Як виростити кристали із солі чи цукру будинку

Вирощування кристалів із солі або цукру – це не тільки захоплююче заняття, але й можливість прикрасити будинок, урізноманітнити його інтер'єр. червоному, яскраво блакитному, синьому, зеленому, червоному тощо. Сам же досвід є досить цікавим процесом, за яким буде цікаво спостерігати людям будь-якого віку.

Матеріали та інструменти

Практично все необхідне можна знайти в будь-якому будинку, незважаючи на те, що процес вирощування досить простий.

Замислюючись про те, як виростити кристал із солі, варто запастися терпінням.

• Поварена сіль чи цукор;
• дистильована вода;
• Прозорий лак для надання блиску майбутньому виробу із солі;
• Олівець чи паличка для підвішування нитки;
• Склянка або ємність, яка виконана з матеріалу, що не вступає в реакцію з матеріалом, що використовується;
• Дерев'яна палиця для перемішування маси;
• Дріт або щільна нитка, які будуть основою майбутнього виробу;
• Папір серветки для видалення надлишок води.

Як матеріал для вирощування домашніх кристалів можна використовувати цукор або сіль, який можна купити за посиланням: каталог . При цьому процес вирощування практично не відрізняється.

Процес вирощування кристалів

Як зробити кристал потрібного розміру і кольору? Достатньо дотримуватися покрокової інструкції:

• Підготувати воду і залити в ємність, яка не вступає в реакції з матеріалом. Температура води повинна дорівнювати приблизно 55 градусам.
• Насичений розчин солі або цукру – основна умова для початку процесу вирощування мікроліту після збирання всіх матеріалів та інструментів. Достатньо додати сіль у воду у співвідношенні 3 до 1 так, щоб отримана маса стала каламутною, і перемішування стало більш скрутним.
• Приготовлену масу необхідно перемішувати на водяній бані до отримання однорідної консистенції.
• Для очищення отриманої маси можна процідити за допомогою серветки.
• Взяти основу для майбутнього виробу, наприклад, нитку і на її кінчик за бажанням прив'язати кристал солі або цукру. Далі відпустити його у приготовлений розчин. Інший кінець нитки прив'язати до олівця або палички, які будуть служити поперечиною, і встановити на шийку ємності, щоб нитка була на вазі.
• Накрити ємність і всю конструкцію серветкою, щоб усередину не потрапляли порошинки, ворсинки та інші зайві частинки.
• Перемістити ємність у частину приміщення, у якій відсутні перепади температури.

У процесі вирощування домашніх кристалів не можна торкатися нитки. Для здійснення контролю за швидкістю зростання необхідно використовувати прозору ємність, щоб зовні спостерігати за досвідом, швидкістю зростання і формою мікроліта, що проводиться.Зробити зростання кристала рівномірним можна, постійно переміщуючи поперечину навколо осі ємності.

Як зробити кристал певного кольору

Щоб зробити кристала певного кольору чи структури, потрібно вдатися до деяких хитрощів. Потрібно використовувати додаткові компоненти.

Наприклад, мідний купорос пофарбує мікроліт насичений яскраво-блакитний відтінок. Достатньо додати його до дистильованої води до повного розчинення. Далі відпустити ниточку в рідину на кілька годин, в результаті чого утворюється кілька маленьких каменів. Після взяти один із них, прив'язати до нитки і відпустити в соляну масу. В результаті утворюється домашній кристал у насиченому яскраво-блакитному кольорі.

Для отримання кристаліка практично будь-якого кольору можна пофарбувати морську сіль або цукор за допомогою харчового барвника і продовжити процес вирощування мікроліту.

Якщо пофарбувати виріб захотілося після його вирощування, то можна просто пофарбувати його за допомогою кольорового лаку для нігтів.

Що впливає на зростання виробу

Є деякі умови, які впливають на зростання кристала, що вирощується. Це вологість повітря, вид цукру або солі, насиченість розчину, основа і температура повітря.

Однак є певні хитрощі, за допомогою яких можна вплинути на його зростання та розмір. Наприклад, можна щотижня додавати в склянку новий сольовий розчин, завдяки якому кристал швидко виросте у розмірі, і матиме незвичайну форму.

Як відокремити та зберегти кристалик

Після вирощування кристаликів у домашніх умовах необхідно витягнути нитку зі склянки. Якщо він приріс до стінки ємності, необхідно акуратно за допомогою ножа його від'єднати і після дати трохи підсохнути.Після цього можна закріпити отриманий результат, профарбувавши його кольоровим або безбарвним лаком для блиску.

Чому досвід може не виправдати очікування?

Зробити мікроліт у домашніх умовах важливо за дотримання деяких правил. Порушення хоча б одного з них може призвести до несподіваного результату:

• Попадання пилу, порошок та інших частинок всередину ємності може призвести до утворення кількох маленьких кристаликів;
• Недостатньо насичена сольова маса може зробити досвід невдалим;
• Нерівномірне фарбування одержаного мікроліту може стати наслідком поганого перемішування розчину.

Застосування

Результатом хімічного досвіду стане камінь надзвичайної краси. Його можна використовувати як декор приміщення або подарунка, виконаного своїми руками. Його також можна сприймати як досвід, за яким можна спостерігати щодня.

Кристаліки із солі або цукру відрізняються не лише красою, а й тривалим терміном існування при зберіганні в умовах кімнатної температури.

Вирощування кристалів у домашніх умовах

1. Теорія кристалів.
Кристали - це тверді тіла, атоми або молекули яких займають певні, упорядковані положення у просторі. Тому кристали мають пласкі грані. Наприклад, крупинка звичайної кухонної солі має плоскі грані, що становлять один з одним прямі кути. Кристалічну структуру мають метали. Якщо взяти порівняно великий шматок металу, то, на перший погляд, його кристалічна будова ніяк не проявляється ні в зовнішньому вигляді шматка, ні в його фізичних властивостях. Метали у звичайному стані не виявляють анізотропії. Справа тут у тому, що зазвичай метал складається з величезної кількості маленьких кристаликів, що зрослися один з одним.Властивості кожного кристала залежать від напрямку, але кристали орієнтовані по відношенню один до одного безладно. В результаті в обсязі, що значно перевищує обсяг окремих кристаликів, всі напрямки всередині металів рівноправні та властивості металів однакові за всіма напрямками. Тверде тіло, що складається з великої кількості одиночних кристаликів, називають полікристалічним. Поодинокі кристали називають монокристалами. До полікристалів належать не лише метали. Більшість кристалічних тіл — полікристали, оскільки вони складаються з безлічі кристалів, що зрослися. Поодинокі кристали — монокристали мають правильну геометричну форму, та його властивості різні в різних напрямах.

Рідкі кристали - Речовини, які поводяться одночасно як рідини і як тверді тіла. Молекули в рідких кристалах, з одного боку, досить рухливі, з іншого — розташовані регулярно, утворюючи подібність до кристалічної структури (одномірної або двовимірної). Часто вже при невеликому нагріванні правильне розташування молекул порушується і рідкий кристал стає звичайною рідиною. Навпаки, за досить низьких температур рідкі кристали замерзають, перетворюючись на тверді тіла. Регулярне розташування молекул у рідких кристалах зумовлює їх особливі оптичні властивості. Властивості рідких кристалів можна керувати, піддаючи їх дії магнітного або електричного поля. Це використовується в рідкокристалічних індикаторах годинників, калькуляторів, комп'ютерів та останніх моделей телевізорів. Дотримуючись великих застережень, можна виростити кристал великих розмірів — монокристал.

У звичайних умовах полікристалічне тіло утворюється в результаті того, що зростання багатьох кристалів, що почалося, триває доти, поки вони не приходять в дотик один з одним, утворюючи єдине тіло — полікристал (рис. 1).

Малюнок 1. Полікристал міді

Щоб виростити кристал, корисно знати, які керують його зростанням; чому різні речовини дають кристали різної форми, а деякі зовсім не утворюють кристалів; що треба зробити, щоб кристали вийшли великими та красивими.

Якщо кристалізація йде дуже повільно, то виходить один великий кристал, якщо швидко безліч дрібних кристалів Вирощування кристалів виробляють різними способами:

1. Охолодження насиченого розчину.

Зі зниженням температури розчинність більшості речовин зменшується, і вони, як то кажуть, випадають в осад. Спочатку в розчині та на стінках судини з'являються крихітні кристали-зародки. Коли охолодження повільне, а в розчині немає твердих домішок (скажімо, пилу), зародків утворюється небагато, і поступово вони перетворюються на красиві кристали правильної форми. При швидкому охолодженні центрів кристалізації виникає багато, сам процес триває активніше, і правильних кристалів у своїй не вийде (див. рис. 2)

Малюнок 2. На стінках судини утворилися безліч різних дрібних кристаликів

2.Поступове видалення води з насиченого розчину

В цьому випадку, чим повільніше видаляється вода, тим краще виходять кристали. Можна залишити відкритий посуд з розчином при кімнатній температурі на тривалий термін - вода при цьому випаровуватиметься повільно (особливо якщо зверху покласти аркуш паперу або прикрити марлею).Зростаючий кристал можна підвісити в насиченому розчині на тонкій міцній нитці, або покласти на дно судини. В останньому випадку кристал періодично треба повертати на інший бік. У міру випаровування води до посудини слід підливати свіжий розчин (див. рис. 3).

Малюнок 3. Кристал, отриманий на дні судини з розчину мідного купоросу з додаванням солі та залізної тирси

3. Швидке видалення води з насиченого розчину

У цьому випадку кристали виходять правильної форми, з гострими гранями, але дрібними (розчин знаходився в широкій посудині поруч із нагрівачем) (див. рис. 4).

Рисунок 4. Монокристали, отримані при швидкому випаровуванні розчину

Вирощування кристалів - процес цікавий, цікавий, але вимагає дбайливого та обережного ставлення до своєї роботи. Іноді кристалізатор необхідно чистити: зливати розчин і видаляти дрібні кристали, що наросли на основному, а також на стінках і дні судини. Теоретично розмір кристала, який можна виростити у такий спосіб, необмежений. Якщо вирощений кристал залишити відкритим у сухому повітрі, він, поступово втрачаючи воду, що міститься в ньому, перетвориться на непоказний сірий порошок. Щоб захистити кристал від руйнування, можна покрити безбарвним лаком.

Методи вирощування кристалів

У дослідницьких лабораторіях та промисловості вирощують кристали з пари, розплавів та розчинів, з твердої фази, синтезують шляхом хімічних реакцій, здійснюють електролітичну кристалізацію, кристалізацію з гелів та інші. В даний час для отримання досконалих кристалів великого діаметра найчастіше застосовують такі методи вирощування:
- з газової (парової) фази при градієнті тиску,
- з розплавів при температурному градієнті,
- З розчинів при градієнті концентрації на межі розділу кристал-розчин.

Кристалізація з парової (газової) фази широко використовується для вирощування як масивних кристалів, так і епітаксійних плівок, тонких (полікристалічних або аморфних) покриттів, ниткоподібних і пластинчастих кристалів. кристалізується, речовина надходить до зростаючого кристала у вигляді власного пари, що складається з молекул їх асоціацій – димерів, триммерів і так далі.

Кристалізація з розплаву - це найбільш поширений спосіб вирощування монокристалів. В даний час більше половини технічно важливих кристалів вирощують з розплаву. 1]. Методами кристалізації з розплаву вирощують елементарні напівпровідники та метали, оксиди, галогеніди, халькогеніди, вольфрамати, ванати, ніобати та інші речовини. У ряді випадків з розплаву вирощуються монокристали, до складу яких входить п'ять і більше компонентів.При кристалізації з розплаву важливо враховувати процеси, що впливають на склад розплаву (термічна дисоціація, випаровування, взаємодія розплаву з навколишнім середовищем), процеси на фронті кристалізації, процеси теплоперенесення в кристалі та розплаві, процеси масопереносу (перенесення домішок, зумовлене конвекцією та дифузією в розплаві) [2].

Кристалізацію з розчинів застосовують при вирощуванні речовин, що розкладаються при температурах нижче температури плавлення. Зростання кристалів здійснюється при температурах нижче за температуру плавлення, тому в вирощених такими методами кристалах відсутні дефекти, характерні для кристалів, вирощених з розплаву. При вирощуванні кристалів із розчинів рушійною силою процесу є пересичення. Методом температурного перепаду вирощують, наприклад, кристали дигідрофосфату калію та дигідрофосфату амонію. Швидкість зростання кристалів за таких умов становить близько 1 мм/сут. Кристали вагою 400 г зростають протягом 1,5-2 місяців [2].

Кристали та їх застосування.

Живучи на Землі, складеній кристалічними породами, ми, безумовно, ніяк не можемо відволіктися від проблеми кристалічності: ми ходимо кристалами, будуємо з кристалів, обробляємо кристали на заводах, вирощуємо їх в лабораторіях, широко застосовуємо в техніці та науці, їмо кристали, лікуємося ними. Вивченням різноманітності кристалів займається наука кристалографії. Вона всебічно розглядає кристалічні речовини, досліджує їх властивості та будову. У давнину вважалося, що кристали є рідкістю. Справді, перебування у природі великих однорідних кристалів – явище нечасте. Однак дрібнокристалічні речовини зустрічаються дуже часто.Так, наприклад, майже всі гірські породи: граніт, пісковики, вапняк-кристалічні. У міру вдосконалення методів дослідження кристалічними виявилися речовини, які раніше вважалися аморфними. Зараз ми знаємо, що навіть деякі частини організму кристалічні, наприклад, рогівка ока, вітаміни, мієлінова оболонка нервів – це кристали. Довгий шлях пошуків і відкриттів, від виміру зовнішньої форми кристалів углиб, у тонкощі їхньої атомної будови ще завершено. Але тепер дослідники досить добре вивчили його структуру та вчаться керувати властивостями кристалів.

Кристали – це красиво, можна сказати, якесь диво, вони притягують до себе, є проміжною ланкою між живою і неживою матерією. Кристали можуть зароджуватися, старіти, руйнуватися. Кристал, коли росте на затравці (на зародку), успадковує дефекти цього зародка.

Кристал чудодійний своїми властивостями, він виконує різні функції. Ці властивості закладені в його будові, яка має ґратчасту тривимірну структуру. Як приклад використання кристалів можна взяти кристал кварцу, що використовується у телефонних трубках. Якщо на пластинку з кварцу впливати механічно, то у ній у відповідному напрямку виникне електричний заряд. У трубці мікрофона кварц перетворює механічні коливання повітря, викликані говорящим, електричні. Електричні коливання в трубці абонента перетворюються на коливальні, і, відповідно, він чує мовлення. Будучи ґратчастим, кристал обмежується і кожна грань, як особистість, своєрідна. Якщо грань щільно упакована у ґратах матеріальними частинками (атомами чи молекулами), це дуже повільно зростаюча грань. Наприклад, діамант.У нього грані мають форму октаедра, вони дуже щільно упаковані атомами вуглецю, і відрізняються тому і блиском, і міцністю.

Практична частина

Назва роботи: Вирощування кристалів кухонної солі, мідного купоросу та цукру в домашніх умовах

Ціль: Виростити кристали з насичених розчинів солі, мідного купоросу, цукру та переконатися на досвіді в тому, що кристали цих речовин мають правильну форму.

Актуальність вибраної теми.

Навколишній світ складається з кристалів, можна сказати, що ми живемо у світі кристалів. Житлові будівлі та промислові споруди, літаки та ракети, теплоходи та тепловози, гірські породи та мінерали складаються з кристалів. Ми їмо кристали, лікуємося ними і частково складаємося з кристалів.
Кристали – це речовини, у яких дрібні частки “упаковані” у порядку. У результаті зростання кристалів з їхньої поверхні мимоволі виникають плоскі грані, а самі кристали приймають різноманітну геометричну форму. Цікаве походження слова "кристал". Багато століть тому у снігах Альп на території сучасної Швейцарії знайшли дуже гарні безбарвні кристали, що нагадують чистий лід. Стародавні натуралісти так їх і назвали - "кристаллос", грецькою лід. Вважали, що крига, перебуваючи тривалий час у горах, на сильному морозі, скам'янює і втрачає здатність танути. Аристотель писав, що “кристаллос народжується із води, коли вона повністю втрачає теплоту”. Ще в середньовіччі цей термін "кристал" застосовувався виключно до кварцу. Разом з тим більшість природних мінералів має кристалічну будову. Перші мінералоги цікавилися передусім саме формою кристалів, різноманітність якої вражає. Відомий російський кристалограф Є.С.Федоров, який теоретично вивів закони побудови кристалів, говорив: "Кристали блищать симетрією". Кристали справді такі гарні собою, що ними можна милуватися годинами. Багато вчених, які зробили великий внесок у розвиток хімії та мінералогії, розпочинали свої перші досліди з вирощування кристалів, намагаючись зрозуміти, як вони утворюються.

І я вирішив розпочати свою дослідницьку роботу, поставивши за мету: отримати кристали різних речовин у домашніх умовах.

Мета дослідження: дослідження залежності форми та розмірів кристалів від температури

Завдання дослідження:
1. Виростити монокристал.
2. Виростити полікристал.

Об'єкт дослідження:
1. розчин мідного купоросу
2. розчин кухонної солі
3. розчин цукру

Предмет дослідження: кристали солі та цукру

Експеримент № 1. Вирощування кристалів кухонної солі

Цей процес не потребує наявності якихось особливих хімічних препаратів. Кристали кухонної солі NaCl є безбарвними прозорими кубиками.
Насипав харчову сіль у склянку з водою при температурі 20°З залишив на кілька хвилин, попередньо перешкодивши. За цей час сіль розчинилась. Потім додав ще сіль і знову перемішав. Повторював цей етап доти, доки сіль вже не буде розчинятися і осідатиме на дно склянки. Так я отримав насичений розчин солі. Перелив його в чисту склянку такого ж об'єму, позбавившись при цьому надлишок солі на дні. Вибрав один великий кристалик кухонної солі і поклав його на дно склянки з насиченим розчином. Вже через 3 дні було помітно значне для кристаліка зростання. З кожним днем ​​він зростав.Потім проробив все те ще раз (приготував насичений розчин солі і опустив у нього цей кристалик), він став рости набагато швидше - від розмірів 0,3 до 0,9 см за наступні 3 дні (див. рис. 5)

Малюнок 5. Безбарвні прозорі кубики кухонної солі

Експеримент №2. Вирощування кристалів мідного купоросу

Розчин мідного купоросу приготував наступним чином: налив води в склянку (200 г) і поставив його в каструлю з теплою водою при 50°З почав розчиняти 100 г порошку мідного купоросу. Так само, як і розчин кухонної солі, залишив на кілька днів. Спочатку способом швидкого випаровування у відкритій посудині на стінках отримав монокристал мідного купоросу (див. рис. 6)

Малюнок 6. Монокристал, зародок для полікристалу

Потім помістив його в новий розчин для подальшого нарощування при кімнатній температурі та закритій посудині. Через 2 тижні отримав полікристал розміром 2,8 см (див. мал. 7).

Малюнок 7. Полікристал розміром 2,8 см

Експеримент №3. Вирощування кристалів цукру

Для того, щоб виростити кристал із цукру, потрібно закип'ятити воду і налити окріп у склянку. Потім почати насипати у воду цукор і помішувати. Продовжувати робити це до того часу, поки цукор не перестане розчинятися, тобто. доки розчин не стане перенасиченим.

Візьміть не надто довгу тонку нитку. Один кінець нитки прив'яжіть до олівця прямо по центру, а до другого кінця прив'яжіть маленький кристал цукру (мал.8).

Малюнок 8. Затравка на олівці

Покладіть олівець на склянку із цукровим розчином, а нитку опустіть. Далі вам залишається лише чекати. У кращому разі невеликий кристал цукру зможе вирости за 2-3 дні, а в гіршому – вам доведеться чекати на помітний результат півтора-два місяці (рис. 9).

Рисунок 9. Вирощений кристал цукру

Висновок

Процес вирощування кристалів у домашніх умовах – це дуже цікаве та захоплююче заняття, що дозволяє свідомо поставитися до закономірностей природи. Робота з вирощування кристалів зробила мене більш спостережливим, розширила мій світогляд, долучила до науки, дозволила дивуватися. Переживання "чуда" вирощування принесло мені багато позитивних емоцій та яскравих вражень. Дослідницька робота прочинила мені двері в загадкову країну кристалів і мінералів.

Отримані мною кристали можна використовувати під час уроків хімії та фізики як демонстраційний матеріал.

Літературні джерела:

1. Енциклопедичний словник
2. МЕГАЕНЦИКЛОПЕДІЯ КИРИЛА І МЕФОДІЯ http://www.megabook.ru
3. Зоркий П. М. Симетрія молекул та кристалічних структур. М.: вид-во МДУ, 1986. - 232 с.
4. Лихачов В. А., Малінін Ст. р. Структурно-аналітична теорія міцності. - СПб: Наука. - 471 с.
5. Шаскольська М. П.. Кристали. М: Наука, 1985. 208 с.
6. Матеріали Інтернету.

Роботу виконав: Смоленников Павло Сергійович
учень 11 «Б» класу

Науковий керівник: Селянникова Олена Валеріївна
вчитель хімії, 1-ої категорії

КДУ «Середня школа №12 селища Осакарівка»
акімата Осакарівського району
Карагандинської області
Республіка Казахстан