллы в небольшом количестве, в стакане с пуговицей и в «пустом» стакане выросли крупные (3-34 мм), а на нитке с узлами выросло большое количество маленьких кристаллов (1 – 5 мм) [приложение 4].

В пробирках кристаллы вырасли на дне. В случаи с пуговицей кристаллы словно застыли, на шерстяной нитке выросли мелкие кристаллы.

Источник