Из каких агрегатных состояний выращивают кристаллы

Из каких агрегатных состояний выращивают кристаллы

Как растут кристаллы

Кристаллы железного купороса или пищевой соды, растущие буквально на наших глазах и поражающие своими строгими геометрическими формами, никогда не перестанут удивлять.
Каким образом природе удается буквально за считанные часы создавать столь совершенные творения? Очень быстро, в течение нескольких дней, из приготовленного раствора вырастают кристаллы каменной (поваренной) соли и меди, сахара и алюмокалиевых квасцов.

Механизм роста кристаллов прост и сложен одновременно. В домашних и лабораторных опытах кристаллы обычно выращивают из пересыщенных водных растворов. Но они могут расти и из расплавов, кристаллы могут образоваться и при раскристаллизации гелей. При определенных условиях кристаллы могут менять свое строение, переходя из одной кристаллической формы в другую, с сохранением химического состава. Этот процесс носит название перекристаллизация.

Геометрический отбор растущих кристаллов при образовании друзы (схема)

Рост кристаллов (за исключением перекристаллизации) всегда является переходом из одного агрегатного состояния в другое (из газообразного — в твердое; из жидкого — в твердое). Для того, чтобы начался рост кристаллов из раствора, нужно, чтобы раствор был пересыщенным. Тогда, при снижении температуры, в растворе возникнут центры кристаллизации, микроскопические «зародыши» будущих великолепных кристаллов. Рассмотрим, для примера, поваренную (каменную) соль, формула которой известна каждому со школьных времен — NaCl. Если раствор пересыщен ионами натрия и хлора, они находятся на близком расстоянии друг к другу и между ними устанавливается химическая связь. Несколько молекул строятся в кубическую решетку, а к ним уже присоединяются другие ионы. Так образуется «зародыш» кристалла. Молекулы соединяются с друг с другом, в результате микроскопический кристаллик увеличивается и скоро становится видимым кубиком. Это идеальный вариант роста кристалла, который никогда не осуществляется на практике. Для того, чтобы получить идеальный кубик соли, нужно, чтобы «зародыш» неподвижно висел в растворе, не тонул и ни к чему не прикреплялся (хотя, в невесомости, возможно, когда-то и проведут такой опыт). К тому же, к кристаллу непрерывно и равномерно должен с определенной скоростью подаваться пересыщенный раствор и равномерно омывать его.

В условиях реального опыта (или в природе) раствор поступает к «зародышу» неравномерно, может меняться как скорость поступления, так и температура раствора. К тому же, в растворе образуется множество «зародышей». Поэтому из раствора вырастает множество кристаллов в виде агрегатов или друз (на твердой поверхности — основе), которые нарастают друг на друга, растут рядом, перекрывают друг друга.

При неравномерном, волнообразном поступлении пересыщенного раствора искажается форма кристалла, некоторые его грани не могут приобрести совершенные формы. Такой же процесс с образованием множества центров кристаллизации и зародышей происходит при росте кристаллов из насыщенной газами среды.

Самые совершенные кристаллы вырастают в тех местах, где раствор поступает равномерно и есть пространство для роста. Поэтому в любой друзе самыми большими и красивыми являются верхние кристаллы.

Исследования показывают, что самые большие и красивые кристаллы вырастают в условиях, когда центров кристаллизации мало, а пространство между ними велико.
Важен и еще один момент — чем дольше растет кристалл при сохранении оптимальных условий — тем совершеннее его грани. При очень быстром изменении температурных условий и концентрации вещества в растворе кристаллики вырастают очень мелкими (иногда их размеры не превышают несколько микрон).

В природе вырастают как очень мелкие, так и очень большие кристаллы. Так, кристаллы природного гипса могут достигать в длину 5-6 метров и более.

Цвет кристалла одного и того же минерала может быть различным из-за примесей, которые в момент его роста находились в растворе. Они встраиваются в кристаллическую решетку кристалла.

О том, как провести опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях, можно узнать, пройдя по ссылке.

Читать еще:  Как правильно выращивать пшеницу в домашних условиях?

Мексика, штат Чиуауа, пещера Найка. Кристаллы гипса

Твердые тела разделяют на аморфные тела и кристаллы. Отличие вторых от первых состоит в том, что атомы кристаллов располагаются согласно некоторому закону, образуя тем самым трехмерную периодическую укладку, что называется – кристаллическая решетка.

Этимология

Примечательно, что название кристаллов происходит от греческих слов «застывать» и «холод», и во времена Гомера этим словом называли горный хрусталь, который тогда считался «застывшим льдом». Сперва данным термином называли лишь ограненные прозрачные образования. Но позже, кристаллами стали звать также непрозрачные и не ограненные тела природного происхождения.

Кристаллическая структура и решетка

Идеальный кристалл представляется в виде периодически повторяющихся одинаковых структур – так называемых элементарных ячеек кристалла. В общем случае, форма такой ячейки – косоугольный параллелепипед.

Следует различать такие понятия как кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Первая – это математическая абстракция, изображающая регулярное расположение неких точек в пространстве. В то время как кристаллическая структура – это реальный физический объект, кристалл, в котором с каждой точкой кристаллической решетки связана определенная группа атомов или молекул.

Кристаллическая структура граната — ромб и додекаэдр

Основным фактором, определяющим электромагнитные и механические свойства кристалла, является строение элементарной ячейки и атомов (молекул), связанных с ней.

Анизотропия кристаллов

Главное свойство кристаллов, отличающее их от аморфных тел – это анизотропия. Это означает, что свойства кристалла различны, в зависимости от направления. Так, например, неупругая (необратимая) деформация осуществляется лишь по определенным плоскостям кристалла, и в определенном направлении. В связи с анизотропией кристаллы по-разному реагируют на деформацию в зависимости от ее направления.

Однако, существуют кристаллы, которые не обладают анизотропией.

Виды кристаллов

Сравнение структур монокристаллов и поликристаллов

Кристаллы разделяют на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллами называют вещества, кристаллическая структура которых распространяется на все тело. Такие тела являются однородными и имеют непрерывную кристаллическую решетку. Обычно, такой кристалл обладает ярко выраженной огранкой. Примерами природного монокристалла являются монокристаллы каменной соли, алмаза и топаза, а также кварца.

Сульфат алюминия-калия монокристалл

Немало веществ имеют кристаллическую структуру, хотя обычно не имеют характерной для кристаллов формы. К таким веществам относятся, например, металлы. Исследования показывают, что такие вещества состоят из большого количества очень маленьких монокристаллов — кристаллических зерен или кристаллитов. Вещество, состоящее из множества таких разноориентированных монокристаллов, называется поликристаллическим. Поликристаллы зачастую не имеют огранки, а их свойства зависят от среднего размера кристаллических зерен, их взаимного расположения, а также строения межзеренных границу. К поликристаллам относятся такие вещества как металлы и сплавы, керамики и минералы, а также другие.

Возможные способы роста и образования

  1. Кристаллизация путем возгонки. Подобный метод кристаллизации подразумевает переход вещества из газообразного состояния к твердому, минуя жидкую фазу. Подобный процесс в природе имеет место в вулканических трещинах или кратерах, когда вещество быстро остывает. Однако простейший пример – образование зимой снежинок из воды.

Кристалл воды — снежинка

Монокристалл рубина (корунд)

Другие факты

  • Имеет место такое явление как прорастание кристаллов. Это означает процесс, когда индивиды взаимно пересекаются и прорастают друг друга.
  • Существуют так называемые ионные кристаллы, которые состоят в основном из ионов, связь которых образуется за счет электростатического притяжения. К таким телам относят фторид калия и натрия, хлорид и бромид калия и др.
  • Существует 47 простых форм, из которых может состоять кристалл. Среди них: призма, пирамида, тетраедр, трапецоедр, ромбоедр и т.п.

Цель работы – самостоятельно вырастить кристаллы в домашних условиях из различных веществ. Задачи работы: * Узнать, что такое кристалл, какие бывают кристаллы, — презентация

Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемВячеслав Самошкин

Читать еще:  Хозяйство кавказ выращивает коров симментальской породы

Похожие презентации

Презентация на тему: » Цель работы – самостоятельно вырастить кристаллы в домашних условиях из различных веществ. Задачи работы: * Узнать, что такое кристалл, какие бывают кристаллы,» — Транскрипт:

2 Цель работы – самостоятельно вырастить кристаллы в домашних условиях из различных веществ. Задачи работы: * Узнать, что такое кристалл, какие бывают кристаллы, где они применяются; * Попробовать изменить цвет и форму кристалла; * Научиться соблюдать требования техники безопасности при проведении эксперимента.

3 Перед тем, как приступить к выполнению работы, я посетил Уральский Геологический музей. Музей разносторонне показывает уральский камень и руды Урала не только в том виде, в каком они встречаются в природе, но и во всевозможных продуктах и изделиях из них. Хотя музей в настоящее время насчитывает свыше 30 тысяч экспонатов, в постоянной экспозиции музея находится только около десяти тысяч собранных богатств. Остальные, скрытые от глаз, таятся в многочисленных запасниках фондах.

4 Кристалл это обычно твердое вещество, но бывают и жидкие кристаллы. Каждое вещество состоит из маленьких частиц (молекул или атомов). Можно назвать их кирпичиками. Обычно в веществе кирпичики разные и по-разному соединяются друг с другом, т. е. получаются странные узоры. А в кристалле кирпичики одинаковые, они одинаково соединяются друг с другом, повторяются в точно такой же последовательности по всему веществу, т. е. получаются узоры правильной формы. Большинство горных пород и минералов состоит из кристаллов. ПИРИТГОРНЫЙ ХРУСТАЛЬКРИСТАЛЛ РУБИНА

5 Величина кристаллов иногда достигает человеческого роста. В Восточном Оренбуржье в бассейне р. Джаман-Акжар найден кристалл горного хрусталя длиной 170 см, 80 см в поперечнике и весом 784кг. Он назван «Малюткой». Его возраст миллионов лет. Кристалл «Малютка» установлен перед входом в Уральский геологический музей.

6 В 2000 г. в мексиканской пустыне Чиуауана глубине 300 метров была обнаружена Пещера Гигантских Кристаллов. Пещера является естественным скоплением гигантских кристаллов. Кристаллы состоят из селенита и являются самыми большими из когда-либо обнаруженных на Земле. Их размеры составляют до 4 метров в диаметре, 11 метров в длину, весом они до 55 тонн. Ближе к поверхности земли рядом с Пещерой Кристаллов на глубине 120 метров находится Пещера Мечей. Ее стены усеяны кристаллическими «кинжалами». В этой пещере гораздо больше кристаллов, но они намного меньше, как правило, до метра в длину.

7 В настоящее время кристаллы имеют большое распространение в науке и техники, так как обладают особыми свойствами. Кристаллы нашли своё применение в различных областях: для изготовления украшений, в технике, например рубиновый лазер, жидкокристаллические экраны и т.д

8 Кристаллы возникают при переходе вещества из любого агрегатного состояния (расплавы, растворы, пары) в твердое. Застывание магмы – это процесс роста кристаллов из расплавов Отложение солей из насыщенных соляных источников Примерами кристаллов из паров являются снежинки, иней Агат образуется в пустотах при застывании вулканической магмы

9 После посещения Горного музея возникло желание самостоятельно вырастить кристаллы из следующих веществ: — соль поваренная; — соль поваренная с добавлением раствора бриллиантовой зелени (зеленки); — соль морская; — квасцы жженые; — сахар; — медный купорос; — железный купорос; — детский набор для выращивания — кристаллов желтого и зеленого цветов.

10 Весь процесс выращивания кристаллов можно разделить на несколько этапов. Этап 1: Приготовление раствора. В кипящей дистиллированной воде растворяем вещество, из которого будет расти кристалл. Растворяется вещество до тех пор, пока не будем уверены, что вещество уже больше не растворяется (такой раствор называется насыщенный). Этап 2: Насыщенный раствор переливается в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). Этап 3: Привязывается на нитку «затравка» (крупный кристаллик вещества, который растворяли; пуговица; камешек и т.д.), нитку крепится, например, к карандашу который кладется на край стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор.«Затравка» опускается в насыщенный раствор. Этап 4: Ёмкость с насыщенным раствором и «затравкой»переносится в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий). Этап 5: Ёмкость с насыщенным раствором и «затравкой» накрывается чем-нибудь сверху (например, бумагой), чтобы защитить раствор от попадания пыли и мусора. Оставляем раствор на несколько дней. Этап 6: Наблюдение за ростом кристаллов.

Читать еще:  Где в россии выращивают цикорий в промышленных масштабах

11 * детского набора для выращивания кристаллов желтого цвета. * соли морской; * соли поваренной (с «затравкой», без «затравки», с «затравкой» со сменой температуры); * медного купороса * соли поваренной с добавлением зеленки; * сахара; * квасцов жженых.

12 В одной банке с поваренной солью начался рост кристаллов. Кристаллик вырос примерно на 1 сантиметр и пять миллиметров В другой банке, где соли в растворе было очень много и не растворившаяся соль находилась на дне банки кристалл вырос на три сантиметра. На стенках банки образовался осадок Кристаллик из поваренной соли, в раствор которой была добавлена зеленка стал расти с чуть заметным зеленым оттенков. Оттенок появился от окрашенной зеленкой нитки.

13 Кристаллики из детского набора подросли еще примерно на сантиметр. Они сформировались в красивую друзу. Кристаллы из квасцов никак не изменились. В банке с медным купоросом я не заметил никаких изменений, кроме более сильного осадка на стенках банки и, поэтому не стал вытаскивать нитку из раствора.

14 Из морской соли вырос кристалл длиной примерно 7 сантиметров. Отдельные кристаллики имеют кубическую форму. Из поваренной соли выросли: * «Снежинка» примерно 4 сантиметра * В другой банке вырос кристаллик длиной примерно в 5 сантиметров

15 Самое интересное произошло с раствором медного купороса.

16 17 февраля 2013 г. из нового детского набора поставил выращиваться желтый кристалл. 25 февраля 2013 г. кристаллы из детского набора выглядели так: 26 февраля 2013 г. Поставил дополнительно раствор из железного купороса. Раствор был буро-коричневого цвета. Также я поставил новый раствор из детского набора зеленого цвета. Кристаллы железного купороса. 11 марта 2013 г.:

17 Во время проведения опыта, когда появились первые результаты, я задумался, а что будет, если в насыщенный раствор опустить какой-нибудь предмет? Вырастит ли кристалл на конкретном предмете так, как он растет на нитке? Для этого в насыщенный раствор соли погрузили пластмассовую снежинку и искусственный цветок. Закрыл все пленкой и в течение месяца не открывал. В результате на цветочке и на снежинке образовались маленькие кристаллики.

18 Выводы: * Эксперимент был завершен 11 марта 2013г. Кристаллы росли 45 дней. * Выросшие кристаллы оформлены в коллекцию. Кристаллы можно получить из некоторых веществ в домашних условиях, только нужно знать способы их выращивания. Кристалл растёт потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое, так как «кирпичики» притягиваются друг к другу и самостоятельно занимают своё место. У меня не получилось изменить цвет кристаллов при помощи зеленки. Для того чтобы вырастить большие и красивые кристаллы, нельзя при росте без особой причины вынимать их из раствора. Не нельзя допускать попадание мусора в насыщенный раствор, это может сильно замедлить рост кристалла (или кристалл вообще не вырастит). При выращивании кристаллов необходимо соблюдать правила техники безопасности, пользоваться перчатками, очками и выполнять все операции под наблюдением взрослых. Ведь большинство веществ, используемых при выращивании кристаллов, являются ядовитыми.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector