Kas kristalle on võimalik kodus kasvatada? Proovime koos sellele küsimusele vastust leida ja selle katse läbiviimise meetodeid välja pakkuda.
Me teame suurepäraselt, et looduses võib leida erineva kuju ja suurusega kristalle. Talvel kaunistavad lumehelbed aknaid, puuoksi. Mõned kristallid on teatud organismide jääkproduktid.
Sissejuhatus
Näiteks kristallide kasv on tüüpiline molluskitele, mis langevad kesta. 5-10 aasta pärast moodustub selles kaunis pärl, mis on ainulaadne oma välimuse ja ainulaadse sära poolest.
Safiire, rubiine, teemante ja muid vääriskive võib pidada kristallideks. Looduslike kristallide tähtsus tööstuses, teaduses, elektroonikas ja optikas on suur.
Kodus kristallide kasvatamine on lõbus tegevus algajatele teaduskeemikutele. See on ohutu, seega sobib see isegi põhikooliõpilastele.
Põhjaliku ettevalmistuse ja täpse teostuse kaudueksperiment, toimub katsete seadistamise oskuste kujunemine ja arendamine.
Oluline on alustada kristallide kasvatamist pärast ideid aine agregeeritud olekute kohta, kristallide kasvuprotsessi kontrollimise viise.
Kui kristalliseerumine kulgeb aeglaselt, võite loota suure kristalli saamisele. Protsessi kiirust suurendades võib oodata polükristalliliste väikeste kristallide saamist.
Oluline teave
Kristallide kasvatamise projekti saab alustada teoreetiliste terminite ja kontseptsioonidega. Kristallid on aine tahke olek. Seda iseloomustab teatud kuju, nägude arv, mis on seotud aatomite paigutuse eripäradega. Sama aine kristallid on alati ühesuguse kujuga, kuid erinevused suuruses on lubatud.
Kristallide kasvatamine on seotud lahuse termodünaamiliste parameetrite muutumisega, lahuse üleminekuga agregatsiooni tahkesse olekusse.
Looduses on palju erinevaid aineid, mis võivad kristalle moodustada.
Näiteks veekristallide kasvatamine hõlmab temperatuuri langetamist. Kui vesi külmub, moodustuvad sellest lumehelbed või jääkristallid. Sarnase skeemi järgi toimub mineraalsete kristallide moodustumine teatud kivimite moodustumise protsesside käigus.
Märkimisväärne kogus maa sisemuses olevaid sula- ja kuumakivimeid on mineraalsed lahused.
Kui neid pinnale lükatamaa, toimub aeglane jahtumine, mis viib üleminekuni tahkele kujule.
Näiteks mägigraniit sisaldab mineraalide kristalle: päevakivi, kvarts, vilgukivi. Miljoneid aastaid tagasi eksisteeris graniit mineraalide sulamassina. Meie ajal leidub maapõues mitmesuguseid sulakivimeid, mille järkjärgulise jahtumisega tekivad erinevat tüüpi kristallid.
Kristallide kasvatamise meetodid on erinevad ja sõltuvad aine keemilisest struktuurist, temperatuurist, lisakomponentide kasutamisest.
Protsessi spetsiifika
Protsessi saab jagada mitmeks eraldi punktiks:
- looduslik, seotud loodusharidusega;
- kunstlik.
Teine valik on nõutav järgmistel juhtudel:
- teaduslikel ja tehnilistel eesmärkidel;
- klassivälise, praktilise, eksperimentaalse töö tegemisel;
- juhuslik kristallide moodustumine.
Kuidas saab viimasel juhul kristallide kasv toimuda? Keemia peab seda kristalliseerumise varianti katse soovimatuks tulemuseks, mille puhul teadlasel puudus kontroll. Spontaanset kristalliseerumist täheldatakse täiendavate füüsikaliste või keemiliste protsesside juuresolekul: lahusti aurustamine, lahuse komponentide oksüdatsioon.
Füüsikalised ja keemilised omadused
Kasvavad kristallidsoolast on seletatav aine lahustuvusega lahustites, millega kaasneb kristallstruktuuri hävimine. Selliseks protsessiks vajalik soojus võetakse keskkonnast. Näiteks ammooniumtiotsüanaadi NH4SCN ja kaaliumjodiidi lahustamisel on temperatuuri muutust tunda katseklaasiga otsesel kokkupuutel.
Samuti on kodus soolast kristallide kasvatamine seotud difusiooniga. Näiteks võttes mitu kaaliumpermanganaadi (kaaliumpermanganaadi) kristalli ja lahustades need vees, võib jälgida, kuidas silindri ruumalale tekivad roosad keerised. Tugeval segamisel omandab kogu lahus ühtlase roosa värvuse. Kui see on külmunud, võite loota, et saate ilusaid kaaliumpermanganaadi kristalle.
Lastele mõeldud kristallide kasvatamiseks on kõige parem kasutada naatriumkloriidi ja vasksulfaati (2).
Olulised aspektid
Katsetööks materjali valimisel on oluline arvestada teatud faktidega:
- Lähtematerjal ei tohi olla mürgine. Näiteks lastele mõeldud projekt "Kodus kristallide kasvatamine" ei luba kasutada kaaliumtsüaniidi ja naatriumsulfaati, kuna selliste soolade hüdrolüüsil eralduvad mürgised ühendid, mis võivad põhjustada mürgistust.
- Valitud ained peavad andma stabiilseid tulemusi. Näiteks naatriumsulfaadi kristallid, raud-ammoonium ja kroom-kaaliummaarjas, mangaanisoolad muutuvad niiskuse kadudes kirjeldamatuteks pulbriteks ja seetõttuei kuulu kristallide kasvatamise komplekti.
- Valitud reaktiivide vastuvõetav hind ja saadavus. Kuidas saab kristalle kasvatada? Lastele mõeldud komplektid sisaldavad ligipääsetavaid komponente ja üksikasjalikke juhiseid praktilise töö tegemiseks.
- Püsivate ainete kasutamine. Pöörduva hüdrolüüsiga aineid ei soovitata valida. Seega reageerivad ammooniumisoolad, mis on väga hügroskoopsed, veega, mille tulemusel on raske soovitud tulemust saavutada.
Mida peaks noor alkeemik veel teadma? Kristallide kasvatamine hõlmab teatud toimingute jada (algoritmi). Ainult siis, kui kõik nõuded ja tööetapid on täidetud, võite loota soovitud tulemuse saavutamisele.
Säilitage kristalle eelistatav alt külmkapis, et mitte põhjustada nende hävimist. Mõned ained suudavad stabiilsel kristalsel kujul eksisteerida üsna pikka aega.
Näiteks koolilastele on parim variant vasksulfaadist, soolast kristallide kasvatamine. Need komponendid on saadaval hinnavahemikus, mis sobivad nende keemilis-füüsikaliste ja bioloogiliste omadustega.
Saadud kristallide täiendava katmisega värvitu lakiga saate nende "eluiga" oluliselt pikendada.
Vajalikud seadmed
Kuidas kristalle kasvatada? Lastele mõeldud komplektid sisaldavad keemilisi klaasnõusid: kuumakindlad klaasid,filterpaber, lehter, klaaspulk, reaktiivid.
Kui katse tehakse kodus, võib filterpaberi asemel kasutada tualettpaberit (salvrätikuid) ning veevanni rolli võib täita elektripliidile pandud vana pott.
Tõelise keemialehtri alternatiiviks on vana plastpudeli kael.
Mida veel on oluline arvestada kristallide kasvatamise katse tegemisel? Lisaks otsesele viljelemisele on oluline omandada oskused katsetegevuse tulemuse säilitamiseks.
Haridusvalikud
Kristallide moodustamiseks on kolm erinevat võimalust:
- sulast;
- lahendusest;
- gaasifaasist.
Sula olekust kristalliseerumise näitena võime märkida jää tekkimist veest, aga ka vulkaaniliste kivimite teket.
Vitrioolist kristallide kasvatamine on tüüpiline näide vedelast faasist agregatsiooni tahkesse olekusse üleminekust.
Auru või gaasi jahutamisel täheldatakse elektriliste tõmbejõudude toimel aatomite või molekulide liitumist kristalliliseks olekuks. Üksikkristallide kunstliku tootmise kõige levinumate võimaluste hulgas, mida saavad teha põhikooliõpilased, tõstame esile vasksulfaadist kristallide kasvatamise. Protsessi keerukus seisneb selle voolu ebaolulises kiiruses.
Näide õpilaste projektitööst
Teema asjakohasus seisneb selles, et see antiüksikasjalikud juhised kristallide kasvatamiseks ja konkreetsed tulemused.
Projekti hüpotees: ilusaid ja ainulaadseid kristalle saab kasvatada kodus.
Projekti eesmärk: soolakristallide kasvatamine iseseisv alt.
Projekti eesmärgid:
- analüüsida uurimisküsimuse teoreetilist teavet;
- avaldada soola väärtust inimelu jaoks;
- kasvata oma kätega soolakristalle;
- selgitada kristallide tekke tingimusi;
- hinda praktilise tegevuse käigus saadud tulemusi.
Ajalooline taust
Naatriumkloriid on tavaline toiduaine. Looduses esineb see ühend mineraalhaliidina, mida nimetatakse ka "kivisoolaks". Naatriumkloriidi leidub merevees märkimisväärses koguses. Seda ühendit leiti maa sisikonnast, jõgede kallastel ja mägedes.
Ilma teatud koguse lauasoolata hakkavad paljud elusorganismid soolanälga. Kiskjad korvavad naatriumkloriidi puuduse röövloomade liha ja verega, rohusööjad lakuvad soolast mulda.
Inimesele piisab 10-15 grammist soolast päevas (mitte rohkem kui 1 supilusikatäis), selle kemikaali liig põhjustab neeruhaigusi. Iidsetel aegadel kasutati soolast münte, 5 kivi soola eest võis osta orja.
Vana-Roomas maksti palgatud sõduritele soola, mitte rahaga. Britid uskusid, et naatriumkloriidi lahus,asjale pritsinud, hoiab ära ebaõnne. Just soola peeti sõpruse ja külalislahkuse sümboliks. On populaarne märk, mille järgi, kui see on hajutatud, peate valmistuma ebaõnnestumiseks, tüliks.
Kiievi Venemaal pärines aine Aasovi ja Musta mere soolajärvedest. See oli nii kallis kaup, et seda serveeriti ainult õilsatele külalistele.
Naatriumkloriidi kaevandamise kohtadesse ilmusid linnad:
- Solikamsk.
- Solvychegodsk.
- Bursol.
- Solikamsk.
- Soligalich.
- Sol-Iletsk.
Huvitav kristallide kohta
Sõna tähendab kreeka keeles "jää". Neil on mitmesugused kujud, struktuurid, suurused. Näiteks ulatuvad hiiglaslikud proovid mitme tonnise massini. Muistsed inimesed uskusid, et jääst saab kristalli ja kristallist saab teemante. Neile omistati maagilised omadused, nad uskusid, et kristallid paranevad surmavatest haigustest, mõjutavad inimese saatust ja elu.
On olemas kristallide erivormid: oksad, suled, nõelad, puud, lilled. Näiteks võib tuua mustrid akendel talvel. Inimesed on õppinud rubiine kunstlikult kasvatama. Kive on vaja juveelitööstuses, aga ka täppiskellamehhanismide valmistamisel.
Harjutamine
Soolakristallide kasvatamine ei vaja erikemikaale. Igas kodus on toiduks sool. Selle keemilise ühendi kristallid onläbipaistvad värvitud kuubikud. Soolakristallide kasvatamise protseduur jagunes mitmeks etapiks:
- Soola lahustamine soojas vees. Protsess jätkus kuni selle hetkeni, kuni aine lakkas lahustumast (küllastunud lahus).
- Valmistatud segu valatakse teise anumasse, milles saab kasvatada lõplikke kristalle. Et killud kristalliseerumisprotsessi ei segaks, filtreeritakse lahus esm alt läbi salvrätiku või tualettpaberi.
- Väike kivike seotakse niidi külge, mis lastakse ettevalmistatud lahusesse.
- Anum on kaetud metalliseeritud fooliumiga, et vältida prahi ja tolmu sissepääsu.
Olulised punktid
Suurte ja ilusate kristallide saamiseks ei ole soovitav kivikest ilma erivajaduseta välja tõmmata.
Prügi ei tohiks sattuda küllastunud lahusesse, kuna see vähendab kristalliseerumiskiirust ja mõjutab negatiivselt moodustunud osakeste suurust.
Ärge kasutage kristallide kasvatamisel värvaineid, kuna see mitte ainult ei riku lahust ennast, vaid mõjutab negatiivselt ka lõpptulemust.
Arvustuste põhjal otsustades moodustuvad niidil esimesed kristallid 2-3 päeva pärast katse algust. Järk-järgult suurenevad nad, kasvavad üksteise peale. Lõpuks moodustub üsna suur läbipaistev naatriumkloriidi kristall.
Vasksulfaadi kristallide kasvatamine
Ilusate sulfaadiosakeste saamiseksvaske saab osta riistvara poest vasksulfaadi pulbrit. Seda ainet kasutatakse põllumajanduses, et võidelda kahjulike mikroorganismide vastu, mis hävitavad köögivilja- ja puuviljakultuure.
Tuleb meeles pidada, et vasksulfaat on aktiivne keemiline ühend. See on mürgine! Pärast pulbri lahustamist, samuti vasksulfaadi kristallidega töötamisel on vaja käsi pesta.
Esm alt peate valmistama sellest soolast küllastunud lahuse. Selleks lahustatakse pulber kuumas vees, kuni lahustumisprotsess peatub. Järgmisena kinnitatakse niidi külge väike veeris (seeme), see riputatakse vasksulfaadi lahusega anumasse nii, et see ei puudutaks põhja. Anum jäetakse pikaks ajaks lahti, hoitakse toatemperatuuri. Prahi ja tolmu sissepääsu vältimiseks võib anuma katta toidukilega.
Aurustumise käigus tekib lahuse pinnale koorik, mis muutub järk-järgult sinisteks läikivateks kristallideks. 3-4 päeva pärast on "seeme" üle kasvanud siniste kristallidega, mis meenutavad vääriskive. Kolme nädala pärast võite saada suure vasksulfaadi kristalli.
Soovi korral võite end varustada noore keemiku valmiskomplektiga, mis on loodud mitmesuguste kristallide kasvatamiseks.
Ainena kasutatakse ammooniumdivesinikfosfaati, millele lisatakse pulbrilist toiduvärvi. Samuti on komplektis "seemneks" vajalikud kivikesed, kaanega plastnõu ja mõõdetud vahed kasvatamiseks, pintsetid,suurendusklaas, segamislaba.
Katse jaoks mõõdetakse 40 ml kuuma vett, seejärel valatakse segu, lahustatakse vees spaatliga segades. Põhikivi puistatakse mööda anuma põhja, lahus valatakse anumasse. See asetatakse valgusküllasesse kohta, näiteks aknalauale. Kui vesi aurustub, ilmuvad anumasse nõelakujulised soolakristallid. 2-3 nädala pärast aurustub vesi täielikult, näete suuri ammooniumsoola kristalle.
Lõpetuseks
Varem pakutud algoritmi järgi uurimistööd tehes võib loota ülesande täitmisele. Kodus kasvatatud kristallid on üsna suured.
Sõltumatute katsete käigus saab noor keemik teha järgmised järeldused:
- võrdle erinevate kemikaalide kristallide kasvuprotsessi;
- analüüsida kasvanud kristallide värvi, suuruse ja kuju erinevusi;
- osakesed võivad kasvada umbrohtude eemaldamisel, soovimatutest kasvudest vabanemisel;
- kristallide kasvuprotsess toimub vee aurustumisel;
- temperatuur mõjutab nende kuju ja suurust.
Arvustuste põhjal otsustades on kristallid üsna kapriissed, neid tuleb hoolik alt käsitleda, temperatuuri režiimi täielikku järgimist, toimingute jada, "seemne" kasutamist. Kui teil on kannatlikkust, käsitlege seda projekti hoolik alt ja hoolik alt, on täiesti võimalik kodus iseseisv alt kasvatada ebatavalise kuju, värvi ja suurusega kristalle.
Ei tohi unustada, et kristallilisi aineid vajab inimene tööpinkide tootmiseks, majade ehitamiseks, koduseks otstarbeks.
Maa sisikonnas on sellise ideaalse kujuga kivid, nagu oleks keegi neid kvaliteetselt lihvinud, lihvinud, lõikanud.
Igaüks meist vaatas üllatusega veatuid lumehelbeid, väikseid liivaterasid jõekaldal, imetlesime vääris- ja poolvääriskive.
Raske uskuda, et need kristalsed ained lõi loodus ilma inimese sekkumiseta.
Praktilise tegevuse käigus tutvuvad õpilased teoreetiliste materjalidega, katsetegevuse oskustega, tutvuvad põhiliste ohutusreeglitega.
