3D сады


Выращивание кристаллов в промышленности


Методы выращивания - Выращивание кристаллов

    2. Медленное остывание раствора.

Методика близка к первой. Готовится горячий насыщенный раствор, в него помещается затравка. Раствор в сосуде начинает медленно охлаждаться. В промышленности это контролируется термостатами с заданной программой, дома - укутыванием емкости в полотенца, теплую одежду либо выращивание в термосе или емкости из пенопласта. Сосуд не закрывают герметично во избежание повреждения емкости из-за изменения давления.

В результате уменьшения температуры граница насыщенности медленно понижается, и все большее количество вещества в растворе становится избыточным. Оно оседает на затравку и приводит к росту кристалла.

Таким методом получаются более крупные кристаллы, чем при испарении, но сложнее контролировать их форму и скорость роста. Так же имеются трудности с замедлением остывания в домашних условиях. Однако, этот метод является часто используемым в промышленности из-за большого выхода и высокой скорости роста.

Аналогично первой методике, использование перемешивания заметно влияет на скорость и правильность роста.

    3. Температурный градиент

Близок к первым двум методикам.

Готовится насыщенный раствор вещества в достаточно длинной емкости. В верхней половине емкости помещается затравка.

На дно засыпается дополнительная порция вещества.

Сосуд ставится на источник тепла - термостат, нагреватель, батарею. Температура не должна быть высокой, отличия между температурой верха и низа емкости должно быть всего в несколько градусов. Сосуд может быть герметичным, хотя желательно просто накрыть его крышкой во избежание попадания пыли.

В результате нижний слой раствора нагревается, предел растворимости повышается, растворяется часть порции вещества со дна емкости. Этот более теплый слой, благодаря конвекции, медленно поднимается вверх по емкости. Во время движения происходит постепенное охлаждение, поэтому при достижении верха емкости слой становится пересыщенным. Достигая затравки происходит осаждение вещества на ней, кристалл растет.

Метод позволяет получать крупные и достаточно прозрачные кристаллы, но в домашних условиях не так прост в реализации и имеет много подводных камней. В основном из-за трудности постоянного контроля температуры.

Использование вращающегося подвеса для затравки улучшает рост.

II. Малорастворимые вещества

    1. Рост с одновременным получением

Используются две емкости, соединенные трубкой. В трубке находится полупроницаемая мембрана либо специальный гель.

В емкости по отдельности заливаются растворы, содержащие реагенты для получения вещества. Для солей это раствор, содержащий нужный катион (ион металла), а в другую - содержащий нужный анион (кислотный остаток).

Во время обычной реакции растворы реагируют быстро и по всему объему, получающиеся вещества практически не образуют кристаллов (либо образуют, но микроскопических размеров). Гель или мембрана приводят к локализации реакции и её сильному замедлению, поэтому образуются отдельные крупные (все относительно, обычно их размер всего в пару миллиметров) кристаллы.

Большая температура обычно увеличивает скорость реакции, но кристаллы растут более мелкими.

Используется редко, т.к. выход метода низок, и установка требует большого внимания.

    2. Гидротермальный метод

Представляет собой тот же самый метод температурного градиента, с той лишь разницей, что вещество растворяется в растворителе при больших температурах и давлении. В таких условиях малорастворимые вещества становятся хорошо растворимыми, что позволяет намного проще обходиться с ними.

В домашних условиях не реализуем из-за трудности воспроизведения нужных условий. Однако в промышленности используется достаточно широко, именно этим методом выращивают кристаллы кварца и синтетического рубина.

    3. Раствор в расплаве.

Метод, в котором вместо жидкого растворителя используется расплав некоторых веществ (в основном неорганические соли).

Растворяемое вещество имеет более высокую температуру плавления, но может легко растворяться в расплаве, имеющем гораздо более низкую температуру плавления. К такому высокотемпературному раствору уже можно применять обычный метод температурного градиента или медленного охлаждения.

Широко используется в промышленности для получения кристаллов тугоплавких веществ. В домашних условиях малореализуем.

III. Нерастворимые вещества   1. Охлаждение расплава

Используется в случае веществ, не разлагающихся при расплавлении и имеющих относительно низкую температуру плавления.

Обычно это кристаллы простых веществ - висмута, цинка, серы и т.д.

Производится расплавление вещества в широкой термоустойчивой емкости.

Прекращается нагрев вещества, в расплав опускается затравка либо специальная металлическая заготовка, создающая центры кристаллизации.

По мере медленного остывания расплава вокруг затравки образуется область с переохлажденным расплавом, который стремится перейти в твердое состояние. Происходит медленный рост затравки.

Получаются правильные чистые монокристаллы вещества, растущие вглубь и в стороны внутри расплава. По мере остывания необходимо следить, чтобы весь расплав не затвердел, иначе вынуть кристалл не удастся.

Реализуем в домашних условиях с некоторыми не слишком тугоплавкими веществами. В промышленности используются другие способы, позволяющие контролировать параметры кристалла.

   2. Метод Чохральского

Очень широко используется в промышленности для выращивания кристаллов металлов и полупроводников.

Используется термоустойчивый тигель с расплавленным веществом (и обычно в инертной атмосфере).

На поверхность расплава опускается затравочный кристалл или стержень с системой охлаждения, который затем немного поднимается над расплавом. Расплав, благодаря силам поверхностного натяжения, оказывается соединен со стержнем тонкой областью. На границе касания, внутри этой области, начинается кристаллизация, причем силы поверхностного натяжения ориентируют возникающий кристалл в направлении стержня. Медленное вытягивание стержня из раствора приводит к подниманию части выросшего кристалла, все так же соединенного с раствором. На новой границе касания продолжается направленный рост кристалла.

Данный метод позволяет легко получить однородные кристаллы тугоплавких веществ с заданными свойствами.

Существует большое количество модификаций метода, предлагающих разное направление вытягивания, использование флюсов и особых системы охлаждения, но их различия не существенны и важны только для промышленности.

    3. Метод химического транспорта

Широко используется в промышленности для получения чистых кристаллов простых веществ.

Нагретое вещество под действием другого превращается в летучее или легкоплавкое соединение. На месте кристаллизации под действием сильного нагрева, разрядов тока или другого способа происходит разложение соединения на исходные вещества, одно из которых кристаллизуется на затравке или предмете, а другое переносится в начало для дальнейшего переноса.

Обычно в качестве транспорта используются газообразные галогены. Тогда метод называют методом газового транспорта

    4. Метод паровой фазы

Близок к предыдущему методу, но используются два летучих соединения, которые реагируют в обрасти возле затравки, образуя необходимое вещество.

    5. Электролитический метод

Используется для получения кристаллов простых металлов и их сплавов.

Требуется раствор или расплав соли металла, электроды и источник тока.

Электроды погружаются в раствор, на них подается постоянный ток. На одном их электродов восстанавливается металл в виде дендритов или полусфер, на другом окисляется анион кислотного остатка.

Форма, плотность и скорость роста этих дендритов зависит от величины силы тока, самой используемой соли, наличия различных примесей и некоторых других параметров.

    6. Электрохимический метод

Используется для получения относительно чистых кристаллов простых металлов.

Требуется раствор соли металла и второй металл, стоящий левее в ряду напряжений.

Второй металл опускается в раствор соли первого и химически вытесняет его, в результате чего первый вырастает в виде дендритов, корки или рыхлого покрытия на втором. Обычно такой метод напрямую не дает сколько-нибудь крупных кристаллов, однако использование металлов, расположенных рядом в ряду напряжений, использование ингибиторов реакции либо физическое ограничение поступления раствора к металлу приводит к росту достаточно крупных образований.

Форма таких кристаллов не контролируется.

www.sites.google.com

Исследовательская работа "Выращивание кристаллов в домашних условиях"

XVIII муниципальный конкурс исследовательских работ учащихся

образовательных организаций Кудымкарского муниципального района

МАОУ «Гуринская средняя общеобразовательная школа»

Физика, математика, информатика

Выращивание кристаллов из поваренной соли в различных

домашних условиях.

Климова Наталья Дмитриевна

МАОУ «Гуриская средняя

общеобразовательная школа» 8 класс

Шпис Вера Михайловна

учитель физики и математики

1 квалификационная категория

МАОУ «Гуриская средняя

общеобразовательная школа»

Кудымкар, 2016

Оглавление

Введение …………………………………………………………………... 3

Глава 1. Теория о кристаллах..…………………..……………………… 5

1.1. Что такое кристалл? …………………………………………... 5

1.2. Способы образования кристаллов …………………………… 5

Глава 2. Образование кристаллов……………………………………….. 7

2.1. Образование кристаллов в природе………………………….. 7

2.2. Выращивание кристаллов в промышленности……………… 7

2.3.Выращивание кристаллов в домашних условиях……………. 8

      1. Приготовление раствора и фильтрация……………………. 8

      2. Выращивание одиночных кристаллов…………………… 9

      3. Выращивание сростков кристаллов (друз)………………… 9

      4. Выращивание сталатитов…………………………………… 10

Глава 3. Выращивание кристаллов из соли в различных домашних

условиях…………………………………………………………. 11

Заключение………………………………………………………………… 13

Литература…………………………………………………………………. 14

Введение

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его

твердые, прямолинейные законы».

А.Е. Ферсман.

Большинство окружающих нас твердых тел представляют собой вещества в кристаллическом состоянии.

Возможно, все считают, что кристалл - это редкий и красивый минерал или драгоценный камень (Приложение 1 рис 1, 2). Отчасти они правы. Изумруды и бриллианты являются кристаллами. Но не все кристаллы редки и красивы. Каждая отдельная частица соли или сахара - тоже кристалл. [2]

На кружке физики я узнала, что кристаллы получают не только в промышленных и домашних условиях, их также можно встретить в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев.

Многие кристаллы - продукты жизнедеятельности организмов. Способностью наращивать на инородных телах, попавших в раковину, перламутр, обладают некоторые виды моллюсков. Через 5-10 лет образовывается жемчуг. (Приложение 1 рис 3) [2]

Кристаллами являются алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни. Но кристаллы также можно получить лабораторным путем. Например, можно вырастить кристалл соли. [2]

Актуальность исследования состоит в том, что выращивание кристаллов - увлекательное занятие, самое простое, доступное и недорогое.

Гипотеза: одинаковые ли кристаллы соли образуются при выращивании в разных условиях

Цель: изучение процесса роста кристалловповаренной соли в домашних условиях, вырастить кристаллы соли дома в различных условиях.

Задачи:

  • узнать о видах кристаллов и методах их выращивания;

  • подобрать доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов;

  • вырастить кристаллы соли;

  • изучить условия образования кристаллов;

  • проанализировать полученные результаты.

Объект исследования:

Предмет исследования - процесс кристаллизации.

Методы исследования:

  • Исследовательский (подбор материала в соответствии с тематикой проекта, используя научную литературу и интернет ресурсы);

  • Аналитический – обобщение полученных опытов.

  • Практический (выращивание кристаллов)

  • Метод сравнения

Выращивание кристаллов - это сложный технологический процесс, поэтому, чем дольше ждёшь, тем более впечатляющими будут результаты.

Практическое значение исследования в том, что оно может быть использовано на уроках физики, во внеклассных мероприятиях, в кружках.

Глава 1. Теория о кристаллах.

Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку. (Приложение1 рис 4)

Кристалл - это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами. [1, 2]

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.

Известно бесконечное разнообразие снежинок. Еще в 17 веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую. (Приложение1 рис 5). [ 2,4]

Кристаллы - вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) расположены в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. [1]

1.2. Способы образования кристаллов.

Существует три способа образования кристаллов: кристаллизация из расплава, из раствора и из газовой фазы.

Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды (ведь вода - это расплавленный лёд), а также образования вулканических пород.

Пример кристаллизации из раствора в природе - выпадение сотен миллионов тонн соли из морской воды.

При охлаждении газа (или пара) электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твёрдое вещество - так образуются снежинки. [4]

Глава 2. Образование кристаллов.

2.1. Образование кристаллов в природе.

В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы.

Значительная часть минеральных видов произошла путем кристаллизации из водных растворов. Примеры выпадения кристаллов из раствора - выпадение кристаллов солей в замкнутых водоемах; рост кристаллов на стенках трещин и полостей при гидротермальных процессах, на больших глубинах в условиях высоких давлений и температур; образование отдельных кристаллов вторичных минералов в зонах окисления рудных месторождений.

Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать. Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму.

Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. (Приложение 1 рис 6) [2, 3]

Кристаллизоваться могут и водяные пары, и пары других веществ.

2.2. Выращивание кристаллов в промышленности.

Начиная с XIX века, появились технологии выращивания искусственных кристаллов. Некоторые из этих ювелирных камней настолько совершенны, что их крайне сложно отличить от натуральных. Синтетические кристаллы востребованы в промышленности и на рынке ювелирных изделий.

В 1902 году Огюст Вернейль смог синтезировать рубины методом плавления в пламени, положив начало промышленному синтезу ювелирных камней. Данный метод, с некоторыми изменениями, до сих пор остаётся одним из самых распространённых способов выращивания кристаллов ювелирного качества.

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют. Например, фианиты - их название происходит от сокращения ФИАН - Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты - искусственные кристаллы, которые внешне очень похожи на бриллианты. (Приложение 1 рис.7). [4]

2.3. Выращивание кристаллов в домашних условиях.

2.3.1. Приготовление раствора.

Необходимо приготовить раствор из тёплой воды. Воду лучше брать дистиллированную. Посуду (банку, стакан) на половину наполняют водой и небольшим количеством соли (сахара или медного купороса (Приложение 1 рис 8), которую постоянно перемешивают. Добавляют ещё соль и снова перемешивают. Повторяют это до тех пор, пока вещество  не будет растворяться,  и станет оседать на дно сосуда. Получится насыщенный раствор. Готовый раствор необходимо профильтровать и перелить во вторую посуду, в которой будет происходить рост кристаллов. Банку накрыть листком бумаги, чтобы не попадали инородные тела, и ждать появления первых кристалликов.

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 бумажной салфетки.

Можно использовать вату. Вату плотно вставить в горлышко воронки и затем профильтровать раствор. Естественно, чем плотнее вата, тем медленнее и качественнее происходит фильтрация. В результате чего получается насыщенный, чистый раствор соли. [4]

2.3.2. Выращивание крупных одиночных кристаллов

Для того чтобы 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. Таким образом, за месяц - полтора можно вырастить довольно крупный кристалл.

Для начала 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, использовала 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, имеющие разную форму. Из этих кристалликов отбираются те, которые имеют более правильную форму.

Раствор, в который собираются погрузить затравку, желательно приготовить заранее и оставить на несколько 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. [4]

2.3.3 Выращивание сростков кристаллов (друз)

Выращивание сростков кристаллов - 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 потребуется приготовить перенасыщенный раствор соли в горячей воде. После охлаждения раствора в него вносят затравку - подвешенный на ниточке кристаллик. Уже вскоре можно увидеть большое количество кристалликов на нитке, на затравке, на дне стакана. Раствор оставляют в покое в течение не дели, 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. [4]

2.3.4. Выращивание сталатитов из поваренной соли

Насыщенный раствор поваренной соли перемещается по верёвке к нижней её точке за счёт капилярного эффекта и эффекта сообщающихся сосудов. Капилярный эффект обусловлен притяжением жидкости к поверхности внутренних капилярообразных структур верёвки. Эффект сообщающихся сосудов обусловлен весом жидкости впитанной верёвкой, сила земного притяжения заставляет жидкость двигаться по верёвке до нижней точки последней. После того как раствор поваренной соли по верёвке поднимается из стакана, он начинает двигаться вниз к провисающей части. За счёт капиллярного эффекта верёвка вытягивает соляной раствор из обоих стаканов, благодаря этому эффекту жидкости удаётся подняться до края стакана. Далее за счёт силы притяжения земли раствор продолжает двигаться по верёвке до тех пор, пока не достигнет самой низкой её точки, в которой он капает на поднос. [4]

Я решила проверить все самостоятельно, и в качестве основы взяла обычную поваренную соль, которая имеется на кухне.

Глава 3. Выращивание кристаллов из соли

в разных домашних условиях.

Опыт №1.  Выращивание кристаллов из поваренной соли.

Растворяю в воде соль (на 100мл воды 25-35г соли) до тех пор, пока она не будет растворяться,  и станет оседать на дно стакана. Я получила насыщенный раствор соли. Фильтрую раствор. Переливаем его в чистую ёмкость. Выбрала затравку поваренной соли,  привязала за нитку и подвесила, чтобы он не касался стенок стакана. Уже через несколько дней заметила, что кристаллик начал расти. С каждым днём он увеличивался.

Результат:  получился кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

1. Поваренная соль состоит из кристаллов.

2. При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются.

3. По мере испарения воды, соль снова образует кристаллы. (Приложение 2 рис 1)

Опыт № 2. Выращивание кристаллов из поваренной соли.

Выращиваю кристалл таким же способом, но ставлю образовываться кристалл в холодное место.

Результат:  получился кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

1. Кристалл получился очень хрупкий. (Приложение 2 рис 2)

Опыт № 3. Выращивание кристаллов (друза) из поваренной соли.

Для выращивания беру очень перенасыщенный раствор. Выращиваю кристаллы аналогично как в опыте 1.

Результат:  получился кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

  1. Кристалл образовался быстрее, чем в предыдущих опытах. (Приложение 2 рис 3)

Опыт № 4. Выращивание кристаллов из поваренной соли в магнитном поле.

Выращиваю кристалл таким же способом, как в опыте 1, но ставлю раствор на магниты.

Результат:  получился кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

  1. Кристаллы образовались быстрее, чем в опыте № 1. (Приложение 2 рис 4)

Опыт №5.  Выращивание кристаллов из поваренной соли и соды.

Растворяю в воде соль и соду, пока они не перестанут растворяться. Переливаю раствор в чистую ёмкость. Подвесила нить, чтобы он не касался стенок стакана. Уже через несколько дней заметила, что начал расти. С каждым днём он увеличивался.

Результат:  получился кристалл поваренной соли.

 Вывод: 

1. Форма полученного кристалла отличается от кристалла из одной соли. Форма кристалла более округленная (похож на известь), чем у кристалла выращенного из одной соли. (Приложение 2 рис 5)

Опыт №6 Выращивание сталатита в домашних условиях.

Растворяю в воде соль. Раствор фильтрую. Разливаю его поровну в два сосуда, сосуды поставила на расстоянии 5 см. Опускаю в оба сосуда концы нити. Саму нить оставляю висячей, под неё ложу пластину. Через некоторое время сталатит начал расти.

Результат:  Получился сталатит поваренной соли.

 Вывод: 

  1. Сталатит – это кристалл. (Приложение 2 рис 6)

  2. Вырастить сталатит для меня оказалось труднее, чем кристалл.

Заключение.

Выращивание кристаллов - очень интересный и увлекательный процесс. В результате проведенных исследований  гипотеза полностью подтверждается: мне удалось вырастить  кристаллы поваренной соли в домашних условиях.

На основании опытов сделала выводы:

  • Соль состоит из кристаллов

  • При соприкосновении с водой соль растворяется

  • По мере испарения воды, соль снова образует кристаллы.

  • При росте в холодном месте, кристалл получается хрупким.

  • В перенасыщенном растворе получаются друзы

  • В магнитном поле кристаллы, образуются быстрее.

  • Кристаллы из смеси соли и соды отличаются от кристаллов соли (форма более округлая)

  • Дома можно вырастить сталатит.

Исследовательская работа мне очень понравилась. В ходе ее выполнения, я познакомилась со способами выращивания кристаллов. Узнала много интересного, познавательного. Но самое главное - самостоятельно вырастила кристаллы соли в домашних условиях.

Я узнала многое об образовании кристаллов. Мне бы хотелось исследовать более подробно формы кристаллов (кристаллические решётки), вырастить самой кристаллы из медного купороса, меди и сахара и сравнить с кристаллами соли. Узнать, где применяются кристаллы, кроме как драгоценные украшения.

Литература.

  1. Мякишев Г.Я., Буховце Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10,: Просвещение, 2002

  2. Шасколинская М.П.. Кристаллы.: Москва. - Наука. Физико-математическая литература, 1995.

  3. Физика. Приложение к 1 сентября. Ж:, №12, 2006

  4. Интернет ресурсы.

Приложение 1

Рис.1 Рис 2

Рис 3 Рис 4

Рис 5 Рис 6

Рис 7 Рис 8

Приложение 2

Рис 1 Рис 2

Рис 3 Рис 4

Рис 5 Рис 6

infourok.ru

15. Выращивание кристаллов

Промышленность и наука часто нуждаются в более или менее крупных одиночных кристаллах. Колоссальное значение для техники имеют кристаллы сегнетовой соли и кварца, обладающие замечательным свойством преобразовывать механические действия (например, давление) в электрическое напряжение (стр. 48).

Оптическая промышленность нуждается в крупных кристаллах кальцита, каменной соли, флюорита и др.

Для часовой промышленности очень важны кристаллы рубинов, сапфиров и некоторых других драгоценных камней. Дело в том, что отдельные подвижные части обыкновенных карманных часов делают в час до 20 000 колебаний. Такая большая скорость предъявляет исключительно серьёзные требования к кончикам осей и к подшипникам. Истирание будет наименьшим, когда подшипником для кончика оси диаметром 0,07–0,15 мм служит рубин или сапфир. Искусственные кристаллы этих веществ обладают очень большой прочностью и очень малым трением по отношению к стали. Замечательно, что искусственные камни оказываются при этом лучше таких же, находимых в природе.

Для изучения свойств металлов важно располагать одиночными крупными кристаллами железа, меди и др.

Итак, надо научиться выращивать кристаллы всех этих веществ до нужного размера. Для этой цели существует ряд способов. Можно растить кристаллы и из расплава и из раствора. Основная трудность состоит в том, что, не принимая специальных мер, мы вместо крупного кристалла получим из расплава мелкокристаллическое твёрдое тело, а из раствора – мелкокристаллический осадок на дне сосуда.

Мы уже говорили, что кристаллы начинают расти из раствора тогда, когда он пересыщен растворяемым веществом. А для разных температур количество вещества, насыщающего раствор, различно. Поэтому выращивание из раствора крупных, хорошо огранённых кристаллов возможно лишь в том случае, если температура раствора поддерживается постоянной при помощи термостата. Без этого прибора температура на протяжении суток колебалась бы, во всяком случае, на 3–4°; при таких условиях кристалл не может расти достаточно «аккуратно».

Термостат – это большая ванна, окутанная войлоком, хорошо закрытая и залитая водой. Внутрь термостата ставится сосуд с раствором. Температура поддерживается на нужном уровне при помощи электрической печи. Автоматический регулятор выключает печь, когда температура слишком повышается, и включает её вновь, когда температура падает. Регулировать температуру при помощи этих приборов можно с точностью до 0,01°.

По мере роста кристалла температуру раствора постепенно снижают. Это надо делать для того, чтобы раствор всё время оставался немного пересыщенным, несмотря на непрерывное выделение из него вещества. Опыты показывают, что большие кристаллы удаётся вырастить только при очень медленном охлаждении раствора, примерно на 0,1° в один-два дня. Рост крупных кристаллов продолжается много недель.

Ценнейший вклад в разработку способов выращивания кристаллов сделан русским кристаллографом Г.В. Вульфом.

Очень трудно выращивать крупные кристаллы и из расплавов. Здесь помогает одно своеобразное явление: при определённых условиях из возникших на стенке сосуда зародышей «выживает» только один, развиваясь за счёт своих менее «удачливых» соседей.

Одиночные кристаллы легкоплавких металлов получают обычно следующим способом (см. рис. 39). Металл расплавляют в стеклянной пробирке А с оттянутым концом. Пробирка подвешена на нити внутри вертикальной цилиндрической печи Б. При помощи нити пробирку медленно опускают вниз. Оттянутый конец постепенно выходит из печи, и металл начинает застывать. При этом из всех кристалликов выживает один; по мере опускания пробирки он продолжает расти вдоль её оси. В конце концов весь металл застывает в виде одиночного кристалла.

Рис. 39. Получение одиночных кристаллов из расплава.

А вот каким образом выращивают тугоплавкие кристаллы рубина лауреаты Сталинской премии чл.-корр. АН А.В. Шубников и С.К. Попов. Мелкий порошок вещества сыплется струёй через пламя. Порошинки плавятся: крошечные капли падают на тугоплавкую подставку. Здесь начинается кристаллизация, и опять-таки из множества кристалликов вырастает лишь один. Наши учёные нашли способ получения длинных кристаллических стержней драгоценного камня, столь необходимого для производства часов и других точных механизмов.

www.razlib.ru

Исследовательский проект Выращивание кристаллов

Школьная научно-практическая конференция

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №4»

Жидкова Татьяна

Научно-исследовательский проект

«Выращивание кристаллов»

РУКОВОДИТЕЛЬ:

Андреева Лариса Александровна

учитель химии и биологии

МОУ «СОШ №4»

2017

г. Тихвин

Аннотация

Каждый из нас привык видеть вещества в трёх состояниях: газообразном, жидком и твёрдом. Ту же самую воду мы видим в этих состояниях. Когда мы выходим на улицу зимой и ловим рукой снежинку (это и есть твёрдое состояние воды) и она тает у нас на ладони, превращаясь в каплю воды (это жидкое состояние воды), то мы при этом видим два состояния воды, и как она из одного переходит в другое. Если рассмотреть снежинку поближе, то можно увидеть много маленьких кристаллов различной формы, из которых она состоит. Также и узоры, которые мороз рисует на окнах, тоже можно назвать кристаллическими. Когда мы смотрим на эти узоры, мы задумываемся, насколько бывают разнообразны формы кристаллов.

Нас это заинтересовало, и нам захотелось узнать из чего и как можно получить кристаллы ещё больше и красивее. А самое главное, что мы сами можем получить кристаллы и для этого достаточно химической лаборатории, которая находится у нас в школе. И поэтому мы решили изучить эту тему получше, побольше узнать о кристаллах, их строении, из чего и как их выращивают, сделать несколько опытов для получения кристаллов. И описание этих опытов, интересная информация и факты о кристаллах, которые мы нашли в ходе нашей работы, находятся в нашем проекте.

Отзыв

на исследовательскую работу «Выращивание кристаллов» учениц 6а класса, МОУ СОШ № 4, Титовой Анастасии.

Данная исследовательская работа выполнена в рамках внеурочной деятельности, кружка «Чудеса вокруг нас».

Содержит 19 страниц. В ходе выполнения исследования автор использовала 11 научных, литературных и Интернет источников. Авторы четко наметила задачи соответственно цели данной работы и умело осветила проблему данного вопроса.

Действуя принципу «Думай глобально, но действуй локально» авторы проекта умело наметили и провели ряд экспериментов: приготовили горячий насыщенный раствор какой-либо соли (хлорида натрия, сульфата меди или железа, и т. д.), осторожно охладили его, чтобы излишек растворенного вещества не выпал в осадок (такой раствор называется пересыщенным), и, наконец, ввели затравку - кристаллик той же соли, подвешенный на нитке. После этого прикрыли сосуд листком бумаги, поставили в вытяжной шкаф и следили, пока не вырастет крупный кристалл, на что несколько месяцев; в течение этого времени изредка подливали понемногу насыщенный раствор по мере испарения. Все результаты проведенных экспериментов авторы зафиксировали в виде дневника наблюдений, проанализировали и использовали в заключительной части проекта.

Результаты данного проекта заключаются в том, что:

1. Узнали много нового и интересного о формах и размерах, о способах выращивания кристаллов.

2. Сделали много опытов по выращиванию кристаллов. Большинство опытов получилось.

3. Выращенные кристаллы оставили в кабинете химии как экспериментальный

материал для отработки данной темы в рамках школьного научного общества, а также в качестве дидактического материала на уроках химии.

4. Удалось вырастить крупный кристалл медного купороса. Кристалл получился правильной формы, что может служить хорошим наглядным пособием для учителя на уроках химии.

В исследовании авторами научного проекта принадлежит достаточная степень самостоятельности, так как большинство результатов исследований проводились ими самостоятельно. Данная работа проводилась под руководством педагога, по составленной программе, включающей эксперименты.

Выявлены незначительные погрешности, не влияющие на качество данного проекта.

Заключение: рекомендую продолжить данные исследования по теме. Работу по выращиванию кристаллов можно продолжить, исследуя процесс роста кристаллов из растворов солей.

Научный руководитель: учитель химии и биологии МОУ СОШ № 4 Андреева Л.А.

Оглавление

Цель и задача работы..................................................................................................... 6

Введение.......................................................................................................................... 7

1 Теория кристаллов....................................................................................................... 9

1.1 Что такое кристалл?.................................................................... ............................ 10

1.2 Происхождение слова «кристалл»......................................................................... 10

2 Образование кристаллов............................................................................................ 11

2.1 Образование кристаллов в природе....................................................................... 11

2.2 Выращивание кристаллов в промышленности..................................................... 12

2.3 Выращивание кристаллов в домашних условиях................................................. 14

2.3.1 Приготовление раствора...................................................................................... 14

2.3.2 Фильтрация раствора............................................................................................ 14

2.3.3 Выращивание крупных одиночных кристаллов................................................ 15

2.3.4 Выращивание сростков кристаллов (друз)......................................................... 16

3 Мои результаты........................................................................................................... 17

Заключение.......................................................................................................... .......... 18

Список используемой литературы............................................................................... 19

Цель работы: - вырастить кристаллы веществ искусственным путем и выявить их особенности.

Задачи научной работы:

  • ознакомится с научно-популярной литературой по заданной теме;

  • изучить методики о способах искусственного выращивания кристаллов;

  • вырастить кристаллы поваренной соли, медного купороса, сернокислого калия и чистой меди;

  • описать результаты наблюдений и сделать выводы;

  • закрепить навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы.

Объект исследования: кристаллы

Предмет исследования: процесс кристаллизации

Гипотеза: мы предполагаем, что вырастить кристаллы, в лабораторных условиях возможно

Методы исследования:

  • работа с источниками информации

  • наблюдение

  • фиксирование результатов

Характер исследования: прикладной

Время проведения исследования: октябрь- март 2017 года

Прикладная ценность исследования:

· выращенные кристаллы послужат в кабинете химии как экспериментальный материал для отработки этой темы в рамках школьного научного общества, а также в качестве дидактического материала на уроках химии.

Введение

Нередко в земле находят камни такой формы, как будто их кто-то нарочно вырезал, отшлифовал и отполировал. Правильная форма этих многогранников, безукоризненная плоскость их гладких, блестящих граней поражает нас. Такие камни с природной, т. Е. Сделанной не руками человека, многогранной формой называют кристаллами. Кристаллы льда и снега – звёздочки снежинок, а также кристаллы прозрачного кварца – горного хрусталя – еще с незапамятных времён привлекали к себе внимание людей.

Кристаллы очень разнообразны и по величине и по форме. Одни из них – маленькие, узкие, острые, как иголки; другие - как столбы, достигают нескольких метров в длину; бывают кристаллы виде лепестков тоньше листа бумаги и в виде пластов в метр толщиной.

Раньше кристаллы считали редкостью, «игрой природы» и люди совсем не знали их строения. Но когда были, изобретены лупа и микроскоп, новый мир раскрылся перед людьми. Посмотрите в лупу на свежий излом гранита, мрамора, песчаника. Эти породы тоже состоят  из кристаллов, только очень мелких и тесно соприкасающихся друг с другом. Все металлы сложены из кристаллов. В глине, каучуке, саже, костях, волосах, волокнах шерсти, шёлка, целлюлозы найдены мельчайшие, даже в микроскоп не различимые, зёрна кристаллического строения.

Мы живём в мире кристаллов. Наши дома и города построены из камня и металла, т. е. в основном из кристаллов.

Мы каждый день едим кристаллы. Сахар, соль – это тоже кристаллы; их легко различить даже невооружённым взглядом.

Нет такого места на Земле, где - бы не было кристаллов. И не только на Земле! Из межпланетного пространства иногда прилетают к нам осколки небесных тел- метеоритов. Оказалось, что их строение ничем не отличается от строения наших земных минералов и горных пород: они тоже состоят из кристаллов.   

Итак, кристаллы повсюду. Они разнообразны, красивы, загадочны.

Развитие науки и техники привело к тому, что многие редко встречающиеся в природе кристаллы стали необходимыми для изготовления деталей приборов и машин, для выполнения научных исследований. Потребность во многих кристаллах возросла настолько, что удовлетворить ее за счет расширения масштабов выработки старых и поисков новых природных месторождений оказалось невозможно.

Кроме того, для многих отраслей техники и, особенно, для выполнения научных исследований все чаще требуются кристаллы очень высокий химической чистоты с совершенной кристаллической структурой. Кристаллы, встречающиеся в природе, этим требованиям не удовлетворяют, так как они растут в условиях, весьма далеких от идеальных.

Таким образом, возникла задача разработки технологии искусственного изготовления кристаллов многих элементов и химических соединений.

1 Теория кристаллов

1.1 Что такое кристалл?

Кристалл – это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами.

В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая вода превращается в кристаллы льда или снежинки.

Вы, конечно, обращали внимание на бесконечное разнообразие снежинок. Еще в 17 веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую (рис 1).

Рисунок 1 – Разнообразие снежинок.

Кристаллы – вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) «упакованы» в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Каждый, кто побывал в геологическом музее или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» вещества (рис.2, 3).

Рисунок 2 – Кристаллы лазурита.

Рисунок 3 – Кристаллы витерита.

1.2 Происхождение слова «кристалл»

Слово «кристалл» звучит почти одинаково во всех европейских языках. Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы, очень напоминающие чистый лед (рис.4). Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое описал стихами:

Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.Солнце не в силах затем камень такой растопить.

Аналогичный вывод сделали в древности в Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И даже в 19 в. поэты нередко соединяли воедино эти образы:

Едва прозрачный лед, над озером тускнея,Кристаллом покрывал недвижные струи.

А.С.Пушкин. К Овидию

Рисунок 4 – Друза горного хрусталя.

2 Образование кристаллов

2.1 Образование кристаллов в природе

Минеральные кристаллы образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.

Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.

Природа продолжает преподносить нам сюрпризы, создавая все новые чудеса. Совсем недавно, в 2000 году, в мексиканской пустыне Чихуахуа была открыта необычная пещера, где находятся самые большие природные кристаллы, которые когда-либо создавала природа (рис.5). Мегакристаллы селенита были сформированы гидротермальными жидкостями, исходящими от пещер, расположенных ниже.

Рисунок 5 – Пещера кристаллов

Селенит – разновидность гипса, отличающаяся характерным параллельно-волокнистым строением. Свое название селенит получил за красивые желтовато-серебристые лунные переливы на его поверхности (в Древней Греции Селеной называли богиню Луны).

В горе Найса на глубине 300 метров, в рабочей шахте, где велась добыча цинка, серебра и свинца, шахтеры совершенно случайно обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные кристаллы селенита. Эти невероятно красивые образования, созданные природой, образуют три полости, которые получили поэтические названия «Глаз Королевы», «Пещера Парусов» и «Стеклянная пещера».

Это самые большие из известных на сегодня природных кристаллов – полупрозрачные лучи неимоверной длины до 15 метров, диаметром 1,2 метра, весом не менее 55 тон каждый – волшебно-причудливым образом переплетены между собой и создают в пещере неимоверной красоты пейзаж. Но полюбоваться этой красотой непросто. Попасть в пещеру без специального обмундирования и оборудования невозможно без риска для жизни. Температура воздуха там составляет около 50 градусов Цельсия, а влажность – практически 100%! Даже в специальном костюме находиться в этих пещерах можно не очень долго – около часа.

Но не только это мешает спелеологам в путешествии по пещере гигантских кристаллов. Нагромождения кристаллов так причудливо сплетены, что порой между ними нельзя пройти человеку, но разрушать эту красоту у ученых и исследователей рука не поднимается.

Увидеть это природное чудо света все же возможно – здесь нам на помощь приходит фотография (Приложение А), но она, к сожалению, не может полностью передать «холодную» кристаллическую красоту подземных пустот, заполненных огромными кристаллами.

Исследователи уверены, что подобных пещер в мексиканской пустыне еще несколько, и они ждут своих первооткрывателей!

2.2 Выращивание кристаллов в промышленности

Начиная с XIX века появились технологии выращивания искусственных кристаллов. Некоторые из этих ювелирных камней настолько совершенны, что их крайне сложно отличить от натуральных. Синтетические кристаллы востребованы в промышленности и на рынке ювелирных изделий.

Первые успешные попытки синтеза драгоценных камней приходятся на конец XIX века. В 1877 году Эдмон Фреми и Шарль Фейль получили кристаллы рубина.

В 1902 году Огюст Вернейль смог синтезировать рубины методом плавления в пламени, положив начало промышленному синтезу ювелирных камней. Данный метод, с некоторыми изменениями, до сих пор остается одним из самых распространенных способов выращивания кристаллов ювелирного качества. Порошковая шихта, состоящая из оксида алюминия с добавлением 2% оксида хрома, помещается в печь. Под ударами молотка шихта попадает вниз, контактирует с кислородом и водородом, достигая в пламени температуры 2000оС. Капли расплавленного материала падают на стержень, на котором образуется шарик кристалла, медленно приобретающий грушевидную форму.

                     

Рисунок 6 – Схема аппарата Вернейля

и монокристалл корунда, полученный этим методом.

Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют. Например, фианиты – их название происходит от сокращения ФИАН – Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты – искусственные кристаллы, которые внешне очень похожи на бриллианты (рис.7).

Рисунок 7 – Фианит.

Исследователи из США сумели вырастить огромные кристаллы пирофосфата калия. Самый крупный из кристаллов весит 318 килограмм. Он рос в большом баке, где при температуре 65 градусов Цельсия испарялся раствор пирофосфата калия. Молекулы  отлагались на затравке размером меньше наперстка, и через 52 дня вырос прозрачный гигант почти без дефектов.

Кристаллы будут использоваться для сооружения сверхмощных лазеров.

2.3 Выращивание кристаллов в домашних условиях

2.3.1 Приготовление раствора

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.

2.3.2 Фильтрация раствора

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 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.

2.3.3 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.

2.3.4 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, мы приступили к выращиванию кристаллов

3 Мои опыты

3.1 Медный купорос

Самые быстрорастущие и красивые кристаллы в моей коллекции. Мною были выращены монокристаллы и друза (рис.9).

Рисунок 8 – Монокристаллы и друза медного купороса.

3.2 Поваренная соль

После приготовления раствора, я поместил в насыщенный раствор нитку. На следующий день нитка покрылась кристаллами соли. Взяв один из получившихся кристаллов, я решил использовать его в качестве затравки для монокристалла. К сожалению, монокристалл NaCl мне получить не удалось, ребро грани кристалла составляет всего 2 мм, поэтому вместо роста монокристалла, начинают образовываться рядом соседние кристаллики. Таким образом, получилась друза, напоминающая кубик. Неудивительно, ведь поваренная соль имеет кубическую сингонию.

Рисунок 9 – Кристаллы NaCl (поваренной соли)

3.4 Мои результаты

Выращивание кристаллов – очень интересный и увлекательный процесс.

К сожалению, в данном процессе присутствует элемент случайности. Вроде и раствор насыщенный, и охлаждается медленно, а кристалл не образовывается, или готовишь новый раствор для бóльшего роста кристалла, а утром видишь, что кристалл не только не стал больше, но и совсем растворился … Тем не менее, можно выделить общие признаки роста кристаллов.

Во-первых, чем насыщеннее раствор, тем быстрее вероятность образования кристалла. Чем лучше отфильтрован раствор, тем больше вероятность образования монокристалла, т.к. примеси, оставшиеся в растворе, служат дополнительными центрами кристаллизации. Если раствор охлаждать недостаточно медленно, то это, с большой долей вероятности, приведет к образованию друзы (сростка кристаллов), т.к. его молекулы не успеют построить правильный кристалл. А при слишком резком охлаждении образуется аморфное (стеклообразное) состояние вещества. Например, при очень быстром охлаждении (миллионы градусов в секунду) даже металлы можно получить в некристаллическом стеклообразном состоянии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе исследования гипотеза полностью подтвердилась. Задачи исследования выполнены.

Проведя научно-исследовательскую работу, пришли к следующим выводам:

infourok.ru


Смотрите также

НАС УЖЕ 77 321

Подпишись на обновления сайта! Получай статьи на почту: