A kristályok növekedése és alkalmazása
Célok: megtalálni és megmutatni. hogy a kristály, függetlenül attól, hogyan szerezte meg, tiszteletben tartja a szimmetria törvényét. Határozza meg a kristályok fő alkalmazását.
Célkitűzések: gyakornokok felvétele:
- általános oktatási képességek: tudományos szakirodalommal való együttműködés, megfigyelések végrehajtása, önellenőrzés és önelemzés elvégzése.
- speciális ismeretek és készségek ezen a projekt témában, képes navigálni az információs térben, önállóan tervezik tudásukat.
- kutatási ismeretek és készségek: hipotézisek kidolgozása, problémák feltárása, a hipotézisnek megfelelő tervezési kísérletek, következtetések levonása.
Berendezés és reagensek: az egyensúlyt, a kémiai tartályokat (csésze, tölcsér lombik), állványok, huzal, szűri víz, sók (timsó, nikkel-szulfát, kálium-dikromát, a réz-szulfát, alumínium-nitrát).
frissítés
A kristály, mint a természet titokzatos és gyönyörű része, az ókortól vonzotta az emberek figyelmét.
A kristály általában az élettelen természet szimbólumaként szolgál. Azonban az élet és a nem élõk közötti kapcsolatot nagyon nehéz megállapítani, és a "kristály" és az "élet" fogalma nem zárja ki egymást.
Természetes kristályok mindig felkeltették az emberek kíváncsiságát. Színük, fényük és formájuk megérintette az emberi szépségérzetet, és az emberek saját maguk és a lakóhelyüket díszítették. Hosszú ideig a babonák kapcsolódtak a kristályokhoz; amulettként nem csak a tulajdonosokat védi a gonosz szellemektől, hanem természetfeletti képességekkel is.
Később, amikor ugyanazokat az ásványokat kezdett vágni és csiszolni, mint a drágakövek, sok babonát tartottak fenn a "boldogság" és a "kövek" talizmánjaiban, a születési hónapnak megfelelően. Minden értékes természetes kő, kivéve az opál, kristályos, és sokan közülük, mint a gyémánt, rubin, zafír és smaragd, tökéletesen vágott kristályokként találkoznak.
A kristályok leghíresebb példái: jég, gyémánt, kvarc, kősó. A legtöbb szilárd anyag nem rendelkezik egy rendszeres geometriai alakú poliedron sík felületekkel és kristályokra jellemző éles szélekkel. A "kristály" szó a görögből származik - "jég".
A víz egy "univerzális" oldószer
A víz a leggyakoribb oldószer szilárd, folyékony és gáznemű anyagok számára. A mindennapi életből jól ismert, hogy ha egyes anyagok vízben oldódnak, akkor megoldások alakulnak ki.
Az oldatok homogén homogén rendszerek, amelyek két vagy több anyagot tartalmaznak. Az oldatok nemcsak folyékonyak, hanem szilárdak is lehetnek, például üveg, ezüst és arany ötvözet. Ismertek továbbá gáz-halmazállapotú oldatok, például levegő. A legfontosabb és leggyakoribb vizes oldatok.
A modern fogalmak szerint a feloldódás az oldószer és az oldott anyag kémiai kölcsönhatása, míg molekuláris vegyületek képződnek. A vizes oldatokban ezeket a vegyületeket hidrátoknak nevezzük, és nemvizes oldatokban szolvátokat nevezünk.
Kristályok a természetben
Jég és hó kristályok
A fagyott víz kristályai, azaz jég és hó, mindenkinek ismert. Ezek a kristályok majdnem fél éve (és a sarki régiókban és évszakokban) fedezik a Föld hatalmas kiterjedéseit, fekszenek a hegy tetején, és gleccserekről csúsztatják le őket, úsznak jéghegyeket az óceánokban.
A folyó jégtakarója, gleccser vagy jéghegy - ez persze nem egy nagy kristály. A sűrű jég tömeg általában polikristályos; egy egyedi kristályból áll. Nem mindig különböznek egymástól, mert sekélyek és összeolvadók. Néha ezeket a kristályokat meg lehet különböztetni az olvadó jégben, például egy folyóvíz sodródásánál a folyóban. Aztán láthatjuk, hogy a jég "ceruza" -ként van összeolvasztva, mint egy összehajtott ceruza kötegben: a hatszögletű oszlopok párhuzamosak egymással, és a víz felszínére állnak; ezek a "ceruza" jégkristályok.
Ismeretes, hogy mennyire veszélyes a növényekre tavasszal vagy őszi fagyokkal. A talaj és a levegő hőmérséklete nulla alá esik, az altalajok és a növényi levek befagyasztják, és jégkristályos tűket képeznek. Ezek az éles tûk könnyezik a növények finom szövetét, a levelek ráncolnak, feketeul válnak, a szárak és a gyökerek megsemmisülnek. A reggeli és a szárazföldön megfagyott éjszakák után gyakran láthatjuk, hogyan nő a "jégfű" a földön. Az ilyen fű minden szárának átlátszó hexahedral jégkristály. A hüvelyek 1-2 cm hosszúak, és néha eléri a 10-12 cm-t. Előfordul, hogy a földet jéglapokkal borítják, álló helyzetben. A talajból fejlődve ezek a jégkristályok homokkal, kavicsokkal, kavicsokkal 50-100 g-ig terjednek. A jeget még ki is nyomják a földből, és kis növényeket szállítanak. Néha a jeges kéreg beborítja a növényt, és a gyökér ragyog a jégen. Az is előfordul, hogy a jéghegyek kefe együtt emeli a nehéz kőzetet, amelyet egyetlen kristály sem tud mozgatni. A kristály "jégfű" csillog és izzó, de csak a napsugarak melegek, a kristályok felborulnak, hogy megfeleljenek a napnak, esnek és gyorsan olvadnak.
A fagyos tavaszi vagy őszi reggelen, amikor a nap még nem sikerült elpusztítani az éjszakai fagyok nyomait, a fák és a bokrok rejtett fát övezik. Az ágak egy csepp jeget lógtak. Nézd: a jégcseppek belsejében láthatók a vékony hexadémájú tűk - jégkristályok. A fagymal borított levelek ecseteknek tűnnek: ahogy a sörték rájuk fényes hatszögletű jégkristály oszlopok állnak rajta. Egy mesés gazdag kristály, egy erdei díszítésű kristályruha.
Minden egyes jégkristály, minden hópehely törékeny és kicsi. A hópelyhekön a legegyszerűbb annak biztosítása, hogy a kristályok alakja helyes és szimmetrikus legyen. A hópehely csillagok meglepően változatos formái, de szimmetriája mindig ugyanaz: csak hat sugár. Miért? Ez a hó-kristályok atomszerkezetének szimmetriája. Ez nem csak a hóra vonatkozik. A kristályok formái nagyon változatosak lehetnek, de ezeknek a formáknak a szimmetriája minden egyes anyag esetében egyedülálló, az adott anyag atomszerkezetének szimmetriája és szabályossága határozza meg. A hópehely csak hat sugarú lehet - ez a hó kristályok szerkezetének szimmetriája.
Kristályok a felhőkben
A kristályos jég, amelynek furcsa mintázatait hópelyhekben csodáljuk, néhány perc alatt megölt egy síkot. A lengés - a repülőgép szörnyű ellensége - szintén a kristálynövekedés eredménye.
Itt a túlhűtött gőzök kristályainak növekedésével foglalkozunk. A légkör felső rétegeiben a vízgőz vagy a vízcseppek hosszabb ideig fennmaradhatnak túlhűtött állapotban. A felhőkön belüli alulhűtés elérheti a -30 ° C-ot. De amint egy repülő repülőgép felrobbant ezekbe a hűtött, felhőkbe, azonnal megkezdődik a gyors kristályosodás. Azonnal a sík gyorsan növekvő jégkristályokból áll.
Kristályok barlangokban
Minden természetes víz - az óceánok, a tengerek, a tavak, a patakok és a föld alatti források - természetes megoldások, mindegyik feloldja az általuk tapasztalt sziklákat, és mindezekben a megoldásokban összetett kristályosodási jelenségek jelentkeznek.
Különösen érdekes a talajvíz kristályosodása a barlangokban. Cseppentse a vizet, és leereszkedjen a barlangfülkéből. Minden csepp részlegesen elpárolog, és az abban feloldott anyag a barlang felső részén marad. Így fokozatosan egy kis gumi alakul ki a barlang mennyezetén, amely ezután egy jégcsapba nő. Ezek a jégcsapok kristályokból állnak. Egyenként a cseppek rendszeresen napról napra, évről évre, évszázadokon át esnek. A bukás hangját hallatán hallják az ívek alatt. A jégcsapok mindegyike nyúlik és nyúlik, és feléjük kezd a nőnek ugyanolyan hosszú pilléreket felépíteni, mint a jégcsapok a barlang fenekéből. Néha jégcsapok, amelyek felülről (stalaktiták) és alulról (stalagmitok) nőnek, találkoznak, összeolvadnak és oszlopokat alkotnak. Tehát vannak a földalatti barlangok figurált, sodrott girlandok, furcsa oszlopok. Mesés, szokatlanul gyönyörű földalatti csarnokok, melyeket fantasztikus cölöpök és stalagmitok díszítenek, a szalattiták rácsaiba bontva. Természetesen az irreguláris alakú kristályok összehasonlíthatatlanul gyakrabban fordulnak elő, mint a rendszeres poliéderek. A folyómederben a kristályok súrlódása miatt a homokról és kövekről a kristályok sarkai törlődnek, a sokszínű kristályok kerek kavicsokká - kavicsokká válnak; a víz, a szél, a fagy, a kristályok repedése, összeomlása miatt; a sziklákban a kristályszemcsék zavarják egymást, és szabálytalan formákban nőnek fel.
Fotók a természetes kristályok az élelmiszer.
Azish a Krasznodar Területen (az Adygea Köztársaságban).
Az alulról növekvő kristályok
A kristályok felülről nőnek
Az oszlop csarnoka, amely kristályokból fejlődött ki
A kristályok oldatokból történő kinyerésének módszerei
Kristályosítás "magokkal"
A sókristályosodás jelenségét nem nehéz kísérletileg reprodukálni. Egy csipetnyi sima asztali sót feloldunk vízben, és öntsük a sós vizet egy csészealjra. Amikor a víz elpárolog, nézzen a nagyítón, és látni fogja, hogy a csészealjon a megfelelő fehér, a csíkok, a kristály kockák arcai. Kő (só) sók kristályai a szemed előtt kialakult oldatból képződnek. Így, miniatűrben megfigyelhetjük a megoldás kristályosodásának jelenségét, amely a természetben, a sósvizű tavakban és az altalaj vizében óriási méretben történik.
Miért válnak el a kristályok a megoldástól? Ennek megértése érdekében meg kell ismerni a megoldások egyes tulajdonságait.
Próbáld oldódik vízben, konyhasó: a csiszolt pohár vízben oldjunk fel 70 gramm só, és ha dörzsölje sót, akkor már nem oldódik, és rendezze az alján. Ugyanez látsz cukor: egy pohár hideg víz oldja húsz teáskanál cukorral, majd a cukrot is rendezni az alján, nem megoldás. 100 gramm hideg vízben csak egy bizonyos mennyiségű cukor (194 gramm), asztali só (35 gramm) vagy bármely más anyag feloldódhat. Egy olyan anyag mennyisége, amely 100 gramm vízben oldódik, az anyagnak vízben való oldhatóságát jelenti; például az asztali só vízben való oldhatósága szobahőmérsékleten 35 gramm. Az oldhatóság a hőmérséklet függvénye. Próbálja meg feloldani a cukrot nem hideg vízben, hanem forró vízben, és biztos lehet benne, hogy a növekvő hőmérséklet mellett a cukor oldhatósága nő. Különböző anyagok esetében az oldhatóság a hőmérséklet függvénye különböző módon történik.
Így minden adott hőmérsékleten csak egy szigorúan korlátozott mennyiségű anyag oldódhat meg, amely vízben oldódik.
Vegyünk egy pohár forró vizet, és öntsünk minden olyan kristályos anyagot, amely vízben oldódik: hiposzulfit, szóda, bórsav, alum. Ha kapsz a nagy kristályokat, először porítsd fel őket. Egy pohár forró vízben öntsön annyi porat, amennyire feloldódhat. Amikor a por feloldódik teljesen leáll, és elkezd süllyedni az aljára, majd a keletkezett oldatot egy másik üveg úgy, hogy az alján a pohár a megoldás nem fog semmilyen a por szemcsék. Ehhez az oldatot szűrt papírral vagy tiszta ruhával szűrje. A kapott oldatban az anyag mennyisége megfelel az adott hőmérsékleten való oldhatóságának. az oldat "telített", és többet nem képes elnyelni az anyag szemcséit. Az ilyen megoldást telítettnek nevezik. Most hagyja az oldatot az üvegből és hagyja kihűlni. Lehűlés esetén a szinte minden anyag oldhatósága csökken; míg a mi oldatot forrón, egy pohár vízben feloldunk, mondjuk, 12 tálcák anyag, míg szobahőmérsékleten, akkor oldódik fel 10 kanál az anyag. Így most a megoldás lesz felesleges anyag. Más szavakkal, magas hőmérsékleten az oldat telített volt, és lehűlés után túltelített lett. Az ilyen túltelített oldat hosszú ideig nem létezhet, így a felesleges anyag szabadul fel az oldatból, és az üveg aljára ürül. Nézd meg a nagyítót, és látni fogod, hogy ez a csapadék kristályokból áll.
A feloldott anyag túltelített oldatokból kikristályosodik, mert túl sok oldatban van - több, mint a megoldás önmagában.
Az alumínium alumínium áttetsző kristályai néhány óra alatt vizes oldatból nőttek. Az alumínium alumínium vizes oldatának elkészítéséhez 48 g alum-lúg-alumíniumot kell feloldani 400 cc forró vízben. Ha 60 g alumínium oldatot old fel, olyan megoldást kap, amely 12 ° C-on 15 ° C-on túltelített. Ezért szükség van forró vízre: a hidegben nem oldódik fel több mint 48 g. A túltelített oldat kristályosodni kezd, ha bármilyen "primer" bejut. Ehhez csak egy vagy két másodpercig nyissa ki az edény fedelét: az oldatból a levegőből származó rágcsálnivaló lesz. Lehetséges továbbá, hogy több oldatot adjon hozzá az oldathoz tűvel. Miután a túltelített oldatból porszemek alum ott nőni kezdenek azonnal, ha a kristályosodás megkezdjük a megoldás, hogy nem hagyja abba, amíg fog állni az összes felesleges oldott.
Egy nagy kristály is nőhet. Ehhez egy kis kristályos "magot" kell elhelyezni vagy fel kell helyezni a nem fűtött megoldás menetére. Először kicsit feloldódik, majd növekedni fog.
Ha egy olyan edényben, amelynek megoldása egy olyan tárgy leeresztésére, amelyen sok mag van, kristályosodik kristályokkal. A cérnát a megoldásba fektessük be, amelyen kristályos motívumok vannak, - a kristályok elkezdenek leülepedni rájuk, és ennek eredményeképpen a poliszilkristályok "gyöngyszáma" nő. Az ilyen szépség vonalak versenghetnek a mesterségesen vágott gyöngyökkel, de sajnos a vizes oldatokból termelt kristályok gyorsan elhalványulnak és könnyen elpusztulnak. Ez a technika alkalmazásának nehézsége.
Kristály figurákat készíthetsz.
Ehhez egy szokásos szálakkal vagy pamutgyertyákkal megkötött drótkeretet kell készíteni, telített oldatba meríteni, azonnal eltávolítani és szobahőmérsékleten meg kell szárítani. A szálakat az oldattal impregnálják, és szárítás után a legkisebb kristályok keletkeznek, amelyek később "magvaként" szolgálnak. És ezután csökkentse ezt a keretet a megoldásba, és felépítse a kristályokat rajta. Ha összecsukható szintetikus karácsonyfát helyezsz a megoldásba, miután szálakkal csomagoltuk a törzset és az ágakat, akkor egy "hóval borított" fát lehet termeszteni. Ez jobb, ha nem, hogy a timsó, és a kálium-dihidrogén-foszfát (KH2PO4) vagy ammónium-dihidrogén-foszfát (NH4H2PO4), - kiváló kristályokat amelyek termesztett eszközökre, amelyek szabályozzák a gerenda Lazarus. Oldhatóságuk 100 g vízre vonatkoztatva: