Выращивание кристаллов из водного раствора

Развитие науки и техники привело к тому, что многие редко встречающиеся в природе кристаллы стали необходимыми для изготовления деталей приборов, машин, для выполнения научных исследований. Потребность во многих кристаллах возросла настолько, что удовлетворить ее за счет выработки старых и поисков новых природных месторождений оказалось невозможным. Возникла задача разработки технологии искусственного изготовления кристаллов

Наиболее распространенные способы выращивания кристаллов ― кристаллизация из расплава и кристаллизация из раствора. Эти технологии очень сложны.

Однако каждый желающий может вырастить некоторые кристаллы в домашних условиях путём кристаллизации из водного раствора кристаллического вещества.

Именно этим способом выращивания мы воспользовались в своей работе.

Выращивают кристаллы из раствора, в основном, двумя способами. Один из них — охлаждение насыщенного раствора вещества. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе появляются крошечные кристаллы-зародыши и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы.

Другой метод выращивания кристаллов — постепенное удаление воды (испарение) из насыщенного раствора. В этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Надо оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре — вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).

Приготовление насыщенного раствора вещества

Прежде, чем приступить к выращиванию кристаллов из водных растворов, важно научиться правильно готовить насыщенный раствор кристаллического вещества.

Нужно взять стакан горячей воды и всыпать в него кристаллическое вещество, растворяющееся в воде (крупные кристаллы необходимо растолочь в порошок).

В стакан с горячей водой нужно всыпать столько порошка, сколько сможет раствориться; при этом необходимо помешивать воду, тогда порошок будет растворяться быстрее. Когда порошок совсем перестанет растворяться и начнет оседать на дно, слить образовавшийся раствор в другой стакан так, чтобы на дно стакана с раствором не попало ни одной крупинки порошка. Для этого надо профильтровать раствор через фильтровальную бумагу или через чистую тряпочку. В получившемся растворе количество вещества как раз соответствует его растворимости при данной температуре. Такой раствор называется насыщенным.

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. 1. Опыт № 1 Охлаждение насыщенных растворов соли и сахара

Из двух способов выращивания кристаллов: а) медленное испарение насыщенного раствора; б) постепенное охлаждение насыщенного раствора я выбрала второй, так как он дает возможность выращивать кристаллы в короткие сроки.

Вещества для эксперимента: соль и сахар.

Выбор веществ обусловлен следующей причиной: так как у поваренной соли и сахара, являющихся дешевыми, доступными веществами, данные вещества являются наиболее пригодными для выращивания кристаллов по способу постепенного охлаждения насыщенного раствора и безопасными для проведения исследования а домашних условиях

Колбу с насыщенным раствором соли и колбу с насыщенным раствором сахара поставила охлаждаться, предварительно опустив в каждую из них нить.

Через 6 дней в растворе соли на нитке наросли заметные глазу кристаллики. Во второй колбе за это время на нитке ничего не появилось.

На 10-ый день размеры солевых кристаллов на нитке увеличились. А кристаллы сахара так и не появились.

На 15-ый день на нити были четко видны кристаллы соли в форме прозрачных кубиков, размеры которых были различны.

Эксперимент по выращиванию кристаллов поваренной соли удался.

Но почему мне не удалось получить кристаллы сахара? Что же произошло с раствором сахара? Насыщенный раствор сахара очень вязкий, а при охлаждении он стал совсем густым – в такой среде кристаллизация протекает с большим трудом, и в результате образовалась прозрачная масса, похожая на стекло.

Вывод: не все кристаллические соединения годятся для выращивания кристаллов

2. 2. Опыт № 2 Фантастические пейзажи на стекле.

1. Готовлю теплый раствор окрашенных солей с желатином:

- сульфата меди

- дихромата калия

- хлорида никеля

Эти растворы содержат15 г каждой соли в 100 г воды.

2. Раствор желатина смешиваю с раствором соли и выливаю смесь на обезжиренную стеклянную пластинку, чтобы получился слой толщиной 2 – 3 мм.

3. Пластинки оставляю в горизонтальном положении для испарения воды.

Наблюдение:

Через 2 дня вода с пластинок испарилась и на стекле появились причудливые узоры из цветных кристаллов:

- голубые

- оранжевые

-зеленые

Вывод: насыщенный раствор солей при испарении стал перенасыщенным, и образование кристаллов начинается очень быстро.

2. 3 Реализация результатов исследовательской работы на практике.

Возникает вопрос: как я могу использовать полученные в ходе работы знания и умения?

Ответ на этот вопрос пришел в канун Нового года. Помогая украшать квартиру, я в насыщенный раствор поваренной соли опустила веточку ели и через некоторое время она покрылись “инеем” Вот так любой человек может подарить близким «чудо».

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выращивание кристаллов - это увлекательный и кропотливый процесс. В результате проделанной работы я выяснила, какие существуют способы получения кристаллов, овладела методикой приготовления насыщенного раствора кристаллического вещества и научились выращивать кристаллы поваренной соли, медного купороса, олова и калия. Убедилась на практике в том, что форма кристаллов бывает довольно разнообразной и это зависит от кристаллической решетки вещества.

Производя наблюдения за процессом роста кристаллических тел, я заметила несколько интересных явлений. Перечислю эти явления.

Явление кристаллизации - превращения жидкого вещества в твердое.

Испарение - парообразование с поверхности жидкости, явление, благодаря которому насыщенный раствор становится перенасыщенным, и начинается образование кристаллов.

1. Я познакомилась со способами выращивания кристаллов, вырастила кристаллы поваренной соли; солей меди, никеля, калия

2. Убедилась на практике в том, что форма кристаллов бывает довольно разнообразной

Чтобы сохранить кристалл, его нужно покрыть слоем прозрачного вещества, после высыхания которого образуется непроницаемая для влаги пленка. Это может быть лак или клей.