XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Кристаллы (выращивание кристаллов - физико-химический процесс)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Абрамов В.Р. 1

---

1МАОУ "СОШ № 9"

Степаненко В.С. 1

---

1МАОУ "СОШ № 9"

Работа в формате PDF

77.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Живя на Земле, сложенной кристаллическими породами, мы, безусловно, никак не можем отвлечься от проблемы кристалличности: мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими.

В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк - кристалличны.

По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза, витамины, миелиновая оболочка нервов - это кристаллы.

Тема моего исследовательского проекта: Кристаллы (выращивание кристаллов - физико-химический процесс).

Актуальность данной проблемы заключатся в том, что сейчас, пожалуй, нельзя назвать ни одну дисциплину, ни одну область науки и техники, которая бы обходилась без кристаллов. Широко используются искусственно выращенные кристаллы в промышленности, в промышленных масштабах запущено выращивание кристаллов металлов (редкоземельные металлы).

Цель: рассмотреть химические процессы, происходящие в процессе выращивания кристаллов.

Задачи:

изучить теоретические аспекты данного вопроса – работа с литературными источниками;

изучить предлагаемые методики для проведения опытов;

провести собственные опыты по выращиванию кристаллов из водных растворов солей с использованием различных методик;

провести анализ полученных результатов;

сформулировать собственные выводы.

Гипотеза: Кристаллизация это не только физический но и химический процесс

Методы исследования: Постановка и проведение экспериментов, наблюдение, анализ

Практическая ценность работы заключается в возможности использования результатов в практике преподавания спецкурсов, в работе химического кружка (как отдельно рассматриваемая тема).

Новизна.

В литературных источниках, на страницах сети Интернет часто встречается описание и фотографии выращенных кристаллов из растворов солей, а вот о выращивании кристаллов чистых металлов говориться мало, да и фотографии не встречаются. Мы нашли описание только в методиках. Нам удалось вырастить не только кристаллы меди, но и кристаллы железа (в литературе написано, что это практически невозможно)

Анализ литературных источников

1. Выращивание кристаллов физико-химический процесс^[5].

Растворимость веществ в любых растворителях можно отнести к физическим явлениям со следующей позиции: происходит разрушение кристаллической решётки, теплота при этом поглощается из окружающей среды (иногда так сильно, что это можно ощутить тактильно, например, при растворении нитрата NH₄NO₃, иодида калия KI, красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] и др.). Это растворение называется эндотермическим.

Другой физический процесс – диффузия. Если несколько кристалликов марганцовки и кинуть в высокий цилиндр, вокруг них появятся розовые завихрения. Диффузию можно наблюдать и на бесцветных веществах: влейте тонкой струйкой в высокий стакан с насыщенным раствором поваренной соли дистиллированную воду – обратите внимание, как происходит самоперемешивание раствора.

Однако зачастую наблюдаются и химические процессы: сольватация и гидролиз.

Сольватация^[4]. -  взаимодействие молекул растворенного вещества (или их ассоциатов) с молекулами растворителя. Приводит к изменению свойств молекул в растворе (в сравнении со свойствами газовой фазы), влияет на все физико-химические процессы, протекающие в растворах, в т.ч. определяет скорость реакций в растворах и положение равновесия, а в ряде случаев и их механизм. Наиболее интенсивна сольватация ионов в растворах электролитов, время жизни отдельного сольвата мало из-за непрерывного обмена частицами в сольватной оболочке. Сольватация в водных средах часто называется гидратацией.  (Рис. 1)

Рис.1 Процесс гидратации ионов при растворении

Гидролиз – (греч. «гидрос» - вода, «лизис» - разложение) разрушение веществ под действием молекул воды, наглядный пример – в пробирку с 10 мл воды внесите каплю концентрированного раствора соли свинца (II), будете наблюдать помутнение раствора.

SnCl₂+H₂O = Sn(OH)Cl + HCl

Кстати, как видно, уравнение гидролиза иллюстрирует причину изменения окраски индикаторов в растворах данных солей подобно в кислотах. Для многих веществ, образованных сильной кислотой и слабым основанием, гидролиз обратим. Для его предотвращения можно добавить кислоту с соответствующим соли кислотным остатком, увеличение концентрации исходного вещества в какой-то момент подавит гидролиз, муть исчезнет и раствор станет насыщенным и бесцветным.

В водных растворах многие вещества образуют так называемые «аквакомплексы». К примеру, сульфат меди (II) CuSO4 – белый порошок, а его кристаллогидрат – пентагидрат сульфата меди (II) или медный купорос CuSO₄·5H₂O – голубого цвета, а разбавленные растворы солей меди (II)– синие или голубоватые, это всё образование аквакомплексов, и тот же купорос можно записать: [Cu(H₂O)₅]SO₄. Вот таблице 1. приведены некоторые кристаллогидраты и их безводные соли.

Таблица 1: «Безводные соли и кристаллогидраты»

Вода – «универсальный» растворитель^[5].

Вода - самый распространенный растворитель для твердых, жидких и

газообразных веществ. Из повседневной жизни хорошо известно, что если

некоторые вещества растворяются в воде, то при этом образуются растворы.

Растворами называются гомогенные однородные системы, содержащие два и больше веществ. Растворы могут быть не только жидкие, но и твердые, например, стекло, сплав серебра и золота. Известны также и газообразные растворы, например воздух. Наиболее важными и распространенными являются водные растворы.

Согласно современным представлениям растворение есть результат химического взаимодействия растворителя и растворенного вещества, при этом образуются молекулярные соединения. В водных растворах эти соединения называются гидратами, а в неводных - сольватами.

Насыщенным раствором называется такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворяемого вещества. Он содержит максимально возможное количество растворенного вещества.

2. Кристаллы в природе^[8].

Кристаллы льда и снега.

Кристаллы замершей воды, т.е. лед и снег, известны всем. Эти кристаллы почти полгода (а в полярных областях и круглый год) покрывают необозримые пространства Земли, лежат на вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.

Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга - это, конечно, не один большой кристалл. Плотная масса льда обычно поликристаллическая, т.е. состоит из множества отдельных кристаллов. Их не всегда различишь, потому что они мелки и все срослись вместе. Иногда эти кристаллы можно различить в тающем льду, например, в льдинках весеннего ледохода на реке. Тогда видно, что лед состоит как бы из «карандашиков», сросшихся вместе, как в сложенной пачке карандашей: шестигранные столбики параллельны друг другу и стоят торчком к поверхности воды; эти «карандашики» и есть кристаллики льда, или в процессе замерзания воды, если он еще не завершен, там отдельные кристаллики соединяются вместе образуя сращивание. (Рис. 2)

Рис. 2 Сращивание кристаллов льда в процессе замерзания

Известно, как опасны для растений весенние или осенние заморозки. Температура почвы и воздуха падает ниже нуля, подпочвенные воды и соки растений замерзают, образуя иголочки кристалликов льда. Эти острые иголки рвут нежные ткани растений, листья сморщиваются, чернеют, стебли и корни разрушаются. После морозных ночей по утрам в лесу и в поле часто можно наблюдать, как на земле вырастает «ледяная трава». Каждый стебелек такой травы - это прозрачный шестигранный кристаллик льда. Ледяные иголочки достигают длины в 1-2см, а иной раз доходят до 10-12см. Случается, что земля оказывается покрытой пластинками льда, стоящими торчком. В морозное весеннее или осеннее утро, когда солнце еще не успело уничтожить следы ночных заморозков, деревья и кусты покрыты инеем. На ветках повисли капли льда. Вглядитесь: внутри ледяных капель видны пучки тонких шестигранных иголочек - кристалликов льда. Покрытые инеем листья кажутся щетками: как щетинки стоят на них блестящие шестигранные столбики кристаллов льда. Сказочным богатством кристаллов, хрустальным нарядом украшен лес. (Рис. 3)

Рис. 3 Кристаллы льда в природе

Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка хрупка и мала. На снежинках легче всего убедится в том, что форма кристаллов правильна и симметрична. Удивительно разнообразны формы звездочек-снежинок, но симметрия их всегда одинакова: только шесть лучей. Почему? Такова симметрия атомной структуры кристаллов снега. Это относится не только к снегу. Формы кристаллов могут быть весьма разнообразными, но симметрия этих форм для каждого вещества одна, ее определяет симметрия и закономерность атомного строения данного вещества. Снежинка может быть только шестилучевой - такова симметрия строения кристаллов снега (Рис. 4)

Рис. 4 Симметрия кристаллов снега

Кристаллы в облаках

Кристаллики льда, причудливыми узорами которых мы любуемся в снежинках, могут в несколько минут погубить самолет. Обледенение - страшный враг самолетов - тоже результат роста кристаллов.

Здесь мы имеем дело с ростом кристаллов из переохлажденных паров. В верхних слоях атмосферы водяные пары или капли воды могут долго сохраняться в переохлажденном состоянии. Переохлаждение в облаках доходит до -30˚C. Но как только в эти переохлажденные облака врывается летящий самолет, тотчас же начинается бурная кристаллизация. Мгновенно самолет оказывается облепленным грудой быстро растущих кристаллов льда

Кристаллы в пещерах

Все природные воды - в океанах, морях, озерах, ручьях и подземных источниках - являются естественными растворами, все они растворяют встречающиеся им породы, и во всех этих растворах происходят сложные явления кристаллизации.

Особенно интересна кристаллизация подземных вод в пещерах. Капля за каплей просачиваются воды и падают со сводов пещеры вниз. Каждая капелька при этом частично испаряется и остается на потолке пещеры вещество, которое было в ней растворено. Так постепенно образуется на потолке пещеры маленький бугорок, вырастающий затем в сосульку. Эти сосульки сложены из кристалликов. Одна за другой капли мерно падают день за днем, год за годом, века за веками. Звук их падения глухо раздается под сводами. Сосульки все вытягиваются и вытягиваются, а навстречу им начинают расти вверх такие же длинные столбы сосулек со дна пещеры. Иногда сосульки, растущие сверху (сталактиты) и снизу (сталагмиты), встречаются, срастаются вместе и образуют колонны. Так возникают в подземных пещерах узорчатые, причудливые колоннады. (Рис. 5-6)

Рис. 5-6 Кристаллы в пещерах

В природе кристаллы неправильной формы встречаются несравненно чаще, чем правильные многогранник.

Кристаллы во Вселенной

В облаках, в глубинах Земли, на вершинах гор, в песчаных пустынях, в озерах, морях и океанах, в доменных печах, в аппаратах химических заводов, в научных лабораториях, в клеточках растений, в живых и мертвых организмах - везде встретились мы с кристаллами. Нет такого места на Земле, где бы ни было кристаллов, где бы ни происходили все время возникновение, рост и разрушение кристаллов. Метеориты, посланцы из звездного мира, тоже состоят из кристаллов. В космических пришельцах - метеоритах - встречаются кристаллы, известные на Земле, и кристаллы минералов, на Земле не встречающихся.

3.Практическая часть.

Методы выращивания кристаллов (методики организации эксперимента) ^[1].

3.1.Кристализация.

Кристаллы (от греч. krystallos, первонач. - лед), твердые тела, атомы или молекулы которых образуют упорядоченную периодическую структуру (кристаллическую решетку).

Кристаллизация - это процесс образования кристаллов. Начинается она лишь при определённой концентрации вещества в растворе, при наличии очага кристаллизации. Выращивание кристаллов физико-химический процесс. Количество вещества, которое может раствориться в 100граммах воды, называется растворимостью этого вещества в воде; например, растворимость поваренной соли в воде при комнатной температуре равна 35граммам. Растворимость зависит от температуры. У разных веществ растворимость по-разному зависит от температуры. (Рис.7)

Рис. 7

Итак, при каждой данной температуре в воде может раствориться лишь строго ограниченное количество вещества, определяемое его растворимостью.

Раствор, который больше не может поглотить ни крупинки вещества, называется насыщенным. При высокой температуре раствор был насыщенным, а остыв, он стал перенасыщенным. Такой перенасыщенный раствор не может долго существовать, поэтому лишнее вещество выделяется из раствора и оседает на дно стакана.

Растворенное вещество кристаллизуется из пересыщенных растворов потому, что его оказывается в растворе слишком много - больше, чем раствор может удержать в себе.

При выборе материала для выращивания кристаллов нужно соблюдать правила:

– вещество не должно быть токсичным. К примеру: сульфид натрия Na₂S или цианид калия KCN кристаллизуются, но легко окисляются кислородом воздуха и гидролизуются влагой, в результате выделяются токсичные вещества, которые могут привести к отравлению и даже смерти;

– вещество должно быть стабильным. Не должно заметно или необратимо гидролизоваться. Должно быть, стабильно к повышению температуры, так как многие вещества могут разрушаться в горячей воде, что характерно для некоторых органических веществ; вещество не должно вступать в химическую реакцию со средой (здесь имеется в виду и растворитель, и воздух) или давать с растворителем устойчивую систему, не склонную к кристаллизации. Попытки кристаллизовать гигроскопичные вещества, такие как щёлочи или вещества, которые, находясь в банках, «хватают» влагу из воздуха (соли алюминия, соли железа (III) и др.), тяжело кристаллизующиеся в домашних условиях сахарные сиропы – к успеху не приведут;

– вещество должно быть достаточно химически чистым. Как правило, для указания чистоты на этикетке с реактивом пишут: «очищенный» (очищ.) или «технический» (техн.) – самые грязные, но и самые дешёвые. Иногда чего в них только не бывает.

– способность вещества растворяться в доступном растворителе. Растворимость вещества необходимо определять на малых объемах растворителя. От массы стакана с водой вычтите массу стакана с профильтрованным раствором, после прекращения растворения вещества и выравнивания температуры. Небольшие потери вещества при этом будут, то так вы получите представление о том, сколько требуется вещества на определённый объём растворителя.

– должен быть известен характер растворения вещества. Иногда приходится наблюдать экзо- (с выделением теплоты) или эндотермическое (с поглощением) растворение, и как вследствие этого растворимость вещества будет меняться до тех пор, пока температура раствора не выровняется до комнатной (кстати, помните, что комнатная у всех своя);

– образующиеся кристаллы должны быть стабильны. Кристаллы некоторых веществ, вынутые из раствора в течение нескольких минут или часов способны «выветриваться» - необратимо разрушаться в результате потери влаги и превращаться в невзрачный порошок. Это следует помнить при работе с веществами: хромокалиевые и железоаммонийные квасцы,

тиосульфат натрия, сульфат натрия, соли марганца, некоторые соли цинка, некоторые соли никеля, сегнетова соль, жёлтая кровяная соль, с увеличением температуры в помещении этому подвержены алюмокалиевые квасцы и медный купорос (!). С последними тремя можно подстраховаться – храните кристаллы в дверце холодильника. Но для других веществ требуется хранение в сосудах с притёртыми пробками. Даже бюксы и чашки Петри не защищают кристаллы – печально, но факт. Из перечисленных веществ достаточно длительное время не разрушаются квасцы и медный купорос. Медный купорос, тоже ведёт себя по-разному, иногда кристаллы сохраняют некоторую стабильность и лишь со временем местами покрываются белыми пятнами (от полугода до 2 лет), потом разрушение протекает быстро

3.2.Кристаллизация с помощью «затравок».

Выращивание монокристалла на примере медного купороса

В каждой методике выращивания можно выделить несколько подпунктов:

- приготовление маточного раствора;

- получение кристалла-затравки;

- выращивание монокристалла.

I. Приготовление маточного раствора (прямой и обратный способ):

Примечание: Самое важное условие: для выращивания кристаллов используют только свежеприготовленные растворы!!! Так как в процессе стояния в растворах у многих веществ накапливающиеся определённого состава комплексы (например, аквакомплексы) меняют структуру кристалла (такие кристаллы могут начинать быстрее выветриваться). Какие-то растворы сильно гидролизуются (их ещё можно очистить фильтрованием). В некоторых могут начать процветать случайно попавшие споры грибов (алюмокалиевые квасцы и чаще всего органические вещества).

Прямой способ. Для приготовления маточного раствора требуется чистый, хорошо вымытый термостойкий стакан на 1л. В него наливают горячую (t=50^оС, при высоких температурах вещество сильно гидролизуется) кипячёную воду или, что лучше, дистиллированную 700-800мл. В стакан засыпают вещество небольшими порциями (1 порция = 1 столовая ложка без горки), каждый раз перемешивая и добиваясь полного растворения. Когда раствор «насытится» – т. е. вещество будет оставаться на дне, добавляют ещё две порции и оставляют раствор при комнатной температуре на сутки. Чтобы в раствор не попала пыль, его накрывают листом фильтровальной бумаги и оставляют в той части помещения, где сохраняется постоянная температура, где в дальнейшем Вы будете продолжать опыт. Если проходит отопительный сезон, то можно оставить стакан и около батареи, но помните, что растворимость у вещества теперь будет другая. И стоит измениться температуре, как возникнет кристаллизация – лишнее вещество выкристаллизуется из раствора. Помните: чтобы кристаллы росли как можно правильно, кристаллизация должна идти медленно, на бесцветных веществах, чьи кристаллы должны быть прозрачны как стекло, скорость роста проявляется заметнее – при быстром росте кристаллы мутнеют!!!

Возможен и обратный способ приготовления насыщенного раствора. Вы максимально растворяете вещество при комнатной температуре, и когда растворение достигнет предела (вещество будет оставаться на дне), добавляете ещё 1-2 порции и греете сосуд с раствором на плите до t=50-60^оС. Условие этого способа – используемая посуда должна быть термостойкой, а конфорка плиты ровной, это может создать неудобство при нагревании объёмов, например, в 1л. Но есть из чего выбирать.

Примечание: Экспериментатору следует знать, что любая примесь в растворе может стать включением в кристалле или быть источником дефекта. В итоге вместо монокристалла появятся «химеры», состоящие из наростов и искажений (это возникшие из-за разных центров кристаллизации микрокристаллики пробуравили друг друга); они будут увеличиваться по мере роста кристалла. Иногда это выглядит более эффектно, чем правильный монокристалл (вырастить который, кстати, задача сложная). Но помните, всякое отклонение следует расценивать, как не соблюдение каких-либо условий. В природе попадающие примеси становятся включением в кристалле и иногда не искажают его форму: рост одних минералов в других, явление изоморфизма для квасцов.

«Кристалл в кристалле» - такое выращивание, когда один кристалл растёт поверх затравки другого кристалла, можно осуществлять с веществами одинаковой природы, например, с квасцами общей формулы

MeIMeIII(SO₄)₂∙12H₂O (MeI= щелочной металл и NH₄⁺, MeIII=Al^3+, Cr³⁺, Fe³⁺ и др.)

На следующий день осматривают раствор. В нём не должны плавать примеси; если это раствор алюмокалиевых квасцов, то он должен быть бесцветным и прозрачным. Раствор же медного купороса не должен содержать мути. На дне должен выпасть избыток вещества в виде кристаллов. В том случае, если обнаружены примеси, раствор подогревают на 20^оC (поставьте стакан с раствором в таз с тёплой водой на 1-2 часа) и фильтруют на воронке, внутрь которой помещают фильтр или (что быстрее и лучше) кусочек ваты. Поскольку нам осадок не нужен, зачем усложнять процесс фильтрования. Кусочек ваты должен лежать неплотно на дне воронки, не затруднять ток жидкости, но и не проваливаться с нею в стакан, иначе фильтровать придётся заново, смачивать вату водой, как фильтр не надо. Затем повторяют охлаждение до комнатной температуры. Этот раствор будет необходим нам в большом количестве, поэтому вы должны иметь посуду для его хранения и по необходимости запастись им дополнительно. Хранить его можно в колбе, либо пластиковых бутылках из-под воды, не содержащей красителей и ароматизаторов (объём которых варьирует от 0,33 до 30л), с притёртой пробкой (если пробка резиновая, то её оборачивают полиэтиленовой плёнкой, чтобы она не взаимодействовала с раствором), на дне должны оставаться кристаллы вещества.

II. Получение кристалла-затравки:

Готовый очищенный раствор аккуратно сливают с осадка кристаллов и в количестве 1л помещают в термостойкую круглодонную колбу. Туда же помещают 1 чайную ложку (с горкой) химически чистого вещества (это могут быть те же выпавшие кристаллы). Теперь колбу нагревают на водяной бане, добиваясь полного растворения, как правило, в окрашенных растворах окраска, из-за избытка вещества, становится интенсивнее. Полученный раствор греют ещё 5 мин на водяной бане при температуре не выше 60-70^оС, после чего его переливают в чистый, подогретый до температуры раствора термостойкий стакан (можно ополоснуть кипятком). Стакан обворачивают плотно сухим полотенцем, накрывают фильтровальной бумагой и оставляют остывать. Сейчас раствор надо беречь от сквозняков, от резких перепадов температур.

Если образовалось множество мелких сросшихся бесформенных кристалликов, как после резкого охлаждения, то количество соли уменьшают и повторяют описанную стадию.

Если кристаллики не образовались, значит Вы не насытили раствор как следует и поэтому раствору следует постоять ещё сутки; либо следует увеличить количество растворяемого вещества, повторив этап заново.

Эта стадия эксперимента должна вас обучить правильно выращивать затравку, которая далее будет исходным кирпичиком для получения «огромной конструкции». Отберите подходящие по структуре кристаллики (с длинной ребра от 0,3см и более) и храните их отдельно в банке с притёртой пробкой вдали от источников высоких температур и света. С каким-то одним вы будете продолжать эксперимент.

Помните: чем меньше выбранная вами затравка, чем она правильнее, тем легче раствору (системе) подстроиться под неё (как перламутру к песчинке, попавшей в мантию моллюска).

III. Выращивание монокристалла:

Монокристалл выращивают из полученной затравки. Используя суровую нить, плотно на 1-2 раза обвивают затравку, чтобы она не соскользнула после намокания нити, желательно за самую длинную грань, либо выберите затравку с длинной гранью. Придётся помучиться, создавая петельку, в которую ляжет кристалл размером около 3-5мм. Второй конец нити можно примотать к крестовине из деревянных или пластиковых палочек, чья длина больше диаметра стакана.

Снова готовят насыщенный раствор на основе исходного маточного. Для этого готовый раствор ставят на водяную баню и добавляют 0,5 чайной ложки вещества (иногда меньше). Чем меньше Вы добавите его на этом этапе, тем лучше (можно также просто нагреть насыщенный раствор, без добавления вещества). Греют и перемешивают. Как только вещество растворилось, колбу вынимают, и раствор переливают в заранее приготовленный нагретый стакан. Стакан с раствором ставят на выбранное место, и дают 20-30 секунд постоять, чтобы жидкость немного успокоилась. Наш раствор непересыщенный, поэтому «лишние градусы» могут вызвать растворение затравки, что нам не нужно. Если раствор тёплый, ему дают остыть до 30^оC или чуть меньше.

Следить за остыванием раствора следует очень внимательно, чтобы не допустить её понижения до комнатной (обычно на остывание раствора выделяют около двух часов, в зависимости от температуры воздуха в помещении). Затем затравку располагают в тёплом растворе (температура на 5-7^оС выше комнатной) таким образом, чтобы кристаллик как бы висел в нём, на высоте 1/2 или 3/5 от дна. Поместив затравку в раствор, понаблюдайте на просвет, не оплывают ли грани у Вашей затравки, не создаются ли вокруг неё волнообразные завихрения. Если да – раствор ещё тёплый для затравки, такое бывает с хорошо растворимыми в воде веществами, надо затравку вынимать и подождать ещё, обычный температурный предел выжидания: раствор должен быть минимум на 5^оС выше комнатной температуры. Когда, наконец, разместили – всё, осталось только ждать, при этом стакан вертеть, наклонять, перемешивать раствор не рекомендуется.

Следует сказать, что можно вырастить кристалл и без нити. Для этого требуется широкий стакан с плоским дном, так как для этой цели затравку аккуратно укладывают на середину дна (можно помочь ей лечь нагретой стеклянной палочкой), и она повторит его рельеф. Здесь рост кристалла будет ограничен стенками стакана, и преимущественно, он будет расти в стороны – это хорошо для медного купороса и для плоских кристаллов в принципе (жёлтая кровяная соль, гидрофталат калия).

В случае с квасцами лучше использовать нить.

Помните: чтобы не было наростов на нити, нить должна быть тонкой без волосков, и должна быть опущена с затравкой в раствор на 5-7^оС теплее комнатной температуры. Такая нить успевает пропитаться раствором и «сливается» с системой в единое целое.

Теперь следует следить за ростом кристалла каждый день, ни в коем случае не поднимая, не поворачивая и не сотрясая стакан с раствором, иначе эта встряска породит в системе незапланированную, иногда мгновенную кристаллизацию. Вначале вы увидите, как система будет «обживать» затравку, как они будут подстраиваться друг под друга. По мере роста нить начнёт уходить внутрь кристалла, получится что-то вроде кулона. У кристаллов есть своя особенность, они должны быть гладкими и прозрачными, как стекло. Однако, при частом прикасании к кристаллу, хранении на открытом воздухе, на свету кристалл выветривается, т.е. теряет, всегда входящую в его состав воду.

Примечание: 1). Некоторые кристаллы (гидрофталат калия) можно выращивать, погрузив только один раз в раствор, в слегка тёплых растворах. При высокой (или наоборот – низкой) температуре кристалл покрывается трещинами и мутнеет. Идеальный кристалл гидрофталата калия (С₈Н₅О₄К) – шестиугольная призма-таблетка, прозрачная как стекло.

2). Очень часто, вместо идеального октаэдра (т.е. тетрагональная бипирамида) у квасцов получается усечённый октаэдр – кубоктаэдр. Поэтому обращайте внимание на выбор затравки (кристалл создаётся по подобию затравки), тупая грань повториться везде! Так устроена система: она влияет на рост кристалла и сам кристалл влияет на свой рост.

3).Выращивание кристаллов хромокалиевых квасцов сопряжено с трудностями: во-первых, раствор не прозрачен, во-вторых, полученные кристаллы можно хранить только под слоем раствора при постоянной температуре или под толстым слоем лака (бесцветный лак для ногтей) в холодильнике. Однако смеси полученные при смешении растворов алюмокалиевых и содержащие от 5% до 30% хромокалиевых квасцов дают растворы различного оттенка от нежно-розового до цвета аметиста и граната, выращенные из них кристаллы, также имеют форму октаэдра, и хранятся намного дольше хромокалиевых без какой-либо защиты.

4). При выращивании кристаллов бихромата калия, в раствор добавляют немного хромового ангидрида CrO₃ (количество его приходится угадывать на практике), полученные кристаллы не совсем отвечают формуле K₂Cr₂O₇, скорее формуле K₂Cr₃O₁₀ (трихромат калия), и имеют вид ярко-красных и почти коричневых параллелепипедов. А вот для роста K₂CrO₄ подобные условия излишни, да и кристаллы у хромата калия – гексагональные бипирамиды.

5). Ромбические призмы, подобные медному купоросу дают тиосульфат натрия (фиксаж) и сульфит натрия, полученные кристаллы похожи на лёд, однако не стабильны и на воздухе рассыпаются в белый порошок спустя несколько часов. Хранение подобно хромокалиевым квасцам, но под лаком кристалл также мутнее.

6).Прозрачные кристаллики алюмокалиевых квасцов вырастают из водного раствора за несколько часов. Чтобы подготовить водный раствор алюмокалиевых квасцов, надо растворить в 400см3 горячей воды, истолченные в порошок 48г алюмокалиевых квасцов. Если же растворить 60г квасцов, то получится раствор, перенасыщенный при 15˚C на 12г. Поэтому-то надо брать горячую воду: в холодной не растворились бы больше 48г. Перенасыщенный раствор начнет кристаллизоваться, если в него попадает какая-нибудь «затравка». Для этого достаточно приоткрыть крышку банки на одну - две секунды: в раствор попадут пылинки квасцов из воздуха. Можно также внести в раствор иголкой несколько пылинок квасцов. Попав в перенасыщенный раствор, пылинки квасцов в нем немедленно начнут расти, а уж если в растворе началась кристаллизация, она не остановится, пока не выделится весь избыток растворенного вещества.

7).У хлорида натрия можно вырастить небольшие кубики, для получения крупных кристаллов используют большие сосуды с затравками, поскольку растворимость его меняется слабо. Более другой, эффективный способ – выращивание из концентрированного раствора хлорида меди (II) CuCl₂, который, испаряясь, высаливает в первую очередь хлорид натрия. Однако полученные кристаллы имеют зелёный оттенок.

3.3 Кристаллизация методом испарения^[1].

Большие кристаллы удобнее выращивать из испаряющегося раствора. Ведь вес кристалла, выросшего из перенасыщенного раствора без испарения, равен весу излишка вещества в растворе. Например, если раствор перенасыщен на 10граммов и вода из него не испаряется, то из этого раствора не может вырасти больше чем 10граммов кристаллов. А из испаряющегося раствора постепенно выкристаллизуется не только излишек, но и все растворенное в нем вещество, если испарить всю воду.

Насыщенный раствор можно приготовить и по-иному. В горячей дистиллированной (а если ее нет, то просто в кипяченой) воде растворяют много вещества - столько, сколько удастся растворить, подсыпая порошок понемногу и все время перемешивая раствор. Полученный раствор фильтруют в колбу или банку, которую закрывают куском ваты. Через некоторое время все лишнее вещество выпадает из раствора и оседает кристалликами на дно. Тогда насыщенный раствор без кристаллов осторожно сливают в тот сосуд, в котором должен расти большой кристалл.

Кристалл растет из перенасыщенного раствора, точнее, только из участков перенасыщенного раствора, которые находятся рядом с кристаллом. Вырастая, кристалл «высасывает» все лишнее вещество вблизи себя, поэтому он оказывается уже окруженным слоем раствора, не перенасыщенного, а лишь насыщенного. Поэтому если надо вырастить большие, хорошо ограненные, однородные кристаллы, то необходимо искусственно перемешивать раствор, тщательно регулировать температуру.

Если приготовить раствор хлорида аммония NH₄Cl небольшой концентрации (40-50%) и кистью нанести на чистую стеклянную пластину, то при высыхании получится «морозный узор», такие узоры могут дать и любые другие вещества, если работать с их разбавленными растворами.

Игольчатые, пушистые кристаллы камфары или салициловой кислоты длиной 0,3-0,8см можно получить, оставив испаряться их спиртовые медицинские растворы (1-2%), разумеется, вдали от огня (поэтому работа с органическими растворителями крайне не удобна: они горючи и имеют запах).

3.4.Кристаллизация методом выпаривания.

Мелкие кристаллы можно вырастить из перенасыщенного раствора действуя на раствор высокими температурами. Таким способом выращивают кристаллы на стекле или металлической поверхности (используют для выращивания редкоземельных металлов из растворов их солей), кристаллы получаются очень мелкими и равномерно покрывают поверхность основы (широко используют в современной технике).

3.5. Выращивание кристаллов из растворов капельным методом.

Можно вырастить свои «сталагмиты» и «сталактиты» Для этих целей готовят очень пересыщенные растворы тиосульфата натрия Na₂S₂O₃*5H₂O или ацетата натрия CH₃COONa. Их наливают в заранее приготовленные стаканы со стеклянными трубками разной длины (трубки должны быть тонкими, чтобы раствор через них капал!), заливают парафином (слой 0,5см). Трубки заклеивают кусочками пластыря, и растворы ставят остывать при комнатной температуре. Стакан укрепляют в штативе (высота около 30см), перевернув трубками вниз. Под стакан ставят кристаллизационную чашку, в которую насыпают ту же соль, из которой приготовлен раствор (тонкий слой). Открывают отверстия трубок, удалив пластырь, следует потереть их концы влажной чистой марлей. Раствор капает на соль, образуя искусственный сталагмит. Чем медленнее капает раствор, тем лучше получается кристалл. За пять учебных занятий можно получить «сталагмит» высотой 62см.

Можно заменить данный прибор хорошо отрегулированной капельной воронкой, в которую доливать насыщенный раствор по мере его расходования удобнее. В химии опыты с ацетатом натрия известны, как «горячий лёд».

3.6. Выращивание кристаллов простых металлов из растворов^[3].

Выращивать кристаллы металлов можно из раствора. И, конечно же, это металлы неактивные и малоактивные, невзаимодействующие с водой (медь, сурьма, висмут, серебро, золото, свинец, олово и т.п.).

Описание опыта на примере выращивания кристаллов меди.

Для эксперимента понадобится медный купорос (тв.), хлорид натрия (тв. и конц. р-р), дистиллированная вода, стакан (от 50мл до 700мл) или обычная пробирка, фильтровальная бумага, железные скрепки, кнопки и т.п.

В чистый стакан (рис.13) насыпают медный купорос очень тонким слоем (около 8мм), чтобы он покрыл дно, утрамбовывают. Сверху насыпают хлорид натрия, он должен превышать количество медного купороса в 3-5 раз (чем больше, тем лучше). Слой также трамбуют. Поверх слоёв укладывают круг из фильтровальной бумаги так, чтобы он вплотную прикасался к стенкам стакана. На фильтр высыпают железные предметы. Теперь удерживая фильтр стеклянной палочкой, наливают медленно и тоненькой струйкой концентрированный раствор хлорида натрия. Раствор не должен перевернуть фильтр или перемешать слои! Чтобы все слои хорошо пропитались, и воздух вышел, аккуратно вдоль стенки опускают тонкую упругую проволоку, давая лишний канал раствору до дна. Стакан закрывают фильтровальной бумагой и оставляют стоять при комнатной температуре. Спустя пару суток (а иногда это видно в первые минуты) слои солей окрасятся в зелёный цвет, это, очевидно, связано с образованием в слоях хлорида меди (II) CuCl₂. После того, как «зелень» дойдёт до фильтра, начнут появляться в слое хлорида натрия розовые нити-дендриты (не сформировавшиеся кристаллы) меди. Если дать им разрастись, то вскоре вы получите обещанные ярко-розовые кристаллы меди имеющие вид призм и октаэдров.

Из-за гидролиза соли – в растворе среда кислая и параллельно происходит растворение железа с выделением горючего водорода. Атомарный водород успевает восстановить присутствующие в железе примеси, например углерод до какого-нибудь углеводорода. Часто углеводороды образуются из-за разложения карбидов железа, которые присутствуют в стальных изделиях. При этом водород имеет мерзкий запах. Помните: такой водород вдыхать опасно!!!

В такой системе кристаллы могут расти несколько дней, недель и даже месяцев, зависит от размеров сосуда, но если слои стали чернеть, кристаллы следует вынуть. ( Рис. 8)

Рис. 8. Выращивание кристаллов меди

Механизм изъятия выросших кристаллов:

сначала магнитом удаляют оставшееся железо;

аккуратно сливают раствор;

пинцетом удаляют остатки фильтра

пинцетом и пластмассовой ложкой выгребают слой хлорида натрия и кристаллы меди в чистый, заранее приготовленный стакан;

затем кристаллы несколько раз заливают тёплой водой, чтобы растворить хлорид натрия.

когда соли не останется, а промывочный раствор будет прозрачен, кристаллы промывают 30%-ным раствором серной кислоты.

раствор с кристаллами меди можно подогреть до 50^оС, чтобы скорее растворить возможные оксиды, так как недопустимо хранение меди в серной кислоте (даже разбавленной) в присутствии её соединений.

хранят кристаллы в растворе серной кислоты той же концентрации в стеклянной банке с притёртой пробкой под очень тонким (по возможности) слоем воздуха.

На воздухе кристаллы не устойчивы, теряют яркий розовый блеск и разрушаются. В природе медь растёт таким же образом, но ингибитором здесь являются дерево, кварц

Примечание:

Подобным образом растят кристаллы серебра, висмута, сурьмы, только исходные вещества – нитраты, а в случае серебра, соли которого светочувствительны, реакцию следует проводить в темноте или при красной лампе. Иначе выращивают кристаллы свинца и олова, ингибитор заменён подкисленным раствором соли одного из этих металлов малой концентрации.

В основу образования кристаллов меди положены процессы гидролиза, реакций обмена и замещения. Ионы меди Cu²⁺ в растворе будут более подвижны, чем сульфат-ионы SO₄^2-. Поэтому происходит обмен между верхним и нижним слоем солей, в ходе которого образуется зелёный хлорид меди. В свою очередь, достигая железа, ионы меди восстанавливаются до металла. Кристаллики, срастаясь в слое хлорида натрия, образуют сначала розовые нити (дендриты), а потом сами кристаллы. Поскольку при гидролизе солей меди появляются ионы H⁺, то и они в свою очередь восстанавливаются железом до водорода H₂. Содержащийся в воздухе кислород также способствует его коррозии. В итоге, конечные продукты: сульфаты железа и натрия, хлорид натрия (его мы брали в избытке), гидроксид железа (III), хлориды меды (I) и (II), водород и само собой – медь. Но есть и ещё один продукт, который мы можем уловить только носом. В железе, в его сплавах (сталь), как правило, присутствует углерод и карбиды, которые в свою очередь дадут углеводороды.

При желании можно получить и другие кристаллы: клатратов хлора Cl₂*(7+x)H₂O (замораживание влажного хлора, либо продувка хлора через снег), серного ангидрида SO₃, йода I₂ (возгонка и осаждение на холодную поверхность), ромбической серы Sa (кристаллизация из сероуглерода, ацетона, хлороформа), моноклинной серы Sb (постепенное охлаждение расплава).

3.7 Другие способы выращивания кристаллов^[8].

1. Кристаллизация методом Чохральского.

Метод Чохральского — выращивание кристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла (или нескольких кристаллов) заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.

Может использоваться для выращивания кристаллов элементов и химических соединений, устойчивых при температурах плавления-кристаллизации. Метод наиболее известен применительно к выращиванию монокристаллического кремния.

2. Выращивание кристаллов методом Вернейля.

Способ французского ученого Огюста Вернейля, создавшему более 100 лет тому назад оригинальную методику и аппаратуру, позволявшую за 2-3 ч выращивать кристаллы рубина, изумрудов массой 20-30 каратов. (Рис.9)

Рис.9. Кристаллы рубина.

4. Экспериментальная часть.

Цель: вырастить кристаллы, из растворов используя различные доступные для школьной лаборатории методы. Поподробнее познакомиться с методом выращивания кристаллов металлов и рассмотреть химические процессы, которые при этом происходят.

Оборудование и реактивы: весы, химическая посуда (стаканы, воронки, колбы), штативы, проволока, фильтры, вода, соли (алюмокалиевые квасцы, сернокислый никель, дихромат калия, медный купорос, нитрат алюминия), химическая посуда.

Реактивы: хлорид натрия, медный купорос, железного купорос, аллюмокалиевые квасцы, бихромат калия, сульфат никеля.

Опыт 1. Выращивание кристаллов из поваренной соли.

Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. Мы приготовили матричный раствор по описанной ранее методике. (Приложение рис. 1-4)

Однако поваренная соль плохо поддается направленной кристаллизации. Образование кристаллов мы заметили только на вторы сутки, а затравку удалось получить только через 2 недели. Далее по описанной методике приготовили новые растворы и поместили кристаллы для дальнейшего роста. (Рис 10-11)

Рис.10. Кристаллы поваренной соли Рис11. Затравка кристалла, выросшая образовавшиеся на дне стакана за 2 недели

Опыт 2. Выращивание кристаллов из медного и железного купоросов.

Приготовили матричный раствор для выращивания кристаллов, далее использовали сразу три описанных в работе методики. (Прилож. рис. 5-10)

№1 Выращивание кристаллов с использованием затравки.

№2 Выращивание кристаллов испарением.

Кристаллы появились уже на следующий день.

Рис.12-13. Кристаллы железного купороса, выросшие на затравке из медного купороса.

Рис.14,15. Кристаллы железного и медного купоросов, выросшие за 2 недели.

Опыт 3.Выращивание кристаллов из растворов малых объемов.

№1 бихромат калия. (Приложение рис.20)

№2 сульфат никеля. (Рис. 16,17)

№3 сульфат аммония (Приложение рис.22)

№4 алюмокалиевые квасцы. (Приложение рис. 21,23)

Рис.16 – 17 Кристаллы солей NiSO_4, K₂Cr₂O₇, выросшие за 2 недели

Опыт 4. Выращивание кристаллов меди.

Нам необходимы медный купорос, поваренная соль, стальная пластинка по форме сечения ёмкости (немного меньшего периметра. Можно использовать стальную стружки, гвозди или кнопки) и кружок из фильтровальной бумаги в форме сечения. Прозрачный сосуд, в котором будут расти кристаллы меди.

Поместили немного медного купороса на дно сосуда (равномерно по площади). Сверху насыпали поваренной соли утрамбовали и закрыли всё фильтровальной бумагой, на которую поместили железные гвозди. Всё это залили насыщенным раствором поваренной соли. (Рис 18-22)

Оставили ёмкость приблизительно на 4 дня. За это время появились иглоугольные красные кристаллы меди. (Рис.21)

Рис.18-20. Процесс начался. Появились красные кристаллы меди.

Прошло еще 5 дней Кристаллов стало еще больше они образовали в растворе красивые пирамидальные фигурки, но вместе с красными кристаллами появились кристаллы и желто-коричневого цвета на фильтровальной бумаге, на поверхности появилась хрупкая пленка, раствор приобрел окраску. (Рис.21-22)

Рассмотрим возможные химические реакции при выращивании кристаллов меди в системе CuSO₄∙5H₂O/NaCl/Fe

1. 2CuSO₄ + 2H₂O⇄ (CuOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

2. CuSO₄ + 2NaCl⇄Na₂SO₄ + CuCl₂ реакция обмена позеленение слоёв солей (наблюдалось, в самом начале процесса). Образовавшаяся соль CuCl₂ вступает в химический процесс (3). Вкус железа на зубах свидетельствует о том, что в процессе образуется и железо которое также вступает во взаимодействие (4)

3. CuCl₂ + H₂O⇄Cu(OH)Cl↓ + HCl реакция обмена (гидролиз)

4.CuCl₂ + Fe = FeCl₂ + Cu↓ реакция замещения рост кристаллов меди

5. 4Fe + 2O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH) ₂ реакция соединения ржавление железа (Рис.20)

6.FeCl₂ + H₂O⇄Fe(OH)Cl↓ + HCl реакция обмена (гидролиз)

7. 4Fe(OH)Cl + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₂Cl↓ реакция соединения бурение раствора (Рис. 21)

8. Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ реакция замещения выделение пузырьков газа. В течение всего процесса роста кристаллов наблюдаем выделение газа. Но так как образующийся газ ядовит работали в марлевых повязках.

9. Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ реакция замещения выделение пузырьков газа

10. Cu + CuCl₂ = Cu₂Cl₂↓ реакция соединения

11. 2FeSO₄ + 2H₂O⇄ (FeOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

12. 4FeSO₄ + 2H₂SO₄ + O₂ = 2Fe₂(SO4)₃ + 2H₂O бурение раствора Особенно на последних этапах процесса

13. Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O⇄ 2Fe(OH)SO₄↓+ H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

14. 4FeCl₂ + 4HCl + O₂ = 4FeCl₃ + 2H₂O бурение раствора

Эти реакции мы определили в ходе систематического наблюдения за процессов, однако этот перечень можно ещё продолжать и продолжать (хотя бы только на одних реакциях гидролиза).

Через 14 дней приняли решение процесс выращивания завершить, так как на дне кристаллов медного купороса не осталось. По описанной методике. Промыли выросшие кристаллы и поместили для хранения под слой 30% раствора серной кислоты.

Рис.23. Помещение меди для хранения

Опыт 5. Выращивание кристаллов железа.

Нам необходимы железный купорос, поваренная соль, цинковая стружка или таблетки (немного меньшего размера, и кружок из фильтровальной бумаги в форме сечения. Прозрачный сосуд, в котором будут расти кристаллы железа.

Поместили немного железного купороса на дно стакана (равномерно по площади). Сверху насыпали поваренной соли утрамбовали и закрыли всё фильтровальной бумаги, на которую поместили цинковые таблетки. Всё это залили насыщенным раствором поваренной соли. (Приложение рис.12,13)

Оставили ёмкость приблизительно на 4 дня. За это время ничего не наблюдали, кроме образования тонкой кирпичной пленки, и на 10 и на 14 день мы так же не наблюдали образования кристаллов (в литературных источниках мы нашли информацию, что так как железо и цинк металлы примерно одинаковой активности используя способ гидрометаллургии получить кристаллы железа не получится)

На 20 день после постановки опыта мы решили его прекратить, но попробовать определить какие процессы в стакане проходили. Пинцетом сняли довольно толстый кристалл соли желто – коричневого цвета (рис 24) цвета и заметили, что цинковые таблетки изменили свой цвет (рис 25), пронаблюдали

рис24 на поверхности выросли кристаллы кристаллизацию поваренной соли она произошла и в нутрии на стенках стакана и с наружи (рис 25),. Далее начали промывать под струей воды цинковые таблетки и заметили, что между ними образовались достаточно большие кристаллы железа (рис 26). (УРА – у нас все получилось) Рассмотрим возможные химические реакции при выращивании кристаллов меди в системе

Fe SO₄∙5H₂O/NaCl/Zn

1. 2 FeSO₄ + 2H₂O⇄ (FeOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

Рис25 кристаллы поваренной соли и 2. FeSO₄ + 2NaCl⇄Na₂SO₄ + FeCl₂ реакция обмена изменение цвета цинковых таблеток позеленение слоёв солей (наблюдалось, в самом начале процесса). Образовавшаяся соль Fe Cl₂ вступает в химический процесс (3). Вкус железа на зубах свидетельствует о том, что в процессе образуется и железо которое также вступает во взаимодействие (4)

3. FeCl₂ + H₂O⇄Cu(Fe)Cl↓ + HCl реакция обмена (гидролиз) 4.FeCl₂ + Zn = ZnCl₂ + Fe ↓ реакция замещения рост кристаллов меди

5. 4 Zn + 2O₂ + 6H₂O = 4 Zn (OH) ₂ реакция

Рис26 кристаллы железа соединения ржавление железа

6.ZnCl₂ + H₂O⇄Zn (OH)Cl↓ + HCl реакция обмена (гидролиз)

7. 4Fe(OH)Cl + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₂Cl↓ реакция соединения бурение раствора

8. Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ реакция замещения выделение пузырьков газа. В течение всего процесса роста кристаллов наблюдаем выделение газа. Но так как образующийся газ ядовит работали в марлевых повязках.

9. Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ реакция замещения выделение пузырьков газа

11. 2FeSO₄ + 2H₂O⇄ (FeOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

12. 4FeSO₄ + 2H₂SO₄ + O₂ = 2Fe₂(SO4)₃ + 2H₂O бурение раствора Особенно на последних этапах процесса

13. Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O⇄ 2Fe(OH)SO₄↓+ H₂SO₄ реакция обмена (гидролиз)

14. 4FeCl₂ + 4HCl + O₂ = 4FeCl₃ + 2H₂O бурение раствора

Вывод к практической части исследования.

Проведенные опыты подтвердили, что искусственное выращивание кристаллов возможно и в условиях школьной лаборатории и в домашних условиях.

Существует большое количество методик выращивания кристаллов из растворов солей они имеют и общее и отличия.

Однако методику выращивания кристаллов чистых металлов мы нашли только одну.

Кристаллизация это физико – химический процесс. Физический процесс кристаллизации, сопровождается рядом химических реакций и вещества, образующиеся в ходе гидролиза могут быть ядовиты, поэтому самостоятельно можно заниматься выращиванием кристаллов только из растворов хорошо известных вам солей.

Ростом кристаллов можно управлять.

Скорость кристаллизации различных солей неодинакова.

Кристаллы металлов вырастают без примеси, но вырастить так можно только если они при обычных условиях не взаимодействуют с водой или медленно взаимодействуют.

Заключение.

Работа над проектом. Оказалась для меня очень интересной и познавательной. Так как опыт написания проектов и проведения исследований у меня уже есть, на организацию работы и составление плана времени много не понадобилось.

Очень интересным был этап работы с литературой, и не менее интересным этап знакомства с методиками выращивания кристаллов.

Список получения кристаллов очень большой, и количество методик также немало. Лучшей методикой останется та, которая поможет Нам на практике добиваться наилучшего результата, а основой ей станет в первую очередь Ваш опыт, терпение и желание добиваться с каждым разом совершенства в своей работе.

Так как этап выращивания кристаллов оказался самым трудоемким нам приходилось на протяжении месяца оставаться в школьной лаборатории по 3-4 часа, для того чтобы сменить растворы, приготовить новые зафотографировать, записать (очень много рутинной работы).

Однако все затраты окупаются. Я познакомился с процессом выращивания чистых кристаллов, а ведь именно этот метод используют для кристаллов используемых в нанотехнологиях, за ними будущее, так же как и за жидкими кристаллами, свойствами которых можно управлять, подвергая действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров.

Цель достигнута. Гипотеза подтвердилась Кристаллизация это действительно не только физический но и химический процесс. Работа будет иметь продолжение думаю, что у меня получится рассмотреть кристаллы, как альтернативные источники получения чистого топлива

Используемая литература

1. Алексинский В. Н.; "Занимательные опыты по химии", М.: Просвещение, 1995г. (только как указатель на литературу по выращиванию кристаллов)

2. Верховский В. Н., «Техника и методика химического эксперимента в школе», Л.; УЧПЕДГКЗ, 1 том 2000 г.,

3. Здорик Т. Б., «Камень, рождающий металл», М.; «Просвещение», 1994г.;

4. Кантор Б. З.; "Минерал рассказывает о себе", М.: Недра, 2005г.;

5. Ольгин О., «Опыты без взрывов», М.; «Химия», 2015г.

6. Полосин В. С.; "Школьный эксперимент по неорганической химии", УЧПЕДГИЗ, 2019г.;

7. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю., "Книга по химии для домашнего чтения", М.: Химия, 2004г.;

8 Шаскольская М. П.; "Кристаллы", М.: Наука, 2005г.;

Приложение

Опыт 1.Рис.1,2,3. Приготовление растворов для выращивания кристаллов поваренной соли

Рис.4. Выращивание кристаллов поваренной соли, методом испарения.

О пыт 2.

Рис. 5-10. Приготовление растворов для выращивания кристаллов.

Рис.11. Кристаллы железного купороса. Рис.12. Кристаллы железного купороса

выращенные на затравке из медного купороса

Рис.13 Кристалл медного купороса, Рис.14 Кристалл медного купороса,

выросший за 24 часа. выросший из маточного раствора.

Рис.15 Выращивание кристаллов методом испарения воды.

Рис.16 Кристаллы железного купороса, Рис.17 Кристаллы медного купороса,

выращенные методом выпаривания. выращенные методом выпаривания.

Опыт 3.

Рис.18 Растворы, подготовленные для кристаллизации.

Рис.19Кристалл бихромата, Рис.20 Кристалл алюмокалиевых квасцов,

выросшие методом выпаривания. Выросшие методом выпаривания.

Рис.21 Кристаллы аммония, выросшие Рис.22 Кристаллы алюмокалиевых квасцов,

методом выпаривания. выросшие методом затравки и выпаривания.

Опыт 4.

Рис.23,24,25 Приготовление емкости для выращивания металла

Рис.26,27,28,29 Изъятие выросших кристаллов меди

Опыт5 Выращивание кристаллов железа рис 30-35