Pěstování krystalů doma

Syroedina, E. M. Pěstování krystalu soli doma / E. M. Syroedina, G. I. Talapchuk. — Text: přímý // Mladý vědec. — 2022. — č. 3.1 (55.1). — S. 69-71. — URL: https://moluch.ru/young/archive/55/2953/ (datum přístupu: 13.02.2025).

Článek hovoří o tom, jak si můžete doma vypěstovat krystal soli. K dispozici je tabulka pozorování.

Klíčová slova: sůl, krystal, krystalizace, zkušenost.

Někdy chcete doma udělat něco zajímavého, například udělat jednoduchý chemický pokus. Nejjednodušším pokusem je zkusit vypěstovat krystal z obyčejné soli, kterou má každý doma.

Krystaly přitahovaly lidi od pradávna. Překvapivě nejen minerály, ale obyčejná zrnka soli nebo cukru jsou také krystaly, které mohou růst. Jak vyrobit krystaly soli sami? Promluvme si o tom podrobněji.

Lidé a mnoho zvířat také potřebuje sůl pro normální fungování těla, je povinnou přísadou do většiny pokrmů po celém světě, bez ohledu na to, v jaké zemi se připravují.

Sůl je bílá krystalická minerální látka, která je rozpustná ve vodě; jeden z mála minerálů, které lidé jedí. Sůl je nejstarší z koření.

V dávných dobách byla sůl nejcennější komoditou a stála na stejné úrovni jako ruské kožešiny, anglická vlna a francouzská vína. Ve starém Římě byla sůl ceněna ještě výš než zlato. V dávných dobách lidé získávali sůl tímto způsobem: sušili rostliny, které měly slanou chuť, a pak je pálili na hranici. Popel se používal k jídlu.

Nyní se sůl těží ze dna vysušených jezer a dokonce i těch, která ještě nevyschla. Stroje nasávají vodu z jezera, poté se odpaří a zůstane bílý prášek, což je sůl. A tam, kde jezera vyschla, je sůl pokryta pískem nebo zemí a pod jejich tíhou sůl ztvrdla, jako kámen – to je sůl kamenná. Abychom se k této soli dostali, hloubí se hluboké doly. V provozech solných dolů vznikají nemocnice a sanatoria. Vzduch je tam velmi zdravý a nejsou tam vůbec žádné škodlivé mikroorganismy.

Sůl se používá v potravinářském průmyslu a kolem domu. Výroba skla, papíru, sody a pracích prášků se neobejde bez technické soli, je to účinný nástroj pro boj s námrazou na silnicích v zimě. Sůl je široce používána v medicíně – lidové i tradiční.

Na světě existují dva hlavní druhy soli, které se dělí podle způsobu těžby a kvality – kuchyňská sůl a mořská sůl.

Účelem studie bylo potvrdit hypotézu, že při dodržení všech pravidel lze krystaly soli pěstovat doma. Jak se píše v odborné literatuře, krystaly jsou pevná tělesa, ve kterých jsou částice (atomy a molekuly) uspořádány pravidelně a tvoří trojrozměrné periodické prostorové uspořádání – krystalovou mřížku. A tyto krystaly lze získat pomocí procesu zvaného krystalizace – proces tvorby krystalů z plynů, roztoků, tavenin.

Před zahájením experimentu připomeňme: při práci se solí musíte dodržovat bezpečnostní pravidla: nedotýkejte se rukama očí; Pokud jsou na kůži rány, snažte se zabránit tomu, aby se do nich dostala sůl.

Процесс выращивания кристаллов из поваренной соли в домашних условиях разделосном на

Krok 1: Nalijte do nádoby teplou vodu. Přidejte tam sůl, ze které vyrostou krystaly. Sůl rozpouštíme, dokud si nebudeme jisti, že sůl již není rozpuštěna. Tento roztok se nazývá nasycený.

Fáze 2: Přeceďte nasycený roztok přes filtr do jiné nádoby, kde dojde k růstu krystalů. (Je nutné roztok přecedit, protože skvrny mohou narušovat růst krásných krystalů).

Fáze 3: Kovovou podložku svázanou nití spustíme do nasyceného roztoku. Dojde na něm k růstu krystalů.

Fáze 4: Zakryjte horní část nádoby ubrouskem, abyste zabránili prachu a nečistotám. Nechte roztok.

Fáze 5: Sledujeme růst krystalů. Výsledky pozorování jsou zaznamenány v tabulce.

Když krystal získá krásný vzhled, vyjměte jej z roztoku a nechte uschnout. Můžete jej přetřít bezbarvým lakem (nebo lakem na vlasy), aby se nelámal.

Výsledky a závěry

Vzhled krystalů na nádobě

1. Krystalová teorie.
Krystaly jsou pevné látky, jejichž atomy nebo molekuly zaujímají specifické, uspořádané pozice v prostoru. Proto mají krystaly ploché hrany. Například zrnko obyčejné kuchyňské soli má ploché hrany, které mezi sebou svírají pravý úhel. Kovy mají krystalickou strukturu. Pokud vezmete relativně velký kus kovu, pak se na první pohled jeho krystalická struktura nijak neprojeví ani na vzhledu kusu, ani na jeho fyzikálních vlastnostech. Kovy v normálním stavu nevykazují anizotropii. Jde o to, že kov se obvykle skládá z obrovského množství malých krystalů srostlých dohromady. Vlastnosti každého krystalu závisí na směru, ale krystaly jsou vůči sobě orientovány náhodně. Výsledkem je, že v objemu výrazně větším, než je objem jednotlivých krystalů, jsou všechny směry uvnitř kovů stejné a vlastnosti kovů jsou ve všech směrech stejné. Pevná látka sestávající z velkého počtu monokrystalů se nazývá polykrystalické. Monokrystaly se nazývají monokrystaly. Mezi polykrystaly patří nejen kovy. Většina krystalických pevných látek jsou polykrystaly, protože se skládají z mnoha prorostlých krystalů. Monokrystaly – monokrystaly mají pravidelný geometrický tvar a jejich vlastnosti se v různých směrech liší.

Tekuté krystaly – 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 tekuté krystaly zamrzají a mění se v pevné látky. Pravidelné uspořádání molekul v tekutých krystalech určuje jejich speciální optické vlastnosti. Vlastnosti tekutých krystalů lze ovládat jejich vystavením magnetickému nebo elektrickému poli. Používá se v LCD displejích na hodinkách, kalkulačkách, počítačích a televizorech nejnovějších modelů. Při dodržování velkých opatření je možné vypěstovat velký krystal – monokrystal.

Za normálních podmínek vzniká polykrystalické těleso v důsledku toho, že započatý růst mnoha krystalů pokračuje, dokud se nedostanou do vzájemného kontaktu a vytvoří jediné těleso – polykrystal (obr. 1).

Obrázek 1. Polykrystal mědi

Pro pěstování krystalu je užitečné vědět, jaké procesy řídí jeho růst; proč různé látky dávají krystaly různých tvarů a některé netvoří krystaly vůbec; co je potřeba udělat, aby byly krystaly velké a krásné.

Pokud krystalizace probíhá velmi pomalu, získá se jeden velký krystal, pokud rychle, získá se mnoho malých krystalů různými způsoby:

1. Chlazení nasyceného roztoku.

S klesající teplotou klesá rozpustnost většiny látek a říká se, že se srážejí. 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 rychlém ochlazení se objeví mnoho krystalizačních center, samotný proces se stane aktivnějším a nebudou získány správné krystaly (viz obr. 2)

Obrázek 2. Na stěnách nádoby se vytvořilo mnoho různých malých krystalů

2.Postupné odstraňování vody z nasyceného roztoku

V tomto případě platí, že čím pomaleji se voda odstraňuje, tím kvalitnější krystaly se získají. Otevřenou nádobu s roztokem můžete nechat při pokojové teplotě po dlouhou dobu – voda se bude pomalu odpařovat (zvláště pokud navrch položíte list papíru nebo přikryjete gázou). Rostoucí krystal může být buď zavěšen v nasyceném roztoku na tenké, silné 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 (viz obr. 3).

Obrázek 3. Krystal získaný na dně nádoby z roztoku síranu měďnatého s přídavkem soli a železných pilin

3. Rychlé odstranění vody z nasyceného roztoku

V tomto případě jsou krystaly správného tvaru, s ostrými hranami, ale malé (roztok byl v široké nádobě vedle ohřívače) (viz obr. 4)

Obrázek 4. Monokrystaly získané rychlým odpařením roztoku

Pěstování krystalů je zajímavý a zábavný proces, ale vyžaduje pečlivý a pečlivý přístup k vaší práci. Čas od času je třeba krystalizátor vyčistit: vypustit roztok a odstranit malé krystaly, které vyrostly na hlavním krystalizátoru, stejně jako na stěnách a dně nádoby. Teoreticky je velikost krystalu, který lze takto pěstovat, neomezená. Pokud necháte vyrostlý krystal otevřený na suchém vzduchu, postupně ztratí obsaženou vodu a změní se v nenápadný šedý prášek. Aby byl krystal chráněn před zničením, může být potažen bezbarvým lakem.

Metody pěstování krystalů

Ve výzkumných laboratořích a průmyslu se krystaly pěstují z par, tavenin a roztoků, z pevné fáze, syntetizují se chemickými reakcemi, elektrolytickou krystalizací, krystalizací z gelů a dalšími. V současnosti se k získání dokonalých velkoprůměrových krystalů nejčastěji používají následující růstové metody:
— z plynné (parní) fáze s tlakovým gradientem,
– z tavenin s teplotním gradientem,
— z roztoků s koncentračním gradientem na rozhraní krystal-roztok.

Krystalizace z plynné (plynné) fáze se široce používá pro pěstování jak objemových krystalů, tak epitaxních filmů, tenkých (polykrystalických nebo amorfních) povlaků, whiskerů a deskovitých krystalů. Konkrétní způsob pěstování se volí v závislosti na materiálu. Při růstových metodách založených na fyzikální kondenzaci vykrystalizované látky látka vstupuje do rostoucího krystalu ve formě vlastní páry, skládající se z molekul jejich asociací – dimerů, trimrů a tak dále. Při metodě syntézy v parní fázi vzniká krystalizovatelná sloučenina jako výsledek reakce mezi plynnými složkami přímo v krystalizační zóně.

Krystalizace z taveniny je nejběžnější metodou pro pěstování monokrystalů. V současnosti se více než polovina technicky významných krystalů pěstuje z taveniny. Pro růst z taveniny jsou nejvhodnější látky, které tají bez rozkladu, nemají polymorfní přechody a vyznačují se nízkou chemickou aktivitou [1]. Metodami krystalizace z taveniny se pěstují elementární polovodiče a kovy, oxidy, halogenidy, chalkogenidy, wolframany, vanadičnany, niobáty a další látky. V některých případech se z taveniny vypěstují monokrystaly obsahující pět nebo více složek. Při krystalizaci z taveniny je důležité vzít v úvahu procesy ovlivňující složení taveniny (tepelná disociace, vypařování, interakce taveniny s okolím), procesy na frontě krystalizace, procesy přenosu tepla v krystalu a tavenině. , procesy přenosu hmoty (přenos nečistot v důsledku konvekce a difúze v tavenině) [2].

Krystalizace z roztoků se využívá při růstu látek, které se rozkládají při teplotách pod bodem tání. K růstu krystalů dochází při teplotách pod bodem tání, takže krystaly pěstované takovými metodami nemají vady charakteristické pro krystaly vyrostlé z taveniny. Při pěstování krystalů z roztoků je hnací silou procesu přesycení. Metoda teplotního rozdílu se používá k růstu například krystalů dihydrogenfosforečnanu draselného a dihydrogenfosforečnanu amonného. Rychlost růstu krystalů za takových podmínek je asi 1 mm/den. Krystaly o hmotnosti 400 g rostou během 1,5-2 měsíců [2].

Krystaly a jejich aplikace.

Když žijeme na Zemi složené z krystalických hornin, nemůžeme samozřejmě uniknout problému krystalinity: chodíme po krystalech, stavíme s krystaly, zpracováváme krystaly v továrnách, pěstujeme je v laboratořích, široce je využíváme v technologii a vědě, jíme. krystaly a podstoupit léčbu. Věda krystalografie studuje rozmanitost krystalů. Komplexně zkoumá krystalické látky, studuje jejich vlastnosti a strukturu. Ve starověku byly krystaly považovány za vzácné. Objev velkých homogenních krystalů v přírodě je skutečně vzácný jev. Zcela běžné jsou však jemně krystalické látky. Například téměř všechny horniny: žula, pískovec, vápenec jsou krystalické. Jak se výzkumné metody zdokonalovaly, látky, které byly dříve považovány za amorfní, se ukázaly jako krystalické. Nyní víme, že i některé části těla jsou krystalické, například rohovka oka, vitamíny, myelinová pochva nervů jsou krystaly. Dlouhá cesta pátrání a objevů, od měření vnějšího tvaru krystalů až po hloubku jejich atomové struktury, ještě není dokončena. Ale nyní vědci prostudovali jeho strukturu docela dobře a učí se ovládat vlastnosti krystalů.

Krystaly jsou krásné, dalo by se říci, nějaký zázrak, přitahují k sobě, jsou mezičlánkem mezi živou a neživou hmotou. Krystaly mohou vznikat, stárnout a kolabovat. Krystal, když roste na semenu (na embryu), zdědí vady právě tohoto embrya.

Křišťál má zázračné vlastnosti, plní různé funkce. Tyto vlastnosti jsou vlastní jeho struktuře, která má trojrozměrnou mřížkovou strukturu. Příkladem použití krystalů je křemenný krystal používaný v telefonních sluchátkách. Pokud je křemenná deska mechanicky ovlivněna, vznikne v ní elektrický náboj v příslušném směru. V trubici mikrofonu převádí křemen mechanické vibrace vzduchu způsobené reproduktorem na elektrické. Elektrické vibrace ve sluchátku účastníka jsou převedeny na oscilační, a proto slyší řeč. Jako mřížka je krystal fasetovaný a každá tvář, stejně jako osobnost, je jedinečná. Pokud je obličej hustě zabalen v mřížce s hmotnými částicemi (atomy nebo molekulami), pak jde o velmi pomalu rostoucí obličej. Například diamant. Jeho čela mají tvar osmistěnu, jsou velmi hustě napěchované atomy uhlíku a díky tomu se liší jak leskem, tak silou.

Praktická část

Pracovní pozice: Pěstování krystalů kuchyňské soli, síranu měďnatého a cukru doma

Účel: Vypěstujte si krystaly z nasycených roztoků soli, síranu měďnatého, cukru a ověřte si ze zkušenosti, že krystaly těchto látek mají správný tvar.

Relevance zvoleného tématu.

Svět kolem nás se skládá z krystalů, dá se říci, že žijeme ve světě krystalů. Obytné budovy a průmyslové stavby, letadla a rakety, motorové lodě a dieselové lokomotivy, horniny a minerály jsou složeny z krystalů. Krystaly jíme, léčíme se jimi a částečně jsme z krystalů.
Krystaly jsou látky, ve kterých jsou nejmenší částice „zabaleny“ v určitém pořadí. Výsledkem je, že při růstu krystalů se na jejich povrchu spontánně objevují ploché okraje a samotné krystaly získávají různé geometrické tvary. Zajímavý je původ slova „crystal“. Před mnoha staletími byly ve sněhu Alp na území moderního Švýcarska nalezeny velmi krásné bezbarvé krystaly, připomínající čistý led. Staří přírodovědci je tak nazývali – „krystallos“, řecky led. Věřilo se, že led, který je v horách po dlouhou dobu v silném mrazu, zkamení a ztrácí schopnost tání. Aristoteles napsal, že „crystallos se rodí z vody, když úplně ztrácí teplo“. Ve středověku se termín „krystal“ používal výhradně pro křemen. Většina přírodních minerálů má však krystalickou strukturu. První mineralogové se zajímali především o tvar krystalů, jejichž rozmanitost je úžasná. Slavný ruský krystalograf E.S. Fedorov, který teoreticky odvodil zákony konstrukce krystalů, řekl: „Krystaly září symetrií.“ Krystaly jsou opravdu tak krásné, že je můžete obdivovat celé hodiny. Mnoho vědců, kteří významně přispěli k rozvoji chemie a mineralogie, zahájilo své první experimenty s rostoucími krystaly a snažili se pochopit, jak se tvoří.

A rozhodl jsem se zahájit svou výzkumnou práci a stanovil jsem si cíl: získat krystaly různých látek doma.

Účel studia: studium závislosti tvaru a velikosti krystalů na teplotě

Cíle výzkumu:
1. Vypěstujte si monokrystal.
2. Vypěstujte si polykrystal.

Předmět studia:
1. roztok síranu měďnatého
2. roztok kuchyňské soli
3. cukerný roztok

Předmět studia: krystaly soli a cukru

Pokus č. 1. Pěstování krystalů kuchyňské soli

Tento proces nevyžaduje žádné speciální chemikálie. Krystaly kuchyňské soli NaCl jsou bezbarvé průhledné kostky.
Do sklenice s vodou o teplotě 20°C jsem nasypala kuchyňskou sůl a nechala pár minut zamíchat. Během této doby se sůl rozpustila. Poté přidejte další sůl a znovu promíchejte. Tuto fázi jsem opakoval, dokud se sůl již nerozpouštěla ​​a neusazovala se na dně sklenice. Tak jsem dostal nasycený solný roztok. Nalil jsem do čisté sklenice o stejném objemu, čímž jsem se zbavil přebytečné soli na dně. Vybrala jsem jeden větší krystal kuchyňské soli a umístila na dno sklenice s nasyceným roztokem. Již po 3 dnech byl patrný výrazný růst krystalu. Každým dnem to přibývalo. Pak udělal to samé znovu (připravil nasycený solný roztok a tento krystal do něj nakapal), začal růst mnohem rychleji – z 0,3 na 0,9 cm během následujících 3 dnů (viz obr. 5)

Obrázek 5. Bezbarvé průhledné kostky kuchyňské soli

Pokus č. 2. Pěstování krystalů síranu měďnatého

Roztok síranu měďnatého se připravil následovně: nalil se voda do sklenice (200 g) a umístila se do pánve s teplou vodou o teplotě 50 °C a začalo se rozpouštět 100 g prášku síranu měďnatého. Stejně jako roztok kuchyňské soli jsem ho nechal několik dní. Nejprve pomocí metody rychlého odpařování v otevřené nádobě na stěnách jsem získal monokrystal síran měďnatý (viz obr. 6)

Obrázek 6. Monokrystal, zárodek pro polykrystal

Poté jsem jej umístil do nového roztoku pro další růst při pokojové teplotě a do uzavřené nádoby. Po 2 týdnech jsem získal polykrystal o velikosti 2,8 cm (viz obr. 7).

Obrázek 7. Velikost polykrystalu 2,8 cm

Pokus č. 3. Pěstování krystalů cukru

Chcete-li vypěstovat krystal z cukru, musíte vařit vodu a nalít vroucí vodu do sklenice. Poté do vody začněte sypat cukr a neustále míchejte. Takto pokračujte, dokud se cukr nepřestane rozpouštět, tzn. dokud se roztok nestane přesyceným.

Vezměte tenkou nit, která není příliš dlouhá. Jeden konec nitě přivažte k tužce přímo uprostřed a na druhý konec přivažte malý krystal cukru (obr. 8).

Obrázek 8. Semínko na tužce

Položte tužku na sklenici s cukerným roztokem a spusťte nit. Pak už nezbývá než čekat. V lepším případě může malý krystal cukru vyrůst za 2-3 dny a v nejhorším případě si na znatelný výsledek budete muset počkat jeden a půl až dva měsíce (obr. 9).

Obrázek 9. Vypěstovaný krystal cukru

Závěr

Proces pěstování krystalů doma je velmi zajímavá a vzrušující činnost, která vám umožňuje vědomě se vztahovat k přírodním zákonům. Práce s pěstováním krystalů mě učinila pozornějším, rozšířila mé obzory, uvedla mě do vědy a umožnila mi překvapit. Zažít „zázrak“ pěstování mi přineslo mnoho pozitivních emocí a živých dojmů. Výzkumná práce mi otevřela dveře do tajemné země krystalů a minerálů.

Krystaly, které jsem dostal, lze použít v hodinách chemie a fyziky jako demonstrační materiál.

Literární zdroje:

1. Encyklopedický slovník
2. MEGAENCYKLOPEDIE CYRILLA A MEFODIUS http://www.megabook.ru
3. Zorkiy P. M. Symetrie molekul a krystalových struktur. M.: Nakladatelství Moskevské státní univerzity, 1986. – 232 s.
4. Lichačev V. A., Malinin V. G. Strukturně-analytická teorie pevnosti. — SPb: Věda. — 471 s.
5. Shaskolskaya M. P.. Krystaly. M.: Nauka, 1985. 208 s.
6. Internetové materiály.

Udělal jsem práci: Smolennikov Pavel Sergejevič
student 11. „B“ třídy

Dozorce: Kresťannikovová Elena Valerievna
učitel chemie, 1. kategorie

KSU „Střední škola č. 12 obce Osakarovka“
Akimat z Osakarovského okresu
oblast Karaganda
Kazašská republika