Pěstování krystalů: Podrobný průvodce pro začátečníky | Pikabu

Krystaly hrály a stále hrají důležitou roli v životě člověka. Krystaly jsou široce používány ve vědě, průmyslu, optice a elektronice. Krystaly se získávají v laboratoři, ale vyskytují se i v přírodě. Například sněhové vločky, mrazivé vzory na okenním skle a námraza, která v zimě zdobí holé větve stromů. Pěstování krystalů je navíc fascinující činnost a pro většinu mladých chemiků možná nejjednodušší, nejdostupnější a nenákladná a nejbezpečnější. Toto téma mě velmi zaujalo a rozhodl jsem se vyzkoušet pěstování krystalů soli.

Téma naší práce: Pěstování krystalů

Účel práce: provést výzkum rostoucích krystalů z různých chemikálií.

1) zjistit, co je krystal;

2) provést průzkum mezi žáky 3. ročníku „Co vím o krystalech“;

3) zjistit, jaké podmínky je třeba vytvořit pro růst krystalů;

4) provádět experimentální práce na rostoucích krystalech;

5) sdílet získané informace ve třídě.

1) Akumulace teoretického materiálu.

2) Provádění experimentálních činností k získání krystalů

3) Analýza získaných výsledků výzkumu.

Předmětem výzkumu jsou krystaly.

Předmětem studia je proces krystalizace.

Výzkumná hypotéza: Vycházíme z předpokladu, že všechny soli mohou ze svých vodných roztoků tvořit krystaly.

Praktický význam studia je v tom, že ho lze využít při výuce okolního světa, v mimoškolních aktivitách a v kroužku „Mladý chemik“.

Základní informace o krystalech a jejich vlastnostech

Historie získávání umělých krystalů

Než jsem provedl svůj praktický výzkum, musel jsem zjistit, co jsou krystaly a jaké jsou jejich vlastnosti. Proto jsem se obrátil na teoretické zdroje v této oblasti. K tomu jsem použil internetové zdroje a knihy.

První pokus o získání umělých krystalů lze datovat do středověku, rozkvětu alchymie. A přestože konečným cílem pokusů alchymistů bylo získat zlato z jednoduchých látek, lze předpokládat, že se pokoušeli vypěstovat krystaly drahých kamenů.

Co jsou krystaly? Krystaly, v překladu z řečtiny, (krystallos) „led“. Podle encyklopedie je krystal pevná látka. Krystaly rostou přichycením částic látky z kapaliny nebo páry. Krystaly mohou být přírodního původu nebo umělé, pěstované ve speciálně vytvořených podmínkách. A každý člověk, pokud je to žádoucí, může snadno pěstovat krystaly doma. Ale aby výsledek byl opravdu krásný, musíte pečlivě provést všechny akce.

Krystaly mají speciální vlastnosti. Krystalické pevné látky se vyskytují jako jednotlivé monokrystaly – monokrystaly – a jako polykrystaly, což jsou shluky malých krystalů. Krystaly přicházejí v různých tvarech. Někdy se tvoří dendrity – to jsou krystaly, které vypadají jako větve stromů; velmi křehké, ale velmi krásné. Krystaly se dodávají v různých velikostech. Mnohé z nich lze vidět pouze mikroskopem. Existují však obří krystaly vážící několik tun.

Metody pěstování krystalů

Krystalizace může být provedena různými způsoby:

Metoda 1: Chlazení nasyceného horkého roztoku nebo taveniny.

Právě kvůli ochlazení před miliony let se na Zemi objevilo mnoho minerálů. „Řešením“ tohoto „zážitku“ bylo magma – roztavená masa hornin v útrobách Země. Magma vystoupilo na povrch z horkých hlubin a ochladilo se. A v důsledku tohoto ochlazení vznikly právě ty minerály, po kterých chodíme. Tento proces je velmi dlouhý.

Metoda 2: Postupné odstraňování vody z nasyceného roztoku.

Když se odpaří („vyschne“), voda se změní na páru a vypaří se. Chemikálie rozpuštěné ve vodě se ale nemohou odpařovat spolu s ní a usazovat se ve formě krystalů. Nejjednodušším příkladem je sůl, která vzniká odpařováním vody z roztoku solanky. A v tomto případě, čím pomaleji se voda odpařuje, tím lepší krystaly se získají. To je přesně metoda, kterou jsem použil k pěstování svého krystalu.

Metoda 3: Když pára kondenzuje.

Krystaly mohou také růst, když pára kondenzuje a vytváří sněhové vločky a vzory na studeném skle.

Při použití všech metod se nejlepších výsledků dosáhne, pokud se použije semínko – malý krystal správného tvaru nebo kameny. Tímto způsobem se získají například rubínové krystaly. Pěstování krystalů drahokamů se provádí velmi pomalu, někdy v průběhu let. Pokud krystalizaci urychlíte, pak místo jednoho krystalu získáte hmotu malých.

Na internetu najdete mnoho návodů, jak vypěstovat krystaly z různých chemikálií. Rozhodli jsme se vše zkontrolovat sami a jako základ jsme vzali obyčejnou kuchyňskou sůl, síran měďnatý, kamenec draselný a soli kyseliny křemičité.

Po analýze textového materiálu a stanovení výzkumných metod jsme provedli experimentální práce na rostoucích krystalech.

Uvědomil jsem si, že pěstování krystalů je umění, takže s trochou vytrvalosti, vytrvalosti a přesnosti se můžete stát vlastníky krásných krystalů, ale musíte dodržovat bezpečnostní pravidla. Proto jsem se obrátil na svého učitele chemie.

Pokus č. 1. Pěstování krystalů z kuchyňské soli

Vezměte sůl, zřeďte roztok v nádobě a vložte jej do pánve s teplou vodou, dokud se nerozpustí. Přidejte další sůl a znovu promíchejte. Tento krok opakujeme, dokud se sůl nerozpustí a nezačne se usazovat na dně sklenice. Máme nasycený solný roztok. Nalijte do čisté nádoby. Vybereme libovolný větší krystal kuchyňské soli, který se nám líbí, svážeme nití a zavěsíme tak, aby se nedotýkal stěn sklenice. Již po několika dnech si můžete všimnout výrazného růstu krystalu. Každým dnem se bude zvyšovat (obr. 1).

Výsledek: dostali jsme krystal kuchyňské soli.

1. Kuchyňská sůl se skládá z krystalů.

2. Když se krystaly soli dostanou do kontaktu s vodou, rozpustí se.

3. Krystaly soli se mohou nejrychleji vytvořit v nasyceném roztoku kuchyňské soli.

4. Jak se voda odpařuje, sůl opět krystalizuje.

5. Krystaly lze pěstovat za nezbytných podmínek: přítomnost nasyceného solného roztoku a nasazené vlákno.

Pokus č. 2. Pěstování krystalů ze síranu měďnatého

Vezměte sklenici vody, přidejte síran měďnatý, důkladně promíchejte, dokud se nerozpustí. Nejlepší je postupně zahřívat nádobu s vodou, aby se chemikálie rychleji rozpustila. Voda přitom začne měnit barvu – z modré na tmavě modrou. Poté položíme „semeno“ do skleněné nádoby. Jedná se o obyčejnou nit navázanou na tužku. A po několika dnech vidíme, že na niti vyrostlo mnoho malých modrých krystalů. Pokračujeme v růstu, dokud voda nezíská světlou barvu a krystaly přestanou růst (obr. 3).

Výsledek: dostali jsme krystal síranu měďnatého. Vypěstované malé tvarované krystaly mohou být použity jako dekorace, jako jsou fotorámečky nebo jiné předměty.

Pokus č. 3. Pěstování krystalů z kamence draselného

Přidejte 4 čajové lžičky prášku hliníkového kamence do půl šálku horké vody. Pro lepší rozpuštění promíchejte. Po nějaké době se prášek rozpustí a roztok zprůhlední.

Sklenici zakryjte speciálním víčkem, abyste ji chránili před prachem. Po 1 dni se objeví krásné krystaly.

Výsledek: získali jsme krystaly z kamence draselného.

Pokus č. 4. Pěstování krystalů ze solí kyseliny křemičité

Do kádinky jsme nalili silikátové lepidlo (vodný roztok křemičitanu sodného) a destilovanou vodu v poměru 1:1. Do sklenice se nasypaly krystaly soli různých barev: vápník, nikl, měď, kobalt, železo, baryum, zinek, chrom a mangan. Po 15–20 minutách se ve skle objevily „houštiny“ připomínající stromy nebo řasy.

Výsledek: V kádince se objevily „houštiny řas“ tvořené krystaly solí kyseliny křemičité.

Pokus č. 5. Pěstování stalaktitů a stalagmitů

Rám budoucí „jeskyně“ je vyroben ze silného papíru. Trochu alabastru se smíchá s malým množstvím vody, dokud se nezíská viskózní homogenní hmota. Dokud alabastr neztuhne, pokrývají jím všechny strany „jeskyně“, zvenku i zevnitř. Po pár hodinách alabastr konečně ztvrdne.

Poté jsme v „jeskyni“ začali pěstovat „krápníky“ a „stalagmity“. Ve vhodné nádobě připravíme směs silikátového lepidla (tekuté sklo) a vody v objemovém poměru 1:1. Umístili „jeskyni“ do nádoby tak, aby hladina kapaliny nedosahovala jejího horního oblouku. Klenba „jeskyně“ musí být volně přístupná. Pomocí špachtle byl do „jeskyně“ přidán síran hořečnatý a krystaly byly nality do roztoku. Stejným způsobem byl do roztoku přidán krystalický chlorid vápenatý. Po několika minutách byl pozorován růst „stalagmitů“ (doba jejich růstu závisí na objemu nádoby).

Potom opatrně vyjmuli „jeskyni“ z roztoku, otočili ji o 180 stupňů a spustili zpět do roztoku. Do „jeskyně“ byly opět přeneseny soli síranu hořečnatého a chloridu vápenatého. Opět jsme pozorovali výskyt bizarních výrůstků v „jeskyni“. Vyjmuli „jeskyni“ z nádoby, opatrně ji opláchli vodou a nechali vyschnout (obr. 4).

Výsledek: na klenbách jeskyně se vytvořily bizarní výrůstky krystalů.

Výsledkem výzkumu je plně potvrzená hypotéza: podařilo se nám vypěstovat krystaly kuchyňské soli, cukru a síranu měďnatého.

Když jsem se začal zajímat o pěstování krystalů z různých chemikálií, rozhodl jsem se zeptat svých spolužáků: „Ví, co jsou krystaly? jak je získáte? A kde se používají? Za tímto účelem byl proveden průzkum mezi paralelními žáky 3. ročníku. Studentům byly položeny následující otázky:

1. Co jsou krystaly:

2. Vyberte krystaly z navrhovaných položek (existuje několik odpovědí):

3. Jaké metody se používají k pěstování krystalů (odpovědí je několik):

d) kondenzace par

Výsledek: dotazník ukázal, že ne všichni studenti vědí, co jsou krystaly, jak se získávají a kde se používají. Všechny odpovědi jsou shrnuty do diagramů (obr. 5–7), proto jsem děti během třídnické hodiny seznámila s výsledky své práce.

Dozvěděl jsem se, že mnoho významných vědců začalo své první experimenty s pěstováním krystalů. Kromě čistě vnějších vlivů nás tyto experimenty nutí přemýšlet o tom, jak jsou krystaly strukturovány a jak vznikají, proč různé látky dávají krystaly různých tvarů a některé nevytvářejí krystaly vůbec, co je třeba udělat, aby byly krystaly velké a krásný.

Výzkumná hypotéza se zcela potvrdila: krystaly soli se mohou objevit, když jsou vytvořeny určité podmínky, a pokud změníte podmínky krystalizace a rozpustíte různé látky, můžete získat krystaly různých tvarů, barev a v různých časech.

Naučil jsem se pracovat se zdroji informací.

Naučil jsem se, co jsou krystaly, co mohou být, proč rostou a proč jsou potřeba.

Zvládl jsem některé metody pěstování krystalů různých látek.

Pozorovaný růst krystalů za různých podmínek.

Provedl studii rozpustnosti síranu měďnatého ve vodě při různých teplotách.

Dozvěděl jsem se, že látky různého chemického složení mají krystaly různých tvarů a liší se vlastnostmi, jako je symetrie.

Po provedení průzkumu tedy mohu vyvodit následující závěry:

1) za příznivých podmínek mají stolní sůl, síran měďnatý, kamenec draselný, soli kyseliny křemičité formu krystalů;

2) krystaly různých látek mají různé tvary;

3) tvar krystalů je ovlivněn teplotou;

4) krystaly různých látek mají různé vlastnosti (některé krystaly jsou barevné, jiné bezbarvé; některé krystaly rostou dobře, jiné špatně).

5) krystal roste rychleji a snadněji, když je krystal – „semínko“ – umístěn do nasyceného roztoku.

Tak. Ahoj všichni. Po včerejším příspěvku mě mnoho lidí v komentářích požádalo, aby mi řekli, jak se to všechno dělá, takže tady to máte, užijte si čtení) Jako příklad použiji hliník-draselný alum (hlinito-draselný síran). Krystaly z něj jsou průhledné a krásně tvarované (oktaedr). Stejnou metodou můžete vypěstovat krystaly z úplně jiných solí, ale rozhodl jsem se vzít něco, co není úplně otřepané, jako je síran měďnatý nebo železitý.
Přirozeně musíte dodržovat bezpečnostní opatření: roztoky nepijte, nečichejte, nedotýkejte se jich holýma rukama a neberte krystaly (pokud jsou bez laku, nebo co se chystáte). zakrýt je). Soli, jako je síran hořečnatý nebo sodný, při požití (síran hořečnatý se dokonce používá v lékařství) nemohou způsobit smrtelné poškození (menší otravu). Pokud však dojde k požití solí těžkých kovů, derivátů chrómu (chromáty, dichromany, chromity) nebo například červené krevní soli, mohou být i malé dávky smrtelné.

Začněme teorií. Všechny látky, bez ohledu na to, jak dobře jsou rozpustné ve vodě, mají omezenou rozpustnost. Typicky, když se teplota zvyšuje, rozpustnost se zvyšuje, a když teplota klesá, odpovídajícím způsobem klesá (existují speciální grafy rozpustnosti). Proto je často lepší připravovat koncentrované roztoky v horké vodě (pouze ty soli, jejichž rozpustnost výrazně závisí na teplotě, např. pro chlorid sodný je to zbytečné, protože jeho rozpustnost zůstává s rostoucí teplotou stejná, nebo soli, které se rozkládají za horka voda, například octan nikelnatý) a při ochlazení se veškerá přebytečná sůl (rozpustnost se snižuje, ale objem roztoku ne, takže látka nemá kam jít a tvoří se malé krystalky, krystalizační centra, která zarůstají a tvoří větší aglomeráty) sraženiny. Také při stání se voda z roztoku odpařuje a látka také nemá kam jít, takže také krystalizuje. Z tohoto sedimentu vybereme nejhezčí a nejúplnější krystal a na provázku jej umístíme do stejného (koncentrovaného, ​​od usazeniny odfiltrovaného) roztoku, to znamená, že toto centrum krystalizace uměle vytvoříme a nyní jen pozorujeme a někdy měníme /přidat/filtrovat tento roztok z důvodu čistoty konečného produktu.

Nyní začneme cvičit
Pokud nemáte váhy a nechcete se starat o výpočty, nevadí. Sůl můžete jednoduše přisypat do horkého roztoku, dokud se nepřestane rozpouštět. Což je přesně to, co jsem udělal. Předpokladem pro tuto sůl je, že roztok musí být horký, jinak si na semínko počkáte týden i déle.

Jak můžete vidět z fotografií, kvalita není příliš dobrá (ale zde se omlouváme), roztok je poněkud zakalený, takže jej filtrujeme od zákalu a přebytečné soli přes laboratorní nebo kávový filtr, ale v extrémních případech může dokonce použít ubrousky, no, z něčeho takového s extrémně vysokou čistotou, zjevně nestojí za to čekat.

A teď to necháme v takovém papírovém izolátoru (čím déle roztok chladne, tím větší bude semínko (krystal umístěný do roztoku pro jeho růst)) několik dní. Efektivnější by bylo vyrobit podobnou tepelnou izolaci z fólie, ale to je jen poznámka.

Takže po 1,5 dnech se stalo toto.

Z toho všeho vybíráme toho nejhodnějšího kandidáta. Mají namodralou barvu kvůli neodfiltrovaným nečistotám, které se nyní usadily v sedimentu, ale samotné krystaly jsou po 3 sekundách omytí vodou docela průhledné.

Navážeme na nit, nebo ještě lépe, pokud to umíte, na vlasec. Na tom je potřeba trochu zapracovat, dost kloužou, takže je s největší pravděpodobností nepůjde napoprvé pořádně opravit.

A teď to necháme chvíli na domácí kartonové struktuře. Mně osobně rostl velmi pomalu, zřejmě byla v místnosti vysoká vlhkost.

A na další fotce je o 3 týdny později

Zhruba za týden už se to začne rýsovat. A tady je foto, v jakém je nyní stavu, pokud jsem to tedy ničím nezakrýval, jelikož tato sůl se v čisté formě konzervuje celkem dobře, ale i tak bych ji doporučil něčím přikrýt.

Na závěr tohoto dlouhého příspěvku dodávám, že při pěstování se snažíte vyvarovat náhlých změn teplot, jinak se krystal rozpustí a nabude nevzhledného tvaru. A to je vše, hezký den všem.