Ar galima namuose auginti kristalus? Pabandykime kartu rasti atsakymą į šį klausimą, pasiūlyti šio eksperimento atlikimo būdus.
Puikiai žinome, kad gamtoje galima rasti įvairių formų ir dydžių kristalų. Žiemą snaigės puošia langus, medžių šakas. Kai kurie kristalai yra tam tikrų organizmų atliekos.
Įvadas
Pavyzdžiui, kristalų augimas būdingas moliuskams, kurie patenka į kiautą. Po 5-10 metų jame susiformuoja gražus perlas, nepakartojamas savo išvaizda ir nepakartojamu blizgesiu.
Safyrai, rubinai, deimantai ir kiti brangakmeniai gali būti laikomi kristalais. Natūralių kristalų svarba pramonėje, moksle, elektronikoje, optikoje yra didžiulė.
Kristalų auginimas namuose yra smagi veikla pradedantiesiems chemikams. Jis yra saugus, todėl tinka net pradinių klasių mokiniams.
Per kruopštų pasiruošimą, kruopštų vykdymąeksperimentas, vyksta eksperimentų nustatymo įgūdžių formavimas ir tobulinimas.
Svarbu pradėti auginti kristalus po idėjų apie agreguotas materijos būsenas, būdus, kaip kontroliuoti kristalų augimo procesą.
Jei kristalizacija vyksta lėtai, galite tikėtis gauti didelį kristalą. Padidinus proceso greitį, galima tikėtis gauti polikristalinius mažus kristalus.
Svarbi informacija
Krištolų auginimo projektą galima pradėti nuo teorinių terminų ir sąvokų. Kristalai yra kieta materijos būsena. Jai būdinga tam tikra forma, veidų skaičius, susijęs su atomų išsidėstymo specifika. Tos pačios medžiagos kristalai visada turi tą pačią formą, tačiau leidžiami jų dydžio skirtumai.
Kristalų augimas yra susijęs su tirpalo termodinaminių parametrų pasikeitimu, tirpalo perėjimu į kietą agregacijos būseną.
Gamtoje yra daug įvairių medžiagų, kurios gali sudaryti kristalus.
Pavyzdžiui, auginant vandens kristalus reikia sumažinti temperatūrą. Kai vanduo užšąla, susidaro snaigės arba ledo kristalai. Pagal panašią schemą mineralinių kristalų susidarymas vyksta tam tikrų uolienų formavimosi procesų metu.
Nemaža dalis išsilydžiusių ir karštų uolienų žemės viduje yra mineraliniai tirpalai.
Stumdami juos į paviršiųžemė, vyksta lėtas aušinimas, dėl kurio pereinama į kietą formą.
Pavyzdžiui, kalnų granite yra mineralų kristalų: lauko špato, kvarco, žėručio. Prieš milijonus metų granitas egzistavo kaip išlydyta mineralų masė. Mūsų laikais žemės plutoje yra įvairių išlydytų uolienų, kurioms laipsniškai vėsstant susidaro įvairių tipų kristalai.
Kristalų auginimo būdai skiriasi ir priklauso nuo medžiagos cheminės struktūros, temperatūros, papildomų komponentų naudojimo.
Proceso specifika
Procesą galima suskirstyti į kelis atskirus punktus:
- natūralus, susijęs su švietimu gamtoje;
- dirbtinis.
Antrasis variantas yra paklausus šiais atvejais:
- moksliniams ir techniniams tikslams;
- atliekant popamokinį, praktinį, eksperimentinį darbą;
- atsitiktinis kristalų susidarymas.
Kaip pastaruoju atveju gali vykti kristalų augimas? Chemija mano, kad šis kristalizacijos variantas yra nenumatytas eksperimento rezultatas, kuriame šiuo atveju tyrėjas nekontroliavo. Spontaniška kristalizacija stebima esant papildomiems fiziniams ar cheminiams procesams: tirpikliui išgaruojant, tirpalo komponentų oksidacijai.
Fizikinės ir cheminės savybės
Augantys kristalainuo druskos paaiškinama medžiagos tirpumu tirpikliuose, kartu su kristalinės struktūros sunaikinimu. Tokiam procesui reikalinga šiluma paimama iš aplinkos. Pavyzdžiui, tirpinant amonio tiocianatą NH4SCN ir kalio jodidą, temperatūros pokytis gali būti jaučiamas tiesiogiai liečiant mėgintuvėlį.
Be to, kristalų auginimas iš druskos namuose siejamas su difuzija. Pavyzdžiui, paėmus kelis kalio permanganato (kalio permanganato) kristalus ir juos ištirpinus vandenyje, galima stebėti, kaip cilindro tūryje susidaro rausvi sūkuriai. Energingai maišant visas tirpalas įgauna vienodą rausvą spalvą. Jei jis užšalęs, galite tikėtis, kad gausite gražių kalio permanganato kristalų.
Kristalus vaikams geriausia auginti naudojant natrio chloridą, vario sulfatą (2).
Svarbūs aspektai
Renkantis medžiagą eksperimentiniam darbui, svarbu atsižvelgti į tam tikrus faktus:
- Pradinė medžiaga neturi būti toksiška. Pavyzdžiui, vaikams skirtas projektas „Kristalų auginimas namuose“neleidžia naudoti kalio cianido, natrio sulfato, nes hidrolizuojant tokias druskas išsiskiria toksiški junginiai, kurie gali sukelti apsinuodijimą.
- Pasirinktos medžiagos turi duoti stabilius rezultatus. Pavyzdžiui, natrio sulfato kristalai, geležies-amonio ir chromo-kalio alūnas, mangano druskos, praradusios drėgmę, virsta neapibrėžtais milteliais, todėl jienėra įtraukti į kristalų auginimo rinkinį.
- Priimtina pasirinktų reagentų kaina ir prieinamumas. Kaip galima auginti kristalus? Vaikams skirtus rinkinius sudaro prieinami komponentai ir išsamios praktinio darbo instrukcijos.
- Stabilių medžiagų naudojimas. Nerekomenduojama rinktis medžiagų, kurioms vyksta grįžtamoji hidrolizė. Taigi, amonio druskos, kurios yra labai higroskopiškos, reaguos su vandeniu, todėl bus sunku tikėtis gauti norimą rezultatą.
Ką dar turėtų žinoti jaunas alchemikas? Kristalų auginimas apima tam tikrą veiksmų seką (algoritmą). Tik jei bus įvykdyti visi reikalavimai ir darbo etapai, galite tikėtis gauti norimą rezultatą.
Kristalus geriausia laikykite šaldytuve, kad nesugadintumėte jų. Kai kurios medžiagos gali egzistuoti stabilioje kristalinėje formoje gana ilgą laiką.
Pavyzdžiui, geriausias variantas moksleiviams – kristalus auginti iš vario sulfato, druskos. Šiuos komponentus galima įsigyti pagal kainų diapazoną, atitinkantį jų chemines-fizines ir biologines savybes.
Papildomai padengę gautus kristalus bespalviu laku, galite žymiai pailginti jų „tarnavimo laiką“.
Reikalinga įranga
Kaip auginti kristalus? Vaikams skirtus rinkinius sudaro cheminiai stiklo dirbiniai: karščiui atsparūs stiklai,filtravimo popierius, piltuvas, stiklinė lazdelė, reagentai.
Jei eksperimentas atliekamas namuose, vietoj filtravimo popieriaus galima naudoti tualetinį popierių (servetėles), o ant elektrinės viryklės pastatytas senas puodas gali atlikti vandens vonios vaidmenį.
Alternatyva tikram cheminių medžiagų piltuvui yra seno plastikinio butelio kaklelis.
Į ką dar svarbu atsižvelgti atliekant kristalų auginimo eksperimentą? Be tiesioginio auginimo, svarbu įgyti įgūdžių išsaugoti eksperimentinės veiklos rezultatą.
Išsilavinimo parinktys
Yra trys skirtingos kristalų formavimo parinktys:
- nuo lydalo;
- iš sprendimo;
- iš dujų fazės.
Kaip kristalizacijos iš išlydytos būsenos pavyzdį galime paminėti ledo atsiradimą iš vandens, taip pat vulkaninių uolienų susidarymą.
Kristalų auginimas iš vitriolio yra tipiškas perėjimo iš skystos fazės į kietą agregacijos būseną pavyzdys.
Garams ar dujoms aušinant, dėl elektrinių traukos jėgų stebimas atomų ar molekulių susijungimas į kristalinę būseną. Tarp labiausiai paplitusių dirbtinio monokristalų gamybos variantų, kuriuos gali atlikti pradinių klasių mokiniai, išskiriame kristalų auginimą iš vario sulfato. Proceso sudėtingumas yra nereikšmingas jo srauto greitis.
Studentų projektinio darbo pavyzdys
Temos aktualumas yra tai, kad ji buvo pateiktaišsamios kristalų auginimo instrukcijos ir konkretūs rezultatai.
Projekto hipotezė: gražius ir unikalius kristalus galima užsiauginti namuose.
Projekto tikslas: savarankiškai auginti druskos kristalus.
Projekto tikslai:
- analizuokite teorinę informaciją tyrimo klausimu;
- atskleisti druskos vertę žmogaus gyvybei;
- užauginkite druskos kristalus savo rankomis;
- išsiaiškinti kristalų susidarymo sąlygas;
- įvertinti praktinės veiklos metu gautus rezultatus.
Istorijos fonas
Natrio chloridas yra įprastas maisto produktas. Gamtoje šis junginys randamas kaip mineralinis halitas, dar vadinamas „akmens druska“. Didelis natrio chlorido kiekis randamas jūros vandenyje. Šis junginys buvo rastas žemės gelmėse, upių pakrantėse, kalnuose.
Be tam tikro valgomosios druskos kiekio daugelis gyvų organizmų pradeda druskos badą. Plėšrūnai natrio chlorido trūkumą kompensuoja grobio mėsa ir krauju, žolėdžiai laižo sūrų dirvą.
Žmogui pakanka 10-15 gramų druskos per dieną (ne daugiau kaip 1 valgomasis šaukštas), šios cheminės medžiagos perteklius sukelia inkstų ligas. Senovėje druska buvo naudojama monetoms gaminti, už 5 plyteles druskos galėjai nusipirkti vergą.
Senovės Romoje samdomiems kariams buvo mokama druska, o ne pinigais. Britai tikėjo, kad natrio chlorido tirpalas,aptaškęs daiktą, apsaugo nuo nelaimės. Būtent druska buvo laikoma draugystės ir svetingumo simboliu. Yra populiarus ženklas, pagal kurį išsibarsčius reikia ruoštis nesėkmei, kivirčui.
Kijevo Rusioje medžiaga atkeliavo iš Azovo ir Juodosios jūrų druskingų ežerų. Tai buvo tokia brangi prekė, kad buvo patiekiama tik kilmingiems svečiams.
Yra miestų, kurie atsirado tose vietose, kur buvo kasamas natrio chloridas:
- Solikamskas.
- Solvychegodsk.
- Bursol.
- Solikamskas.
- Soligalich.
- Sol-Iletsk.
Įdomu apie kristalus
Graikiškai šis žodis reiškia „ledas“. Jie yra įvairių formų, struktūrų, dydžių. Pavyzdžiui, milžiniški mėginiai pasiekia kelių tonų masę. Senovės žmonės tikėjo, kad iš ledo galima gauti kristalą, o iš krištolo – deimantus. Jie buvo apdovanoti magiškomis savybėmis, tikėjo, kad kristalai gydo nuo mirtinų ligų, daro įtaką žmogaus likimui ir gyvenimui.
Yra specialių kristalų formų: šakos, plunksnos, spygliai, medžiai, gėlės. Pavyzdys yra langų raštai žiemą. Žmonės išmoko dirbtinai auginti rubinus. Akmenys reikalingi juvelyrikos pramonei, taip pat tikslių laikrodžių mechanizmų gamybai.
Praktika
Druskos kristalų auginimas nenaudojamas specialių cheminių medžiagų. Kiekvienuose namuose yra druskos maistui. Šio cheminio junginio kristalai yraskaidrūs bespalviai kubeliai. Druskos kristalų auginimo procedūra buvo suskirstyta į kelis etapus:
- Druskos ištirpinimas šiltame vandenyje. Procesas tęsėsi tol, kol atėjo toks momentas, kol medžiaga nustojo tirpti (sotus tirpalas).
- Paruoštas mišinys supilamas į kitą indą, kuriame galima auginti galutinius kristalus. Kad dėmės netrukdytų kristalizacijos procesui, tirpalas pirmiausia filtruojamas per servetėlę arba tualetinį popierių.
- Prie siūlo pririšamas mažas akmenukas, kuris nuleidžiamas į paruoštą tirpalą.
- Talpykla padengta metalizuota folija, kad į vidų nepatektų šiukšlių ir dulkių.
Svarbūs punktai
Norint gauti didelių ir gražių kristalų, nepageidautina be ypatingo poreikio ištraukti akmenuką.
Šiukšlės neturi patekti į prisotintą tirpalą, nes dėl to sumažės kristalizacijos greitis ir neigiamai paveiks susidariusių dalelių dydį.
Augindami kristalus nenaudokite dažų, nes tai ne tik sugadins patį tirpalą, bet ir neigiamai paveiks galutinį rezultatą.
Sprendžiant iš apžvalgų, pirmieji kristalai ant siūlų susidaro praėjus 2-3 dienoms nuo eksperimento pradžios. Palaipsniui jie didėja, auga vienas ant kito. Galiausiai susidaro gana didelis skaidrus natrio chlorido kristalas.
Vario sulfato kristalų auginimas
Kad gautumėte gražių sulfatų daleliųvario galima įsigyti techninės įrangos parduotuvėje vario sulfato milteliai. Ši medžiaga naudojama žemės ūkyje kovojant su žalingais mikroorganizmais, kurie naikina daržovių ir vaisių pasėlius.
Reikia atsiminti, kad vario sulfatas yra aktyvus cheminis junginys. Tai nuodinga! Nusiplauti rankas būtina pasibaigus miltelių ištirpinimo procesui, taip pat dirbant su vario sulfato kristalais.
Pirmiausia reikia paruošti prisotintą šios druskos tirpalą. Norėdami tai padaryti, milteliai ištirpinami karštame vandenyje, kol tirpimo procesas sustos. Tada prie sriegio pritvirtinamas mažas akmenukas (sėkla), jis pakabinamas inde su vario sulfato tirpalu, kad jis neliestų dugno. Indas ilgą laiką paliekamas atviras, palaikoma kambario temperatūra. Kad į vidų nepatektų šiukšlių ir dulkių, indą galima uždengti maistine folija.
Išgaravimo metu tirpalo paviršiuje atsiras pluta, kuri palaipsniui virs mėlynai blizgančiais kristalais. Po 3-4 dienų „sėkla“apauga mėlynais kristalais, primenančiais brangakmenius. Po trijų savaičių galite gauti didelį vario sulfato kristalą.
Jei norite, galite apsiginkluoti paruoštu jauno chemiko rinkiniu, skirtu įvairiems kristalams auginti.
Amonio divandenilio fosfatas naudojamas kaip medžiaga, į kurią dedama maistinių dažų miltelių. Taip pat rinkinyje yra „sėklai“būtinų akmenukų, plastikinis indas su dangteliu ir išmatuotais skyreliais auginimui, pincetai,didinamasis stiklas, maišymo mentelė.
Eksperimentui išmatuojama 40 ml karšto vandens, po to pilamas mišinys, maišant mentele ištirpinamas vandenyje. Pagrindinė uoliena išbarstoma išilgai konteinerio dugno, tirpalas pilamas į indą. Jis dedamas šviesioje vietoje, pavyzdžiui, ant palangės. Vandeniui išgaruojant, talpykloje atsiranda adatos formos druskos kristalai. Po 2-3 savaičių vanduo visiškai išgaruos, matysite didelius amonio druskos kristalus.
Pabaigoje
Atliekant tiriamąjį darbą pagal anksčiau pasiūlytą algoritmą, galima pasikliauti užduoties įgyvendinimu. Namuose užauginti kristalai yra gana dideli.
Atlikdamas nepriklausomus eksperimentus, jaunas chemikas gali padaryti tokias išvadas:
- palyginkite įvairių cheminių medžiagų kristalų augimo procesą;
- analizuokite išaugusių kristalų spalvos, dydžio, formos skirtumus;
- dalelės gali augti šalinant piktžoles, atsikratant nepageidaujamų ataugų;
- kristalų augimo procesas vyksta garuojant vandeniui;
- jų formą ir dydį veikia temperatūra.
Sprendžiant iš atsiliepimų, kristalai yra gana kaprizingi, su jais reikia elgtis atsargiai, visiškai laikytis temperatūros režimo, veiksmų sekos, naudoti "sėklą". Jei turite kantrybės, rūpestingai ir atsargiai elkitės su šiuo projektu, visiškai įmanoma namuose savarankiškai užsiauginti neįprastos formos, spalvos, dydžio kristalus.
Negalime pamiršti, kad kristalinės medžiagos žmogui reikalingos staklių gamybai, namų statybai, buities reikmėms.
Žemės gelmėse yra tokios idealios formos akmenys, lyg kas būtų juos kokybiškai nušlifavęs, nugludinęs, pjaustęs.
Kiekvienas nustebęs žiūrėjo į nepriekaištingas snaiges, smulkius smėlio grūdelius upės pakrantėje, žavėjomės brangakmeniais ir pusbrangiais akmenimis.
Sunku patikėti, kad šias kristalines medžiagas sukūrė gamta be jokio žmogaus įsikišimo.
Praktinės veiklos metu mokiniai susipažįsta su teorine medžiaga, eksperimentinės veiklos įgūdžiais, įsisavina pagrindines saugos taisykles.
