Возможно ли выращивание кристаллов в домашних условиях? Попробуем вместе найти ответ на этот вопрос, предложить методики проведения данного эксперимента.
Мы прекрасно знаем, что кристаллы разной формы и размеров можно встретить в природе. В зимнее время снежинки украшают окна, ветви деревьев. Часть кристаллов является продуктами жизнедеятельности определенных организмов.
Вступление
Например, выращивание кристаллов характерно для моллюсков, которые попадают в раковину. Спустя 5-10 лет в ней формируется красивая жемчужина, неповторимая по своему внешнему виду и уникальному блеску.
В качестве кристаллов можно рассматривать сапфиры, рубины, алмазы, иные драгоценные камни. Велико значение естественных кристаллов в промышленности, науке, электронике, оптике.
Выращивание кристаллов в домашних условиях – это увлекательное занятие, доступное для начинающих химиков-исследователей. Оно безопасно, поэтому подходит даже для учеников начальной школы.
Благодаря тщательной подготовке, аккуратному выполнению эксперимента, происходит формирование и отработка навыков постановки экспериментов.
Выращивание кристаллов важно начинать после того, когда будут сформированы представления об агрегатных состояниях вещества, способах управления процессом роста кристаллов.
Если кристаллизация протекает с незначительной скоростью, можно рассчитывать на получение крупного кристалла. При увеличении скорости процесса, можно рассчитывать на получение поликристаллических мелких кристаллов.
Важная информация
Проект «Выращивание кристаллов» можно начать с теоретических терминов и понятий. Кристаллами называют твердое состояние вещества. Для него характерна определенная форма, число граней, связанное со спецификой расположения атомов. У кристаллов одного вещества всегда одинаковая форма, но допускаются отличия в размерах.
Выращивание кристаллов связано с изменением термодинамических параметров раствора, переходом раствора в твердое агрегатное состояние.
В природе существует множество разнообразных веществ, которые способны образовывать кристаллы.
Например, выращивание кристаллов воды предполагает понижение температуры. В процессе замерзания вода образует снежинки или кристаллы льда. По аналогичной схеме осуществляется образование минеральных кристаллов при определенных породообразующих процессах.
Существенные количества расплавленных и горячих горных пород, находящихся в земных недрах, представляет собой минеральные растворы.
При выталкивании их на поверхность земли, происходит медленное охлаждение, что приводит к переходу в твердую форму.
Например, в горном граните содержатся кристаллы минералов: полевого шпата, кварца, слюды. Миллионы лет назад гранит существовал в виде расплавленной массы минералов. В наше время в земной коре есть различные расплавленные горные породы, при постепенном охлаждении которых формируются кристаллы разных видов.
Методы выращивания кристаллов разнятся и зависят от химического строения вещества, температурного режима, использования дополнительных компонентов.
Специфика процесса
Процесс можно разделить на несколько отдельных пунктов:
- естественный, связанный с образованием в природе;
- искусственный.
Второй вариант востребован в следующих случаях:
- для научно-технических целей;
- при проведении внеклассных, практических, экспериментальных работ;
- случайное образование кристаллов.
Как может происходить в последнем случае выращивание кристаллов? Химия рассматривает такой вариант кристаллизации как непреднамеренный итог эксперимента, в котором в данном случае не предполагалось контроля со стороны исследователя. Самопроизвольная кристаллизация наблюдается при наличии дополнительных физических либо химических процессов: испарения растворителя, окисления компонентов раствора.
Физико-химическая характеристика
Выращивание кристаллов из соли объясняется растворимостью вещества в растворителях, сопровождающееся разрушением кристаллической структуры. Теплота, необходимая для подобного процесса, берется из окружающей среды. Например, в случае растворения роданида аммония NH4SCN и иодида калия изменение температуры можно ощутить при непосредственном контакте с пробиркой.
Также выращивание кристаллов из соли в домашних условиях связано с диффузией. Например, взяв несколько кристаллов перманганата калия (марганцовки) и растворяя их в воде, можно наблюдать, как по объему цилиндра образуются розовые завихрения. При интенсивном перемешивании весь раствор приобретает равномерный розовый цвет. В случае его замораживания можно рассчитывать на получение красивых кристаллов марганцовки.
Выращивание кристаллов для детей лучше рассматривать на хлориде натрия, сульфате меди (2).
Важные аспекты
При подборе материала для проведения экспериментальной работы, важно учитывать определенные факты:
- Исходное вещество не должно обладать токсичностью. Например, проект «Выращивание кристаллов в домашних условиях» для детей не допускает применения цианида калия, сульфата натрия, так как при гидролизе таких солей выделяются токсичные соединения, способные вызывать отравление.
- Выбираемые вещества должны давать стабильные результаты. Например, кристаллы сульфата натрия, железоаммонийные и хромокалиевые квасцы, соли марганца, при потере влаги, превращаются в невзрачные порошки, а потому, они не входят в набор для выращивания кристаллов.
- Приемлемая стоимость и доступность выбираемых реактивов. Как можно проводить выращивание кристаллов? Наборы для детей включают доступные компоненты, а также детальные рекомендации для выполнения практической работы.
- Использование стабильных веществ. Не рекомендуется выбор веществ, которые подвергаются обратимому гидролизу. Так, соли аммония, отличающиеся высокой гигроскопичностью, вступят с водой в реакцию, в результате чего трудно будет рассчитывать на получение желаемого результата.
Что еще должен знать юный алхимик? Выращивание кристаллов предполагает определенную последовательность действий (алгоритм). Только при соблюдении всех требований, этапов работы, можно рассчитывать на получение желаемого результата.
Хранить кристаллы желательно в холодильнике, чтобы не провоцировать их разрушения. Есть некоторые вещества, которые способны существовать в стабильной кристаллической форме довольно длительный временной промежуток.
Например, оптимальным вариантом для школьников является выращивание кристаллов из медного купороса, поваренной соли. Эти компоненты доступны по ценовому диапазону, подходят по своим химико-физическим, биологическим характеристикам.
При дополнительном покрытии полученных кристаллов бесцветным лаком, можно существенно продлить их «срок жизни».
Необходимое оборудование
Как проводить выращивание кристаллов? Наборы для детей включают химическую посуду: термостойкие стаканы, фильтровальную бумагу, воронку, стеклянную палочку, реактивы.
Если эксперимент проводится в домашних условиях, вместо фильтровальной бумаги допускается использование туалетной бумаги (салфеток), а роль водяной бани может выполнить старая кастрюля, поставленная на электрическую плитку.
Альтернативой для настоящей химической воронки станет горлышко старой пластиковой бутылки.
Что еще важно учитывать, проводя опыт «Выращивание кристаллов»? Помимо непосредственного выращивания, важно получить навыки сохранения результата экспериментальной деятельности.
Варианты образования
Есть три разных варианта формирования кристаллов:
- из расплава;
- из раствора;
- из газовой фазы.
В качестве примера кристаллизации из расплавленного состояния можно отметить появление льда из воды, а также формирование вулканических пород.
Выращивание кристаллов из купороса – типичный пример перехода из жидкой фазы в твердое агрегатное состояние.
В случае охлаждения пара либо газа благодаря электрическим силам притяжения наблюдается объединение атомов либо молекул в кристаллическое состояние. Среди самых распространенных вариантов искусственного получения монокристаллов, которые могут проводить школьники младших классов, выделим выращивание кристаллов из медного купороса. Сложность процесса заключается в незначительной скорости его протекания.
Пример проектной работы школьника
Актуальность темы в том, что была дана подробная инструкция по выращиванию кристаллов, а также достигнуты конкретные результаты.
Гипотеза проекта: в домашних условиях можно вырастить красивые и неповторимые кристаллы.
Цель проекта: выращивание своими силами кристаллов поваренной соли.
Задачи проекта:
- проанализировать теоретические сведения по вопросу исследования;
- выявить значение соли для жизнедеятельности человека;
- своими руками вырастить кристаллы поваренной соли;
- уточнить условия формирования кристаллов;
- оценить полученные в ходе практической деятельности результаты.
Историческая справка
Хлорид натрия является распространенным пищевым продуктом. В природе данное соединение встречается в качестве минерала галита, именуемого также «каменной солью». Хлорид натрия в существенном количестве есть в морской воде. Обнаружено данное соединение в недрах земли, на берегах рек, в горах.
Без определенного количества поваренной соли, у многих живых организмов начинается солевое голодание. Хищники восполняют дефицит хлорида натрия с мясом и кровью добычи, травоядные лижут соленые почвы.
В день человеку достаточно 10-15 граммов поваренной соли (не больше 1 столовой ложки), переизбыток данного химического вещества приводит к появлению заболеваний почек. В древнее время соль использовалась для изготовления монет, на 5 плиток соли можно было приобрести раба.
В Древнем Риме наемные солдаты получали жалованье именно солью, а не деньгами. Англичане верили, что раствор хлорида натрия, разбрызганный на вещь, предотвращает несчастье. Именно соль считалась символом дружбы и гостеприимства. Есть народная примета, согласно которой при ее рассыпании, нужно готовить к неудаче, ссоре.
В Киевскую Русь вещество попадало из соляных озер Азовского и Черного морей. Она была настолько дорогим товаром, что подавали на стол ее только для знатных гостей.
Есть города, которые появились на местах добычи хлорида натрия:
- Соликамск.
- Сольвычегодск.
- Бурсоль.
- Соликамск.
- Солигалич.
- Соль-Илецк.
Интересно о кристаллах
В переводе с греческого языка слово означает «лед». Они обладают разнообразной формой, структурой, размерами. Например, гигантские образцы достигают массы в несколько тонн. Древние люди верили в то, что можно получить изо льда хрусталь, а из хрусталя получить алмазы. Их наделяли магическими свойствами, верили, что кристаллы исцеляют от смертельных болезней, влияют на судьбу и жизнь человека.
Есть особые формы кристаллов: ветки, перья, иглы, деревца, цветы. В качестве примера можно привести узоры на окнах в зимнее время. Люди научились выращивать искусственным путем рубины. Камни нужны для ювелирной промышленности, а также для изготовления точных часовых механизмов.
Практика
Выращивание кристаллов поваренной соли не предполагает специальных химических препаратов. В каждом доме есть соль, употребляемая в пищу. Кристаллы данного химического соединения представляют собой прозрачные бесцветные кубики. Процедура выращивание из поваренной соли кристаллов была разделена на несколько этапов:
- Растворение соли в теплой воде. Процесс продолжался до тех пор, пока не наступил такой момент, пока вещество не перестало растворяться (насыщенный раствор).
- Приготовленную смесь переливают в другую емкость, в которой можно осуществлять выращивание конечных кристаллов. Для того чтобы соринки не помешали процессу кристаллизации, предварительно проводится фильтрование раствора через салфетку либо туалетную бумагу.
- На нитку привязывается небольшой камушек, который опускается в приготовленный раствор.
- Емкость накрывается металлизированной фольгой, чтобы избежать попадания внутрь мусора и пыли.
Важные моменты
Для того чтобы получить крупные и красивые кристаллы, нежелательно без особой надобности вытаскивать камушек.
В насыщенный раствор не должен попадать мусор, так как это приведет к снижению скорости кристаллизации, негативно отразится на размерах образуемых частиц.
Не нужно пользоваться красками в процессе выращивания кристаллов, так как это не только испортит сам раствор, но и негативно отразится на конечном результате.
Судя по отзывам, первые кристаллы на нити формируются на 2-3 сутки после начала эксперимента. Постепенно они увеличиваются по размерам, нарастают друг на друга. В конечном итоге образуется достаточно крупный прозрачный кристалл хлорида натрия.
Выращивание кристаллов медного купороса
Для получения красивых частиц сульфата меди можно приобрести в хозяйственном магазине порошок медного купороса. Данное вещество применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредными микроорганизмами, разрушающими овощные и фруктовые культуры.
Необходимо помнить о том, что медный купорос является активным химическим соединением. Оно ядовито! Необходимо мыть руки после процесса растворения порошка, а также при работе с кристаллами медного купороса.
Сначала необходимо приготовить насыщенный раствор данной соли. Для этого в горячей воде растворяется порошок до тех пор, пока не прекращается процесс растворения. Далее на нитку крепится небольшой камушек (затравка), он подвешивается в емкость с раствором медного купороса так, чтобы не касался дна. Сосуд оставляется открытым на длительный срок, выдерживается комнатная температура. Для того чтобы не допускать попадания внутрь мусора и пыли, емкость можно накрыть пищевой фольгой.
По ходу испарения на поверхности раствора будет появляться корка, постепенно превращающаяся в голубые блестящие кристаллы. Спустя 3-4 суток «затравка» обрастает синими кристаллами, напоминающими драгоценные камни. Через три недели можно получить крупный кристалл медного купороса.
При желании можно вооружиться готовым набором юного химика, предназначенного для выращивания разнообразных кристаллов.
В качестве вещества используется дигидрофосфат аммония, в который добавлен пищевой порошкообразный краситель. Также в наборе есть камушки, необходимые для «затравки», пластикового контейнера с крышкой и мерными делениями для выращивания, пинцет, увеличительное стекло, лопатка для перемешивания.
Для эксперимента отмеряется 40 мл горячей воды, затем всыпается смесь, осуществляется ее растворение в воде при перемешивании лопаткой. Основная порода рассыпается по дну контейнера, в емкость выливается раствор. Его располагают в светлом месте, например, на подоконнике. По мере испарения воды, в контейнере появляются игольчатые кристаллы соли. Спустя 2-3 недели вода полностью испарится, можно наблюдать крупные кристаллы соли аммония.
В заключение
При проведении исследовательской работы по алгоритму, предложенному ранее, можно рассчитывать на реализацию поставленной задачи. Кристаллы, выращенные в домашних условиях, получаются достаточно крупными.
В ходе самостоятельных экспериментов юный химик может сделать следующие выводы:
- сравнить процесса роста кристаллов у различных химических веществ;
- проанализировать отличия в цвете, размере, форме выращенных кристаллов;
- частицы могут расти при удалении сорняков, избавлении от нежелательных наростов;
- процесс роста кристаллов осуществляется по мере испарения воды;
- на их форму и размеры влияет температурный показатель.
Судя по отзывам, кристаллы достаточно капризны, они нуждаются в бережном к ним отношении, полном соблюдении температурного режима, последовательности действий, применении «затравки». Если набраться терпения, аккуратно и бережно относиться к данному проекту, вполне можно своими силами вырастить в домашних условиях кристаллы необычной формы, цвета, размера.
Нельзя забывать о том, что кристаллические вещества нужны человеку для изготовления станков, строительства домов, бытовых целей.
В земных недрах встречаются камни такой идеальной формы, словно кто-то их полировал, шлифовал, качественно выпиливал.
Каждый из нас с удивлением рассматривал безупречные снежинки, мелкие песчинки на берегу реки, любовался драгоценными и полудрагоценными камнями.
Сложно поверить, что именно природа, без какого-либо вмешательства со стороны человека, создала эти кристаллические вещества.
Для привития познавательного интереса к неорганической химии, формирования навыков проектной и исследовательской деятельности, подготовки подрастающего поколения к предстоящему выбору профессии, эксперименты, связанные с выращиванием в домашних условиях кристаллов медного купороса, поваренной соли, можно считать идеальным вариантом. В процессе практической деятельности, школьники знакомятся с теоретическими материалами, навыками экспериментальной деятельности, изучают основные правила техники безопасности.
