Украшения из кристаллов

p>Кристаллы встречаются нам по всюду: мы ходим по кристаллам, строим из них, выращиваем их в лабораториях и в заводских установках, создаём приборы и изделия из кристаллов, широко применяем их в технике и науке, едим кристаллы (вспомните поваренную соль), лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог, используя приборы из кристаллов.

Кристаллы издавна используются для изготовления украшений и ювелирных изделий. Они привлекают наше внимание причудливыми формами, сверкающими гранями, переливами цветов и богатством оттенков. Мы хотим изготовить оригинальные и красивые изделия из поликристаллов, вырастить которые не представляет большого труда. При некотором навыке и аккуратности можно стать, например, обладателем зеленоватой новогодней елочки, опушенной, как снегом, шапкой белых кристаллов.

Познакомившись с методикой и приобретя некоторый опыт, вы и сами сможете придумать и изготовить различные украшения и сувениры из поликристаллов

Метод получения таких изделий основан на широко используемом способе получения монокристаллов – кристаллизации из водных растворов.  

Растворение и кристаллизация

Растворение - прямой процесс, а кристаллизация - процесс, при котором часть молекул (ионов) вновь возвращается на поверхность ещё не растворившегося кристалла - обратный! Первый характеризуется скоростью растворения, а второй – скоростью кристаллизации, которая определяется уменьшением концентрации растворяемого вещества в растворе в единицу времени.  Для увеличения скорости кристаллизации нужно добавить растворяемое вещество или охладить раствор.

Агрегатное состояние. Растворы.

В зависимости от внешних условий вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях – в газообразном, жидком и твёрдом.    Природа сил притяжения частиц, образующих вещества во всех состояниях электрическая, т. е. прямо или косвенно связана с участием электронов. Переход из одного  агрегатного состояния в другое не сопровождается изменением состава вещества, но обязательно связан  с большим или меньшим изменением его структуры. В этом смысле переход из одного состояния относится к химическим явлениям. Что же такое растворы?

Растворы – гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов. Каждый их них распределен в массе другого вещества в виде молекул, атомов или ионов.   Компоненты, агрегатное состояние которых не изменяется при образовании раствора, принято считать растворителем.  

Кристаллы. По степени распространенности среди твердых тел, основным является кристаллическое состояние, характеризующееся определенной ориентацией частиц (атомов, ионов, молекул) относительно друг друга. Это определяет и внешнюю форму вещества в виде кристалла. Кристаллы образуются при кристаллизации веществ из растворов.  

Какие же соли можно использовать для выращивания кристаллов?

Одиночные кристаллы существуют в природе, монокристаллы, – их также получают искусственно. 

Обычно кристаллические вещества представляют собой поликристаллические образования – сростки по-разному ориентированных мелких кристаллов неправильной формы. При одних тех же условиях каждое вещество образует кристаллы только одной и совершенно определенной формы. Хлорид натрия кристаллизуется в виде кубов, медный купорос – в виде октаэдров. Форма кристаллов является одним из наиболее характерных свойств вещества.  Правильная и постоянная форма кристаллов давно привлекла пристальное внимание учёных видевших причину этого явления во внутреннем строении кристаллов.  

Методика эксперимента

Начнём исследовать условия выращивания кристаллов. 

Готовим насыщенный раствор медного купороса: 250г соли и 500мл воды, алюмокалиевые квасцы 200г соли и 500мл воды при температуре 300С.

Затем полученный раствор выливаем в чистый химический стакан. Через 2-3 дня выпадают кристаллы. Выбираем наиболее крупные и ровные, и подвешиваем их на нитке во вновь приготовленный насыщенный раствор при такой же температуре. Рост кристалла происходит за счёт постепенного охлаждения и испарения раствора. При проведении опыта необходимо следить, чтобы уровень раствора не опускался  ниже кристалла.

Результаты и их обобщение

В результате исследовательской работы получили кристаллы: алюмокалиевые квасцы: белые блестящие, похожие на алмаз; медного купороса: синие кристаллы, прозрачные.                                                            

На основании проводимых исследований можно сделать следующие выводы:

1.  С увеличением температуры скорость роста кристаллов увеличивается.

2.  Рост кристаллов также зависит от концентрации раствора.

  Выращивание больших монокристаллов соединений, растворимых в воде.

А). Б). В).

А – Монокристалл медного купороса – это призма, в сечении которой лежит ромб.

Б – Монокристалл квасцов – октаэдр.

В – Монокристалл хлорида натрия – куб.

Изготовление украшений из кристаллов.

При охлаждении насыщенного раствора, а также при испарении растворителя растворенное в нем вещество начинает выпадать в осадок. Если в сосуд с раствором (кристаллизатор) поместить маленькие кристаллики исходного вещества (затравки) или какие-нибудь посторонние нерастворимые частички, структура которых близка к структуре кристалликов, то при достаточно медленном снижении температуры мы можем добиться того, чтобы вещество осаждалось преимущественно на затравках.

Если в кристаллизатор опустить какой-нибудь предмет, на котором находится большое число затравок, то, используя метод снижения температуры или испарения растворителя, можно обрастить его кристалликами с четко выраженной огранкой. При этом нет необходимости перемешивать раствор или точно регулировать скорость изменения температуры. Кристаллики и без этого вырастают достаточно красиво. Чтобы получить большое число затравок на заращиваемом предмете, нужно предварительно обмотать его обычными хлопчатобумажными нитками №10 (не обязательно плотно, виток к витку, можно и с интервалом 1- 3 мм), окунуть в раствор, тут же вынуть и как следует просушить при комнатной температуре. Так как нитки пропитываются раствором, то при высыхании на них образуются мельчайшие кристаллики. Которые и будут в дальнейшем служить затравками.

При желании кристаллами можно легко обрастить любой нерастворимый предмет. Попробуйте, например, изготовить веточку. Для этого необходимо из медной или алюминиевой проволоки диаметром 1-2 мм или из какого-нибудь синтетического материала изготовить ее каркас. Провод необходимо обмотать нитками. Для изготовления «заснеженной» елочки, можно также сделать ее каркас из проволоки, но гораздо лучше использовать купленную в магазине разборную, синтетическую. У синтетической елочки обматывать нитками нужно только ствол и ветки, а иглы не надо.

Количество раствора в кристаллизаторе и его начальную температуру выбирают с учётом размеров каркаса и массы вещества, которую нужно на нем осадить. На маленькую елочку достаточно осадить 100-200 г вещества. Масса осадка в данном растворе существенным образом зависит от растворимости выбранного вещества. Не следует брать раствор с очень высокой температурой, так как в этом случае изделие после сушки будет покрыто мелкой кристаллической пылью, что существенно ухудшит его внешний вид. В качестве кристаллизатора можно взять любой стеклянный сосуд с прозрачными стенками.

Горячий раствор отфильтровывается через ватку. Чтобы синтетическая елочка не всплыла, в ее круглое основание с помощью пластилина надо вмонтировать металлический грузик, например, железную гайку или кусочек свинца. К вершине привязывается нитка, за которую изделие вынимается из кристаллизатора. Уровень раствора в кристаллизаторе должен быть на несколько миллиметров выше каркаса. Сверху кристаллизатор закройте крышкой из картона или полиэтиленовой пленкой. Выпадение осадка протекает сравнительно медленно, поэтому каркас необходимо держать в растворе 10-30 часов.

Таким же образом можно получить серьги новогодние, браслет, ожерелье и диадему для снегурочки. В свете новогодних огней эти украшения смотрятся сказочно!