Práce je věnována studiu procesu růstu krystalů doma. Cílem autora bylo vypěstovat si doma krystaly ze soli, cukru a síranu měďnatého a pozorovat proces krystalizace. Relevantnost studie je vysvětlena zájmem o tvorbu krystalů různých tvarů a barev v kteroukoli roční dobu.
Krystaly se nacházejí všude. Chodíme po krystalech, stavíme s krystaly, zpracováváme krystaly v továrnách, pěstujeme krystaly v laboratořích, jíme krystaly a léčíme se krystaly.
Krystalizace je proces tvorby krystalů. Začíná až při určité koncentraci látky v roztoku, za přítomnosti krystalizačního centra.
Existuje několik způsobů, jak vypěstovat krystal doma. První je ochlazením nasyceného roztoku, druhým odpařováním. Samotný proces pěstování není složitý, ale vyžaduje přesnost a přesnost. Úkolem laboratorní práce na pěstování krystalu je zjistit, co jsou krystaly, jakou mají strukturu a jak je pěstovat doma.
Krystaly (z řeckého krystallos, původně led), pevné látky, jejichž atomy nebo molekuly tvoří uspořádanou periodickou strukturu (krystalovou mřížku).
Krásné krystaly soli si doma vypěstujete za dva až tři týdny. K tomu budete potřebovat skleněnou nádobu, drát a nit, nezbytnou zásobu soli, jejíž krystaly vypěstujeme, pro nás je to síran měďnatý a kuchyňská sůl. Velmi efektně vypadají „doma vypěstované“ krystaly jasně modrého síranu měďnatého a dobré jsou i bezbarvé kostky kuchyňské soli.
Nejprve si připravte co nejkoncentrovanější roztok zvolené soli, přidejte sůl do sklenice vody, dokud se další porce soli nepřestane při míchání rozpouštět. Poté musíte směs zahřát, aby se zajistilo úplné rozpuštění soli. Výsledný koncentrovaný roztok nalijte do sklenice; Tam pomocí drátěné propojky zavěsíme na nit krystalické „semínko“ – malý krystal stejné soli – tak, aby bylo ponořeno v roztoku. Náš krystal vyroste na tomto „semínku“.
Tři dny po zahájení experimentu se na niti objevil krystal síranu měďnatého, podobný drahému kameni, a v další nádobě se objevily krystaly kuchyňské soli. Když krystaly dostatečně narostly a růst krystalů se po 15 dnech zastavil, vyndal jsem je z roztoku, vysušil a nalakoval.
Z krystalů můžete vyrobit figurky. K tomu připravte rám z drátu omotaný běžnými nitěmi, musí být spuštěn do nasyceného roztoku, okamžitě odstraněn a vysušen při pokojové teplotě. Vlákna jsou roztokem nasycena a po zaschnutí se na nich vytvoří drobné krystalky, které později poslouží jako „semínka“, na kterých krystalky vyrostou. Zdá se, že krystaly „vypadnou“ z roztoku, tzn. Týden nebyl žádný krystal a v jednom okamžiku se najednou objevil, ve skutečnosti krystaly rostou. Odhalit okem úplně počáteční okamžiky růstu je samozřejmě nemožné. Nejprve se několik náhodně se pohybujících molekul nebo atomů rozpuštěné látky shromáždí zhruba v pořadí potřebném k vytvoření krystalové mřížky. Taková skupina atomů nebo molekul se nazývá jádro. Zkušenosti ukazují, že jádra se tvoří častěji, pokud jsou v roztoku nějaká krystalizační centra. Středy krystalizace mohou být nečistoty na stěnách nádoby s roztokem, prachové částice, drobné krystalky rozpuštěné látky, takže pokud nádoba není čistá, pak krystaly rostou na dně a stěnách nádoby. To je to, co jsem dostal: krystaly vyrostly z čerstvě připravených roztoků. Není to moc krásné?
Dílo lze využít ve vzdělávacích institucích v rámci mimoškolních aktivit k pozorování zajímavého procesu pěstování krystalů.
Pěstování krystalů stolní soli
Pěstování krystalů síranu měďnatého
Rostoucí krystaly červené mědi
Něco z tekutých krystalů
Rostoucí krystaly Co potřebujete vědět!
Rostoucí krystaly — proces je velmi zajímavý, ale může být značně zdlouhavý. Je užitečné vědět, jaké procesy řídí její růst; proč různé látky tvoří krystaly různých tvarů a některé je netvoří vůbec; co je třeba udělat, aby byly velké a krásné.
Pokud krystalizace probíhá velmi pomalu, získáte jeden velký krystal (nebo jeden krystal, například při pěstování umělých kamenů), pokud rychle, získáte mnoho malých (nebo polykrystal, například kovy).
Pěstování krystalů doma vyráběné různými způsoby. Například chlazení nasyceného roztoku. Jak teplota klesá rozpustnost látek klesá (hlavně v případě bezvodé soli) a říká se, že se vysrážejí. Nejprve se v roztoku a na stěnách nádoby objeví drobná krystalová jádra. Když je chlazení pomalé a v roztoku nejsou žádné pevné nečistoty (řekněme prach), tvoří se málo zárodků, které se postupně mění v krásné krystaly pravidelného tvaru. Při prudkém ochlazení se objeví mnoho malých krystalů, téměř žádný z nich nemá správný tvar, protože jich roste mnoho a vzájemně si překážejí.
Rostoucí krystaly lze provést i jiným způsobem – postupným odstraňováním vody z nasyceného roztoku. A v tomto případě platí, že čím pomaleji se voda odstraňuje, tím lepší je výsledek. Nádobu s roztokem nechte dlouho otevřenou při pokojové teplotě, přikryjte ji listem papíru – voda se bude pomalu odpařovat a do roztoku se nedostane prach. Rostoucí krystal může být buď zavěšen v nasyceném roztoku na tenké pevné niti, nebo umístěn na dně nádoby. V druhém případě je třeba krystal periodicky otáčet na druhou stranu. Jakmile se voda odpaří, je třeba do nádoby přidat čerstvý roztok. I když měl náš původní krystal nepravidelný tvar, dříve nebo později opraví všechny své vady a získá tvar charakteristický pro danou látku, například se změní v osmistěn, pokud použijete kamencovo-draselnou sůl, nebo kosočtverec. pokud používáte síran měďnatý.
Rostoucí krystaly – proces je zábavný, ale vyžaduje pečlivý a pečlivý přístup k vaší práci. Teoreticky je velikost krystalu, který lze tímto způsobem pěstovat doma, neomezená. Jsou známy případy, kdy nadšenci obdrželi krystaly takové velikosti, že je bylo možné zvednout pouze s pomocí jejich kamarádů.
Existují však některé vlastnosti jejich skladování (samozřejmě každá sůl a látka má své vlastní vlastnosti). Pokud například krystal kamence necháte otevřený na suchém vzduchu, postupně ztratí obsaženou vodu a změní se v nenápadný šedý prášek. Pro ochranu před zničením jej můžete přetřít bezbarvým lakem. Síran měďnatý a kuchyňská sůl jsou stabilnější a můžete s nimi bezpečně pracovat.
Jak vypěstovat krystal
Vypěstujte si krystal mohou být vyrobeny z různých látek: například z cukru, dokonce i kamene – umělé pěstování kamenů, za dodržení přísných pravidel o teplotě, tlaku, vlhkosti a dalších faktorech (umělé rubíny, ametysty, křemen, citríny, moriony).
Doma to všechno samozřejmě nezvládneme, takže to uděláme jinak. Budeme růst krystaly soli. Všichni máme doma běžnou kuchyňskou sůl (jak jistě víte, její chemický název je chlorid sodný NaCl). Poslouží i jakákoliv jiná sůl (sůl z chemického hlediska), například ze síranu měďnatého nebo jakéhokoli jiného síranu (například síranu železnatého) můžete získat krásné modré krystaly. Můžete použít kamenec (dvojité kovové soli kyseliny sírové), thiosíran sodný (dříve používaný k fotografování). Všechny tyto soli (a sůl obecně) nevyžadují žádné zvláštní podmínky: vytvořili roztok, vhodili do něj „embryo“ (to vše je podrobně popsáno níže) a roste a každým dnem narůstá do výšky.
Ano, neměli byste barvit roztok tam, kde vám krystal roste, například barvami nebo něčím podobným – tím se pouze zkazí samotný roztok, ale nezbarví krystal! Nejlepší způsob, jak získat barevné krystaly, je vybrat si správnou barvu soli! Ale pozor: například krystaly žluté krevní soli mají červenooranžovou barvu – a roztok se změní na žlutou.
Nyní můžeme začít!
Pěstování krystalů stolní soli
Krystaly stolní soli — proces pěstování nevyžaduje žádné speciální chemikálie. Všichni máme kuchyňskou sůl (nebo kuchyňskou sůl), kterou přijímáme do jídla. Může se také nazývat kámen – vše je stejné. Krystaly kuchyňské soli NaCl Jsou to bezbarvé průhledné kostky. Pojďme začít. Roztok kuchyňské soli nařeďte následovně: nalijte vodu do nádoby (například sklenice) a vložte ji do pánve s teplou vodou (ne více než 50 °C – 60 °C). Samozřejmě ideálně, pokud voda neobsahuje rozpuštěné soli (tedy destilovaná), ale v našem případě můžete použít vodu z kohoutku. Nasypte kuchyňskou sůl do sklenice a nechte 5 minut, nejprve promíchejte. Během této doby se sklenice vody zahřeje a sůl se rozpustí. Je vhodné, aby teplota vody ještě neklesla. Poté přidejte další sůl a znovu promíchejte. Tento krok opakujte, dokud se sůl již nerozpustí a neusadí se na dně sklenice. Máme nasycený solný roztok. Nalijte ji do čisté nádoby o stejném objemu, zbavte ji přebytečné soli na dně. Vyberte si libovolný větší krystal kuchyňské soli, který se vám líbí, a umístěte jej na dno sklenice s nasyceným roztokem. Křišťál můžete svázat nití a zavěsit tak, aby se nedotýkal stěn sklenice. Teď musíme počkat. Již po několika dnech si můžete všimnout výrazného růstu krystalu. Každým dnem to bude přibývat. A pokud uděláte totéž znovu (připravte nasycený solný roztok a kápněte do něj tento krystal), pak poroste mnohem rychleji (krystal vyjměte a použijte již připravený roztok, přidejte do něj vodu a požadovaný podíl kuchyňské soli ). Pamatujte, že roztok musí být nasycený, to znamená, že při přípravě roztoku by sůl měla vždy zůstat na dně sklenice (pro jistotu). Pro informaci: ve 100 g vody o teplotě 20°C se může rozpustit přibližně 35 g kuchyňské soli. S rostoucí teplotou se zvyšuje rozpustnost soli.
Takto se pěstují krystaly kuchyňské soli (nebo krystaly soli, jejichž tvar a barvu preferujete)
Pěstování krystalů síranu měďnatého
Krystaly síranu měďnatého – pěstují se stejným způsobem jako u kuchyňské soli: nejprve se připraví nasycený solný roztok, poté se do tohoto roztoku přikape malý krystal síranu měďnatého dle vašeho výběru.
Pozornost! Síran měďnatý je chemicky aktivní sůl! Proto, aby byl experiment v tomto případě úspěšný, je třeba vzít destilovanou vodu, tzn. neobsahuje žádné další rozpuštěné soli. Je také lepší nepít vodu z kohoutku, protože za prvé obsahuje rozpuštěné soli a za druhé může být vysoce chlorovaná. Nečistoty (zejména tvrdé uhličitany) vstupují do chemických reakcí se síranem měďnatým, což způsobuje značné znehodnocení roztoku
Pokud bude vše v pořádku, budeme pokračovat. Pokud se rozhodnete nevylévat roztok z nádoby, ve které malý krystal původně rostl, pak krystal zavěste tak, aby se nedotýkal ostatních krystalů zbývajících na dně!
Krystaly se pěstují nejen z roztoků, ale také z roztavených solí. Pozoruhodným příkladem jsou žluté neprůhledné krystaly síry ve tvaru kosočtverce nebo podlouhlých hranolů. Ale zvláště nedoporučuji pracovat se sírou. Plyn vznikající při jeho odpařování je zdraví škodlivý.
Růstu jednotlivých krystalových ploch lze zabránit. K tomu je třeba tyto okraje nanést roztokem vazelíny nebo tuku.
Rostoucí krystaly mědi
Nyní pojďme růst červené krystaly mědi. Potřebujeme síran měďnatý, kuchyňskou sůl, ocelový plát ve tvaru průřezu nádoby (o něco menší obvod. Můžete použít ocelové piliny nebo knoflíky), kde vyrostou krystaly mědi, a kruh savého papíru ve tvaru sekce. Takže na dno láhve dejte trochu síranu měďnatého (nejlépe rovnoměrně po celé ploše). Navrch posypte kuchyňskou solí a celé to přikryjte vystřiženým kruhem z papíru. Položte na něj železnou desku (nebo ji naplňte ocelovými pilinami). To vše dohromady je nutné zalít nasyceným roztokem kuchyňské soli (my jsme takový roztok připravili z kuchyňské soli). Nechte nádobu asi týden. Během této doby vyrostou jehlicovité červené krystaly mědi. Když proces růstu probíhá, snažte se nádobou nehýbat a je také velmi nežádoucí odstraňovat krystaly z roztoku.
Můžete pěstovat vícebarevný a vícevrstvý krystal. Získávají se přípravou roztoků kamence (podvojné soli kyseliny sírové) a střídavým přenosem narostlého krystalu z jednoho roztoku do druhého.
Pokud mícháte horké koncentrované roztoky síranů hlinitých Al2(TAK4)3 a draslík K2(TAK4), a výsledný roztok se ochladí, poté z něj začne krystalizovat kamenec – podvojný síran draselný a hlinitý 2KAl(SO4)2•12N2A. Kamenec se rozpouští ve vodě takto: 5,9 g na 100 g vody při 20 °C, ale již 109 g při 90 °C, pokud jde o bezvodou sůl. Při skladování na vzduchu se kamenec rozptýlí. Při teplotě 92,5 °C tají ve své krystalizační vodě a při zahřátí na 120 °C se dehydratují a mění se na pálený kamenec, který se rozkládá až při teplotách nad 700 °C. Molekuly vody, které tvoří kamenec, jsou chemicky vázány na ionty draslíku a hliníku, takže soli kamence mají vzorec, který je správněji napsán jako komplexní sůl [K(H2O)6][Al(H2O)6](TAK4)2.
Tekuté krystaly jsou látky, které se chovají jako kapaliny i jako pevné látky. Molekuly v tekutých krystalech jsou na jednu stranu dost pohyblivé, na druhou stranu jsou pravidelně uspořádány, tvoří něco jako krystalickou strukturu (jednorozměrnou nebo dvourozměrnou). Často se i při mírném zahřátí naruší správné uspořádání molekul a z tekutého krystalu se stane obyčejná kapalina. Naopak při dostatečně nízkých teplotách zamrzají a mění se v pevné látky. Pravidelné uspořádání molekul v tekutých krystalech určuje jejich speciální optické vlastnosti. Jejich vlastnosti lze ovládat vystavením magnetickému nebo elektrickému poli. Používá se v LCD displejích na hodinkách, kalkulačkách, počítačích a televizorech nejnovějších modelů.
Fáze 1: Sůl, ze které vyroste krystal, rozpustíme v ohřáté vodě (je nutné ji zahřát, aby se sůl rozpustila o něco více, než se může rozpustit při pokojové teplotě). Sůl rozpouštějte, dokud si nejste jisti, že sůl již není rozpuštěna (roztok je nasycený!). Doporučuji používat destilovanou vodu (tj. bez jiných solí)
Fáze 2: Nalijte nasycený roztok do jiné nádoby, kde mohou růst krystaly (vzhledem k tomu, že se bude zvětšovat). V této fázi se ujistěte, že roztok příliš nevychladne.
Fáze 3: Na nit navažte krystal soli, nit přivažte např. na zápalku a zápalku položte na okraje sklenice (nádoby), kam se nalévá nasycený roztok (3. fáze). Krystal ponořte do nasyceného roztoku.
Krok 4: Přeneste nádobu s nasyceným roztokem a krystalem na místo, kde není průvan, vibrace a silné světlo (pěstování krystalů vyžaduje dodržování těchto podmínek).
Krok 5: Přikryjte nádobu s krystalem něčím nahoře (například papírem), abyste zabránili vnikání prachu a nečistot. Nechte roztok několik dní.
Je důležité si pamatovat!
1. krystal nelze z roztoku během růstu bez zvláštního důvodu odstranit
2. Nedovolte, aby se do nasyceného roztoku dostaly nečistoty, nejvýhodnější je použít destilovanou vodu
3. sledujte hladinu nasyceného roztoku, pravidelně (jednou za týden nebo dva) aktualizujte roztok, jak se odpařuje
Přepnout do angličtiny
Pěstování krystalů. Jak pěstovat krystal
Fáze 1: Rozpusťte sůl v ohřáté vodě
Krok 2: Míchejte, dokud se úplně nerozpustí (dokud se sůl již nerozpustí)
Fáze 3: Zavažte nit a spusťte ji do přesyceného roztoku
Fáze 4: Nechte roztok vychladnout a počkejte, až se objeví malé krystalky síranu měďnatého
Fáze 5: Krystal síranu měďnatého – pokud budete čekat déle!
