Lehetséges otthoni kristálytermesztés? Próbáljuk meg együtt megtalálni a választ erre a kérdésre, és javasoljunk módszereket a kísérlet elvégzésére.
Tökéletesen tudjuk, hogy a természetben különféle formájú és méretű kristályok találhatók. Télen hópelyhek díszítik az ablakokat, a faágakat. A kristályok egy része bizonyos élőlények salakanyaga.
Intro
Például a kristályok növekedése jellemző a héjba eső puhatestűekre. 5-10 év elteltével gyönyörű gyöngyszem képződik benne, egyedi megjelenésében és egyedi ragyogásában.
A zafírok, rubinok, gyémántok és más drágakövek kristályoknak tekinthetők. A természetes kristályok jelentősége nagy az iparban, a tudományban, az elektronikában és az optikában.
A kristályok otthoni termesztése szórakoztató tevékenység kezdő kutatókémikusok számára. Biztonságos, így általános iskolásoknak is megfelelő.
Alapos előkészítéssel, aprólékos kivitelezésselkísérlet, megtörténik a kísérletezési készségek kialakulása, fejlesztése.
Fontos, hogy elkezdjük a kristályok termesztését az anyagok aggregált állapotairól, a kristálynövekedés folyamatának szabályozására vonatkozó elképzelések után.
Ha a kristályosodás lassú ütemben megy végbe, számíthat egy nagy kristály beszerzésére. A folyamat sebességének növelésével polikristályos kis kristályok keletkezésére számíthatunk.
Fontos információ
A Crystal Growing Project elméleti kifejezésekkel és koncepciókkal indítható. A kristályok az anyag szilárd halmazállapotai. Egy bizonyos forma, az atomok elrendezésének sajátosságaihoz kapcsolódó lapok száma jellemzi. Az azonos anyagú kristályok alakja mindig azonos, de méretbeli eltérések megengedettek.
A kristályok növekedése az oldat termodinamikai paramétereinek megváltozásával, az oldat szilárd halmazállapotúvá történő átalakulásával jár.
A természetben sok különböző anyag van, amely kristályokat képezhet.
Például a vízkristályok termesztése magában foglalja a hőmérséklet csökkentését. Ahogy a víz megfagy, hópelyheket vagy jégkristályokat képez. Hasonló séma szerint az ásványi kristályok képződése bizonyos kőzetképző folyamatok során megy végbe.
A Föld belsejében található olvadt és forró kőzetek jelentős része ásványi oldat.
Amikor a felszínre lökjük őketföld, lassú lehűlés következik be, ami szilárd formába való átmenethez vezet.
Például a hegyi gránit ásványi kristályokat tartalmaz: földpát, kvarc, csillám. Évmilliókkal ezelőtt a gránit ásványok olvadt tömegeként létezett. Korunkban a földkéregben különféle olvadt kőzetek találhatók, amelyek fokozatos lehűlésével különféle típusú kristályok keletkeznek.
A kristályok termesztésének módszerei változnak, és az anyag kémiai szerkezetétől, a hőmérséklettől és a további komponensek használatától függenek.
A folyamat sajátosságai
A folyamat több külön pontra osztható:
- természetes, természeti neveléshez kapcsolódik;
- mesterséges.
A második lehetőségre a következő esetekben van szükség:
- tudományos és műszaki célokra;
- tanórán kívüli, gyakorlati, kísérleti munkavégzéskor;
- véletlen kristályképződés.
Hogyan mehet végbe a kristálynövekedés az utóbbi esetben? A kémia a kristályosításnak ezt a változatát a kísérlet nem szándékos kimenetelének tekinti, amelyben ebben az esetben a kutató részéről nem volt kontroll. Spontán kristályosodás figyelhető meg további fizikai vagy kémiai folyamatok jelenlétében: az oldószer elpárolgása, az oldat komponenseinek oxidációja.
Fizikai és kémiai jellemzők
Növekvő kristályoksóból való kijutását az anyag oldószerekben való oldhatósága magyarázza, amely a kristályszerkezet tönkremenetelével jár együtt. Az ilyen folyamatokhoz szükséges hőt a környezetből veszik el. Például ammónium-tiocianát NH4SCN és kálium-jodid feloldása esetén a hőmérsékletváltozás a kémcsővel való közvetlen érintkezéskor érezhető.
A sóból otthoni kristályok termesztése szintén diffúzióval jár. Például, ha veszünk több kálium-permanganát (kálium-permanganát) kristályt, és feloldjuk őket vízben, megfigyelhetjük, hogyan képződnek rózsaszín örvények a henger térfogatán. Erőteljes keverés közben az egész oldat egységes rózsaszín színűvé válik. Ha megfagyott, akkor számíthat arra, hogy gyönyörű kálium-permanganát kristályokat kap.
A gyermekek számára a kristályok növesztését nátrium-kloridon és réz-szulfáton (2) érdemes megfontolni.
Fontos szempontok
A kísérleti munka anyagának kiválasztásakor fontos figyelembe venni bizonyos tényeket:
- A kiindulási anyag nem lehet mérgező. Például a "Kristályok otthon termesztése" projekt gyerekeknek nem teszi lehetővé a kálium-cianid és nátrium-szulfát használatát, mivel az ilyen sók hidrolízise során mérgező vegyületek szabadulnak fel, amelyek mérgezést okozhatnak.
- A kiválasztott anyagoknak stabil eredményeket kell adniuk. Például a nátrium-szulfát kristályok, a vas-ammónium és króm-kálium timsó, a mangánsók nedvességvesztéssel nem leírható porokká alakulnak, és ezértnem szerepelnek a kristálytermesztő készletben.
- A kiválasztott reagensek elfogadható költsége és elérhetősége. Hogyan lehet kristályokat termeszteni? A gyermekek számára készült készletek hozzáférhető alkatrészeket, valamint részletes utasításokat tartalmaznak a gyakorlati munkához.
- Stabil anyagok használata. Reverzibilis hidrolízisen átmenő anyagok kiválasztása nem javasolt. Így az ammóniumsók, amelyek erősen higroszkóposak, reakcióba lépnek a vízzel, aminek következtében nehéz lesz elérni a kívánt eredményt.
Mit kell még tudnia egy fiatal alkimistának? A kristályok növekedése bizonyos cselekvési sorozatot (algoritmust) foglal magában. Csak akkor számíthat a kívánt eredmény elérésére, ha a munka minden követelménye és szakasza teljesül.
A kristályokat lehetőleg hűtőszekrényben tárolja, nehogy megsemmisüljenek. Vannak olyan anyagok, amelyek elég hosszú ideig képesek stabil kristályos formában létezni.
Például az iskolások számára a legjobb megoldás, ha réz-szulfátból, sóból kristályokat növesztenek. Ezek az alkatrészek kémiai-fizikai, biológiai tulajdonságaiknak megfelelő árkategóriában kaphatók.
A kapott kristályok színtelen lakkal történő további bevonásával jelentősen meghosszabbíthatja "élettartamukat".
Felszerelés szükséges
Hogyan termeszthetünk kristályokat? A gyermekek számára készült készletek vegyi üvegárukat tartalmaznak: hőálló poharak,szűrőpapír, tölcsér, üvegrúd, reagensek.
Ha a kísérletet otthon végezzük, szűrőpapír helyett wc-papírt (szalvétát) használhatunk, a villanytűzhelyen elhelyezett régi fazék pedig vízfürdő szerepét töltheti be.
A valódi vegyszertölcsér alternatívája egy régi műanyag palack nyaka.
Mit kell még fontolóra venni a kristálynövekedési kísérlet során? A közvetlen termesztés mellett fontos a kísérleti tevékenységek eredményének megőrzéséhez szükséges készségek elsajátítása.
Oktatási lehetőségek
Három különböző lehetőség van a kristályképzésre:
- az olvadéktól;
- megoldásból;
- gázfázisból.
Az olvadt állapotból történő kristályosodásra példaként megjegyezhetjük a vízből jég megjelenését, valamint a vulkáni eredetű kőzetek képződését.
A kristályok vitriolból történő termesztése a folyékony fázisból a szilárd halmazállapotba való átmenet tipikus példája.
Gőz vagy gáz hűtése esetén elektromos vonzási erők hatására az atomok vagy molekulák kristályos állapotba való asszociációja figyelhető meg. Az egykristályok mesterséges előállításának leggyakoribb lehetőségei közül, amelyeket általános iskolások végezhetnek, kiemeljük a kristályok réz-szulfátból történő termesztését. A folyamat bonyolultsága az áramlás jelentéktelen sebességében rejlik.
Példa diákprojektmunkára
A téma relevanciája, hogy megadtákrészletes utasítások a kristályok termesztésére, valamint konkrét eredmények.
A projekt hipotézise: gyönyörű és egyedi kristályok otthon is termeszthetők.
A projekt célja: sókristályok önálló termesztése.
A projekt céljai:
- elemzi a kutatási kérdésre vonatkozó elméleti információkat;
- feltárja a só értékét az emberi életben;
- sókristályok termesztése saját kezűleg;
- tisztázza a kristályok képződésének feltételeit;
- értékelje a gyakorlati tevékenységek során elért eredményeket.
Történelmi háttér
A nátrium-klorid gyakori élelmiszertermék. A természetben ez a vegyület ásványi halitként fordul elő, más néven "kősó". A nátrium-klorid jelentős mennyiségben található a tengervízben. Ezt a vegyületet a föld belsejében, a folyók partján, a hegyekben találták meg.
Bizonyos mennyiségű konyhasó nélkül sok élő szervezet sóéhezik. A ragadozók a nátrium-klorid hiányát a zsákmány húsával és vérével pótolják, a növényevők pedig sós talajt nyalnak.
Napi 10-15 gramm só elég egy embernek (legfeljebb 1 evőkanál), ennek a vegyszernek a feleslege vesebetegségekhez vezet. Az ókorban a sót érmék készítésére használták, 5 lapka sóért rabszolgát lehetett venni.
Az ókori Rómában a felbérelt katonákat sóval fizették, nem pénzzel. A britek úgy gondolták, hogy a nátrium-klorid oldat,ráfröccsent valamire, megelőzi a szerencsétlenséget. A sót a barátság és a vendégszeretet szimbólumának tekintették. Van egy népszerû jel, miszerint szétszóródva a kudarcra, a veszekedésre kell felkészülni.
A Kijevi Ruszban az anyag az Azovi és a Fekete-tenger sós tavaiból származott. Olyan drága áru volt, hogy csak előkelő vendégeknek szolgálták fel.
Vannak városok, amelyek megjelentek azokon a helyeken, ahol nátrium-kloridot bányásztak:
- Szolikamsk.
- Solvychegodsk.
- Bursol.
- Szolikamsk.
- Soligalich.
- Sol-Iletsk.
Érdekes a kristályokról
A szó görögül „jeget” jelent. Változatos formájuk, szerkezetük, méretük van. Például az óriási minták elérik a több tonnás tömeget. Az ókori emberek azt hitték, hogy jégből kristályt lehet nyerni, kristályból pedig gyémántot. Mágikus tulajdonságokkal ruházták fel őket, azt hitték, hogy a kristályok meggyógyulnak a halálos betegségekből, befolyásolják az ember sorsát és életét.
A kristályoknak speciális formái vannak: ágak, tollak, tűk, fák, virágok. Ilyen például a téli ablakok mintái. Az emberek megtanulták mesterségesen termeszteni a rubint. A kövek szükségesek az ékszeriparhoz, valamint a precíziós óraszerkezetek gyártásához.
Gyakorlás
A sókristályok termesztése nem igényel speciális vegyszereket. Minden otthonban van étkezési só. Ennek a kémiai vegyületnek a kristályai azátlátszó színtelen kockák. A sókristályok termesztésének eljárása több szakaszra oszlik:
- Só feloldása meleg vízben. A folyamat addig folytatódott, amíg el nem jött egy ilyen pillanat, amíg az anyag fel nem oldódott (telített oldat).
- Az elkészített keveréket egy másik edénybe öntjük, amelyben a végső kristályokat növeszthetjük. Annak érdekében, hogy a foltok ne zavarják a kristályosodási folyamatot, az oldatot először szalvétán vagy WC-papíron szűrjük át.
- Egy cérnához egy kis kavicsot kötünk, amelyet leeresztünk az elkészített oldatba.
- A tartályt fémes fólia borítja, hogy megakadályozza a törmelék és a por bejutását.
Fontos pontok
A nagy és szép kristályok beszerzése érdekében nem kívánatos különösebb szükség nélkül kihúzni egy kavicsot.
A törmelék nem kerülhet a telített oldatba, mert ez a kristályosodási sebesség csökkenéséhez vezet, és negatívan befolyásolja a képződött részecskék méretét.
Ne használjon színezéket kristályok termesztése során, mert ez nemcsak magát az oldatot rontja el, hanem a végeredményt is negatívan befolyásolja.
A vélemények alapján az első kristályok a cérnán a kísérlet megkezdése után 2-3 nappal keletkeznek. Fokozatosan nőnek a méretük, egymásra nőnek. Végül egy meglehetősen nagy átlátszó nátrium-klorid kristály képződik.
Réz-szulfát kristályok termesztése
Gyönyörű szulfátrészecskék eléréséhezréz megvásárolható a vasboltban réz-szulfát por. Ezt az anyagot a mezőgazdaságban használják a zöldség- és gyümölcstermesztést elpusztító káros mikroorganizmusok leküzdésére.
Ne feledje, hogy a réz-szulfát egy aktív kémiai vegyület. Ez mérgező! A por feloldása után, valamint réz-szulfát kristályokkal végzett munka során kezet kell mosni.
Először is telített oldatot kell készítenie ebből a sóból. Ehhez a port fel kell oldani forró vízben, amíg az oldódási folyamat le nem áll. Ezután egy kis kavicsot (magot) rögzítenek a cérnához, amelyet réz-szulfát oldattal ellátott tartályban felfüggesztenek, hogy ne érintse meg az alját. Az edényt hosszú ideig nyitva hagyjuk, a szobahőmérsékletet fenntartjuk. Annak érdekében, hogy megakadályozzuk a törmelék és a por bejutását, az edényt le lehet takarni élelmiszerfóliával.
A párolgás során az oldat felületén kéreg jelenik meg, amely fokozatosan kék fényes kristályokká alakul. 3-4 nap múlva a "mag" drágakövekre emlékeztető kék kristályokkal nő be. Három hét után nagy kristálynyi réz-szulfátot kaphat.
Ha kívánja, felvértezheti magát egy fiatal vegyész kész készletével, amelyet különféle kristályok termesztésére terveztek.
Ammónium-dihidrogén-foszfátot használnak anyagként, amelyhez porított élelmiszer-színezéket adnak. A készletben találhatóak a "maghoz" szükséges kavicsok, egy fedeles műanyag edény és kimért felosztások a termesztéshez, csipesz,nagyító, keverőlapát.
A kísérlethez 40 ml forró vizet mérünk, majd a keveréket felöntjük, spatulával keverés közben vízben feloldjuk. A fő kőzet szétszóródik a tartály alján, az oldatot a tartályba öntik. Világos helyre, például ablakpárkányra helyezzük. Ahogy a víz elpárolog, tű alakú sókristályok jelennek meg a tartályban. 2-3 hét elteltével a víz teljesen elpárolog, nagyméretű ammóniumsókristályok láthatók.
Zárásként
A korábban javasolt algoritmus szerint végzett kutatómunka során a feladat végrehajtására számíthatunk. Az otthon termesztett kristályok meglehetősen nagyok.
Független kísérletek során egy fiatal vegyész a következő következtetéseket vonhatja le:
- hasonlítsa össze a különböző vegyszerek kristálynövekedési folyamatát;
- elemezze a kifejlett kristályok színében, méretében és alakjában mutatkozó különbségeket;
- a részecskék növekedhetnek a gyomnövények eltávolításakor, és megszabadulhatnak a nem kívánt növekedésektől;
- a kristálynövekedés folyamata a víz elpárolgása közben megy végbe;
- alakjukat és méretüket a hőmérséklet befolyásolja.
A vélemények alapján a kristályok meglehetősen szeszélyesek, óvatosan kell bánni velük, teljes mértékben be kell tartani a hőmérsékleti rendszert, a műveletek sorrendjét, a "mag" használatát. Ha van türelme, gondosan és körültekintően kezelje ezt a projektet, teljesen lehetséges, hogy szokatlan alakú, színű, méretű kristályokat neveljen otthon egyedül.
Nem szabad elfelejtenünk, hogy a kristályos anyagokra az embernek szüksége van szerszámgépek gyártásához, házépítéshez, háztartási célokra.
A föld belsejében olyan ideális alakú kövek vannak, mintha valaki jó minőségben csiszolta, csiszolta, vágta volna.
Mindannyian meglepetten néztük a hibátlan hópelyheket, apró homokszemeket a folyóparton, csodáltuk a drága- és féldrágaköveket.
Nehéz elhinni, hogy a természet emberi beavatkozás nélkül hozta létre ezeket a kristályos anyagokat.
A gyakorlati tevékenységek során a hallgatók megismerkednek az elméleti anyagokkal, a kísérleti tevékenységek készségeivel, elsajátítják az alapvető biztonsági szabályokat.
