Содержание
Введение
1. Теоретическая часть
1.1 Кристаллическая решетка
1.2 Почему растут кристаллы
1.3 Методы выращивания кристаллов
1.4 применение
2. Практическая
2.1 Этапы работы
2.2 Определение плотности кристалла медного купороса
2.3 заключение
Введение
КРИСТАЛЛЫ– вещества, в которых мельчайшие частицы (атомы, ионы или молекулы) «упакованы» в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Древние натуралисты так их и назвали – «кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» – холод, мороз. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту». Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека. Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют.
Актуальность: Кристаллы издавна привлекали внимание людей своей красотой, правильной формой, загадочностью. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Сегодня же кристаллы, помимо их свойства соблазна, нашли очень большое применение в науке и технике: полупроводники, призмы и линзы для оптических приборов, твердотельные лазеры, термометры и т.д. Это и лёд, и снежинки, и многие драгоценные и полудрагоценные камни, а также другие твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя кристаллическую решётку.
Объект исследования: кристалл медного купороса.
Цель: вырастить и измерить плотность кристалла.
Задачи: узнать, что такое «кристаллическая решетка», понять строение кристаллов, узнать новые способы выращивания кристаллов, вырастить кристалл медного купороса, определить плотность кристалла.
Кристаллическая решетка
Кристаллическая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами. Решёткой является совокупность точек, которые возникают из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Это расположение замечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены совершенно одинаково. В зависимости от пространственной симметрии, все кристаллические решётки подразделяются на семь кристаллических систем. По форме элементарной ячейки они могут быть разбиты на шесть сингоний. Все возможные сочетания имеющихся в кристаллической решётке поворотных осей симметрии и зеркальных плоскостей симметрии приводят к делению кристаллов на 32 класса симметрии, а с учётом винтовых осей симметрии и скользящих плоскостей симметрии на 230 пространственных групп. Помимо основных трансляций, на которых строится элементарная ячейка, в кристаллической решётке могут присутствовать дополнительные трансляции, называемые решётками Браве. В трёхмерных решётках бывают гранецентрированная (F), объёмноцентрированная (I), базоцентрированная (A, B или C), примитивная (P) и ромбоэдрическая (R) решётки Браве. Примитивная система трансляций состоит из множества векторов (a, b, c), во все остальные входят одна или несколько дополнительных трансляций.
Почему растут кристаллы
Кристаллиза́ция процессобразования кристаллов из газов, растворов, расплавов или стёкол. Кристаллизацией называют также образование кристаллов с данной структурой из кристаллов иной структуры (полиморфные превращения) или процесс перехода из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое.
Кристалл растёт потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое, так как «кирпичики» (атомы и молекулы) притягиваются друг к другу и самостоятельно занимают место в повторяющейся структуре.
Методы выращивания кристаллов
Первым монокристаллом, полученным в лаборатории, был рубин. Д. И. Менделеев в примечаниях к тексту своих «Основ химии» писал: «Фреми (1890) получил прозрачные рубины, кристаллизующиеся в ромбоэдрах и не отличающиеся по своей твердости, цвету, величине и другим свойствам от природных…». В 31-м томе словаря Брокгауза - Ефрона (1895), в статье
«Корунд», утверждается, что некоторое время «в торговле обращались красивые карминово-красные рубины значительной вели чины, несомненно, искусственно полученные, однако ни об авторе, ни о способе получения ничего не известно». В настоящее время существует ряд способов изготовления синтетических камней.
Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля считается классическим и является первым промышленным методом выращивания кристаллов корунда, шпинели и других синтетических кристаллов (Приложение 3).
Метод кристаллизации из раствора в расплаве с использованием флюсов.
Охлаждение насыщенного горячего раствора. Если охлаждение вести быстро, избыток вещества выпадет в осадок. Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного, и, обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы.
Выращивание кристаллов из расплавленных веществ при медленном охлаждении жидкости. Наилучшие результаты получаются, если используется затравка. Таким способом получают, например, кристаллы рубина.
Самый простой способ - испарение растворителя. По мере испарения в сосуд подливались новые порции раствора. Способ выращивания таких кристаллов разработан С. Киропулосом.
Применение
В основном его применяют в следующих случаях:
при образовании грибка или плесени, ржавчины на листовых пластинах, стеблях и других частях растений
проведение опрыскивания для уничтожения насекомых и вредителей, а также для устранения заболеваний растений
для дезинфекции грунта в профилактических и лечебных целях
обогащение почвы, обедненной медью (например, торфяные почвы)
Практика
Для эксперимента нам понадобится: медный купорос, емкость для рабочего раствора ( посуду лучше использовать пластиковую, так как легче извлечь содержимое. После опыта категорически запрещается использовать ее в пищевых целях), о снова для кристаллизации, в ода, карандаш или палочка для закрепления основы, прозрачный лак для ногтей (для того, чтобы сохранить наш кристалл).
Этапы работы: В воду, нагретую примерно до 80 градусов, по ложке добавляем медный купорос. Жидкость приходится постоянно помешивать, чтобы порошок полностью растворился. Важно поддерживать постоянную температуру воды, в этом может помочь водяная или песчаная баня. Если сульфат меди перестал растворяться и оседает на дне, значит, раствор готов. В среднем на 300 мл воды уйдет 200 грамм вещества.
Далее через фильтр переливаем наш раствор в другую банку. Профильтровав наш раствор, мы получаем очищенную воду. Добавляем в неё немного медного купороса. Это нужно, чтобы началось выпадение мелких кристалликов на дно банки. Накрываем посуду тканевой салфеткой и оставляем в неподвижном состоянии. На следующий день на дне образовались кристаллы, рассмотрим их и выберем самый крупный и правильный по форме. Его мы используем в дальнейшем как затравку.
Далее через фильтр переливаем наш раствор в другую банку. Профильтровав наш раствор, мы получаем очищенную воду. Добавляем в неё немного медного купороса. Это нужно, чтобы началось выпадение мелких кристалликов на дно банки. Накрываем посуду тканевой салфеткой и оставляем в неподвижном состоянии. На следующий день на дне образовались кристаллы, рассмотрим их и выберем самый крупный и правильный по форме. Его мы используем в дальнейшем как затравку.
Повторяем процесс для получения очищенной воды медного купороса. Далее, привяжем затравку и поместим в банку так, чтобы нитка была расположена вертикально, не задевая дно и стенки емкости. Для этого привязываем нитку к палочке, а саму палочку фиксируем на горлышке. Статичность конструкции — обязательное условие для начала формирования кристалла. Через неделю можно заметить, что нитка обросла мелкими кристалликами размером от миллиметра, а затравка увеличилась приблизительно на 1 см. Чем крупнее кристалл, тем быстрее он растет.
Наш кристалл готов, теперь нужно просушить кристалл и покрыть его лаком — он защитит изделие от белого налета при хранении и придаст ему дополнительный блеск.