Cultivarea cristalelor și aplicarea lor

Obiective: de a găsi și de a arăta. că cristalul, indiferent de modul în care a fost obținut, respectă legea simetriei. Determinați principalele aplicații ale cristalelor.

Obiective: Achiziția de către cursanți:

abilități generale de învățare: lucrul cu literatura științifică, efectuarea de observații, efectuarea auto-monitorizării și auto-analiză.
cunoștințe și abilități speciale pe tema acestui proiect, abilitatea de a naviga în spațiul informațional, proiectarea independentă a cunoștințelor acestora.
cunoștințele și abilitățile de cercetare: formularea de ipoteze, evidențierea problemelor, planificarea experimentelor în conformitate cu ipoteza, tragerea concluziilor.

Aparatură și reactivi: echilibrul, containerele chimice (cupe, balon pâlnie), stativele, sârmă, filtre de apă, săruri (alaun de potasiu, sulfat de nichel, dicromat de potasiu, sulfat de cupru, azotat de aluminiu).

actualizare

Crystal, ca parte misterioasă și frumoasă a naturii, din cele mai vechi timpuri, a atras atenția oamenilor.

Cristalul servește, de obicei, ca simbol al naturii neînsuflețite. Cu toate acestea, linia dintre viață și neluare este foarte dificil de stabilit, iar conceptul de "cristal" și "viață" nu se exclud reciproc.

Cristalele naturale au provocat întotdeauna curiozitate în oameni. Culoarea, strălucirea și forma lor au atins simțul uman al frumuseții, iar oamenii s-au decorat cu ei înșiși și cu locuința. De mult timp, superstițiile au fost asociate cu cristale; ca amulete, acestea nu ar trebui să protejeze numai proprietarii lor de spirite rele, ci și să le dea puteri supranaturale.

Mai târziu, când aceleași minerale au început să fie tăiate și lustruite, ca niște pietre prețioase, multe superstiții s-au păstrat în talismani "pentru fericire" și "pietre lor" corespunzătoare lunii de naștere. Toate pietrele naturale prețioase, cu excepția opalului, sunt cristaline, iar multe dintre ele, cum ar fi diamantul, rubinul, safirul și smaraldul, se văd ca cristale tăiate perfect.

Cele mai cunoscute exemple de cristale: gheață, diamant, cuarț, sare de rocă. Cele mai multe solide nu posedă forma geometrică obișnuită a unui polyhedron cu fețe plate și muchii ascuțite caracteristice cristalelor. Cuvântul "cristal" provine din greacă - "gheață".

Apa este un solvent "universal"

Apa este cel mai frecvent solvent pentru substanțele solide, lichide și gazoase. Din viața de zi cu zi este bine cunoscut faptul că, dacă unele substanțe se dizolvă în apă, se formează soluții.

Soluțiile sunt sisteme omogene omogene care conțin două sau mai multe substanțe. Soluțiile pot fi nu numai lichide, ci și solide, de exemplu, sticlă, un aliaj de argint și aur. Sunt cunoscute și soluții gazoase, de exemplu aer. Cele mai importante și comune sunt soluțiile apoase.

Conform conceptelor moderne, dizolvarea este rezultatul interacțiunii chimice a unui solvent și a unei substanțe dizolvate, în timp ce se formează compuși moleculari. În soluții apoase, acești compuși sunt numiți hidrați și, în soluții neapoase, se numesc solvați.

Cristale în natură

Cristale de gheață și zăpadă

Cristale de apă înghețată, adică gheața și zăpada, sunt cunoscute tuturor. Aceste cristale aproape jumătate (ca în regiunile polare și pe tot parcursul anului) acoperă spațiu vast Pământ, se află pe vârfurile munților și glisiera cu ghețari lor, aisberguri plutesc în oceane.

Acoperirea de gheață a râului, o gheață sau un aisberg - asta, desigur, nu este un cristal mare. Masa densă de gheață este de obicei policristalină; constă dintr-un set de cristale individuale. Ele nu sunt întotdeauna distinse, pentru că ele sunt superficiale și toate se topesc împreună. Uneori, aceste cristale se disting prin topirea gheții, de exemplu, în gheață de gheață de primăvară pe un râu. Apoi vom vedea că gheața este ca și din „creion“, topită împreună ca într-un teanc pliat de creioane: bare Hexagonal paralele între ele și să stea în poziție verticală la suprafața apei; aceste "creioane" sunt cristale de gheață.

Se știe cât de periculoase sunt germenii de primăvară sau înghețurile de toamnă. Temperatura solului și a aerului scade sub zero, apele subterane și înghețarea sucurilor de plante, formând ace de cristale de gheață. Aceste ace ascuțite sfâșie țesuturile delicate ale plantelor, ridica frunzele, devin negre, tulpinile și rădăcinile sunt distruse. După nopțile înghețate, dimineața și pe teren, puteți vedea adesea cum "iarba de gheață" crește pe pământ. Fiecare tulpină de astfel de iarbă este un cristal transparent de gheață hexaedric. Acele de gheata ating o lungime de 1-2 cm, iar uneori ajung la 10-12 cm. Se întâmplă ca pământul să fie acoperit cu plăci de gheață, în picioare. Crescând din pământ, aceste cristale de gheață ridică pe capetele lor nisip, pietricele, pietricele cântărind până la 50-100g. Gheața este chiar împinsă din pământ și sunt purtate mici plante. Uneori crusta înghețată înconjoară planta, iar rădăcina strălucește prin gheață. De asemenea, se întâmplă ca peria de ace de gheață să ridice împreună o piatră grea, care nu poate fi mișcată de un singur cristal. Crăciunul "iarba de gheață" strălucește și strălucește irizat, dar numai razele soarelui se încălzesc, cristalele se învârt spre soare, cad și se topesc repede.

În primăvara înghețată sau în toamna de dimineață, când soarele nu a reușit încă să distrugă urmele înghețurilor de noapte, copacii și tufișurile sunt acoperite de mărăcini. Pe ramuri atârnă o picătură de gheață. Uită-te: în interiorul picăturilor de gheață sunt vizibile fascicule de ace fine hexaedrice subțiri - cristale de gheață. Frunzele acoperite de îngheț par a fi perii: pe măsură ce perii stau pe ele strălucitoare coloane hexagonale de cristale de gheață. O bogăție fabuloasă de cristale, o rochie de cristal decorată cu o pădure.

Fiecare cristal individual de gheață, fiecare fulg de zăpadă este fragil și mic. Pe fulgii de zăpadă este mai ușor să vă asigurați că forma cristalelor este corectă și simetrică. Surprinzător de diferite forme de stele de fulgi de zăpadă, dar simetria lor este întotdeauna aceeași: doar șase raze. De ce? Aceasta este simetria structurii atomice a cristalelor de zăpadă. Aceasta se aplică nu numai zăpezii. Formele de cristale pot fi foarte diverse, însă simetria acestor forme este unică pentru fiecare substanță, determinată de simetria și regularitatea structurii atomice a substanței date. Fulg de zăpadă poate fi doar șase-fascicul - aceasta este simetria structurii de cristale de zăpadă.

Cristale în nori

Gheața cristalină, ale cărei modele ciudate admiră în fulgii de zăpadă, pot distruge un avion în câteva minute. Icing - inamicul teribil al aeronavelor - este, de asemenea, rezultatul creșterii cristalului.

Aici avem de-a face cu creșterea cristalelor de la vaporii supraîncărcați. În straturile superioare ale atmosferei, vaporii de apă sau picăturile de apă pot persista pentru o perioadă lungă de timp într-o stare supercoolată. Subclinarea în nori ajunge la -30˚C. Dar, de îndată ce un avion care zboară în aceste nori supracoate, începe imediat o cristalizare rapidă. Instantaneu, planul se transformă într-o grămadă de cristale de gheață care cresc rapid.

Cristale în peșteri

Toată apa naturală - oceane, mări, lacuri, fluxuri și sursele de apă subterană - sunt soluții naturale, acestea sunt dizolvate au găsit pietre și în toate aceste soluții, există fenomene complexe de cristalizare.

Este deosebit de interesant cristalizarea apei subterane în peșteri. Trageți cu picătură apa și cădeți din seifurile pestera. Fiecare picătură este parțial evaporată, iar substanța care a fost dizolvată în ea rămâne pe tavanul peșterii. Deci, treptat se formează un mic tubercul pe tavanul peșterii, care apoi crește într-un gheață. Aceste ghete sunt formate din cristale. Unul câte unul, picăturile cad în mod regulat zi de zi, an după an, secole după secol. Sunetul căderii lor este ascultat sub arce. Iciclele se întind și se întind și spre ele încep să crească aceiași stâlpi lungi de gheață din partea de jos a peșterii. Uneori, ghețurile, care cresc de sus (stalactite) și de jos (stalagmite), se întâlnesc, se îmbină împreună și se formează coloane. Deci există în peșterile subterane figurate, ghirlande răsucite, colonade ciudate. Fabule, neobișnuit de frumoase, subterane, decorate cu grămezi fantastice de stalactite și stalagmite, împărțite în arcade de laturile de stalactite. În natură, cristalele de formă neregulată apar incomparabil mai des decât polihedra obișnuită. În albia râurilor, datorită fricțiunii cristalelor de nisip și pietre, colțurile cristalelor sunt șterse, cristalele multiple se transformă în pietricele rotunjite - pietricele; din acțiunea apei, a vântului, a înghețului, a cristalelor, a crăpate; în roci, granulele de cristal interferează unul cu celălalt și cresc în forme neregulate.

Fotografii ale cristalelor naturale din alimente.

Azish în Teritoriul Krasnodar (Republica Adygea).

Cristale care cresc de jos

Cristale care cresc de sus

Sala de coloane, care a crescut din cristale

Metode de creștere a cristalelor din soluții

Cristalizarea cu "semințe"

Fenomenul de cristalizare a sării nu este greu de reprodus experimental. Se dizolvă un vârf de sare de masă în apă și se toarnă apă sărată pe farfurie. Când apa se evaporă, priviți în lupă și veți vedea că pe farfurioară se află albul corect, cu dungi, fețele cuburilor de cristal. Cristale de sare de piatră (sare) formate din soluția din fața ochilor. Deci, în miniatură, se poate observa fenomenul de cristalizare a unei soluții, care, în natură, în lacurile saline și în apele subsolului, are loc la o scară gigantică.

De ce se separă cristalele de soluție? Pentru a înțelege acest lucru, este necesar să ne cunoaștem câteva proprietăți ale soluțiilor.

Încercați să se dizolve în apă, sare de masă: în sticlă fațete de apă se dizolvă 70 grame de sare, si daca freca sare, acesta va înceta să fie dizolvat și se va soluționa pe partea de jos. Același lucru pe care îl vezi cu zahăr: într-un pahar cu apă rece, se dizolvă aproximativ douăzeci de lingurițe de zahăr, iar apoi zahărul se va rezolva, de asemenea, la partea de jos, nu soluția. În 100 de grame de apă rece, numai o anumită cantitate de zahăr (194 grame), sare de masă (35 grame) sau orice altă substanță se poate dizolva. Cantitatea de substanță care se poate dizolva în 100 de grame de apă se numește solubilitatea acestei substanțe în apă; de exemplu, solubilitatea sării de masă în apă la temperatura camerei este de 35 grame. Solubilitatea depinde de temperatură. Încercați să dizolvați zahărul nu în apă rece, ci în apă fierbinte și veți fi siguri că, odată cu creșterea temperaturii, crește solubilitatea zahărului. Pentru diferite substanțe, solubilitatea depinde de temperatură în diferite moduri.

Astfel, la fiecare temperatură dată, numai o cantitate strict limitată de substanță, determinată prin solubilitatea sa, se poate dizolva în apă.

Luați un pahar de apă fierbinte și turnați orice substanță cristalină, solubilă în apă: hiposulfit, sodă, acid boric, alum. Dacă obțineți cristale mari, mai întâi rastolkite-le în pudră. Într-un pahar de apă fierbinte, se toarnă cât mai multă pulbere pe care se poate dizolva. Când pulberea se dizolvă complet se oprește și începe să se scufunde la fund, se toarnă soluția rezultată într-un alt pahar, astfel încât partea de jos a paharului cu soluția nu a primit nici boabelor de pulbere. Pentru aceasta, filtrați soluția prin hârtie filtrată sau printr-o cârpă curată. În soluția rezultată, cantitatea de substanță corespunde doar solubilității sale la o temperatură dată; soluția este "saturată", și mai mult nu poate absorbi granule de materie. O astfel de soluție este numită saturație. Acum lăsați sticla cu soluția și lăsați-o să se răcească. Când se răcește, solubilitatea aproape a tuturor substanțelor scade; în timp ce soluția noastră era fierbinte, într-un pahar de apă, să zicem că au fost dizolvate 12 linguri de substanță, în timp ce la temperatura camerei numai 10 linguri de substanță se dizolvă în ea. Astfel, acum soluția va fi o substanță în exces. Cu alte cuvinte, la o temperatură ridicată, soluția a fost saturată și, după răcire, a devenit suprasaturată. O astfel de soluție suprasaturată nu poate exista pentru o lungă perioadă de timp, astfel încât excesul de material este eliberat din soluție și se stabilește pe fundul sticlei. Uită-te la lupă și vei vedea că acest precipitat constă din cristale.

Substanța dizolvată cristalizează din soluțiile suprasaturate, deoarece este prea mult în soluție - mai mult decât soluția poate păstra în sine.

Cristale transparente de alum aluminocalic crescute dintr-o soluție apoasă în câteva ore. Pentru a prepara o soluție apoasă de alumocalic alum, este necesar să se dizolve 48 g alum alum alcalin în 400 cm3 de apă fierbinte. Dacă dizolvați 60g alum, obțineți o soluție care este suprasaturată la 15 ° C pentru 12g. Prin urmare, este necesar să se ia apă caldă: în frig, nu se va dizolva mai mult de 48g. Soluția suprasaturată va începe să cristalizeze dacă va intra în orice "grund". Pentru a face acest lucru, trebuie doar să deschideți capacul borcanului timp de una sau două secunde: în soluție se va obține o specie de alum din aer. De asemenea, este posibil să se adauge mai multe prafuri de alum la soluție cu un ac. Odată ajuns în soluția suprasaturată, motes alaun începe în aceasta să crească imediat, iar dacă cristalizarea este începută în soluție, nu se oprește până când nu va iesi in evidenta tot excesul de solut.

De asemenea, puteți crea un cristal mare. Pentru a face acest lucru, trebuie să se introducă sau să se pună pe firul soluției neîncălzite o mică "cultură" - cristalină. La început se va dizolva puțin și apoi va crește.

Dacă într-un vas cu o soluție pentru a coborî un obiect pe care sunt multe semințe, toate vor cristaliza cu cristale. Dip în fir soluție, care particulele de praf cristaline - incep sa se precipita cristalele, si ca rezultat creste „șirag de mărgele“ de cristale poliedrice. Astfel de linii de frumusete pot concura cu margele taiate artificial, dar, din pacate, cristalele crescute din solutii apoase tind sa dispara foarte repede si sunt usor distruse. Aceasta este dificultatea aplicării lor în tehnologie.

Puteți face figurine de cristale.

Pentru aceasta, este necesar să se pregătească o rană de sârmă cu fire normale sau vată de bumbac, se înmoaie într-o soluție saturată, se scoate imediat și se usucă la temperatura camerei. Firele sunt impregnate cu o soluție și, atunci când sunt uscate, se formează cele mai mici cristale, care mai târziu servesc ca "semințe". Apoi, coborâți acest cadru în soluție și construiți cristale pe el. Dacă puneți un copac sintetic de bomboană pliabil în soluție, având înfășurat trunchiul și ramurile cu fire, puteți crește un copac "acoperit de zăpadă". Este mai bine să nu luați alaun, și fosfat diacid de potasiu (KH2PO4) sau fosfat diacid de amoniu (NH4H2PO4), - cristale excelente care sunt cultivate pentru dispozitivele care controlează fasciculul Lazarus. Solubilitatea lor pe 100 g de apă:

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare