Кристали отдавна са сред най-завладяващите форми в света на природата, изкуството и индустрията. Когато се сетите за думата, можете да си представите елегантен полилей за бална зала, парче кварц, което сте намерили, или парчета сол.
Дори и без използването на микроскоп за изследване на по-фината структура на кристалните материали, вероятно сте поразени повечето от техните правилни ъгли и чувството, че те се подчиняват на строги правила, докато демонстрират фантастичен набор от форми.
В химията кристалът е материя, която приема кристална форма, почти винаги твърдо вещество. Отличителният белег на този вид структура е повтаряща се подгрупа, която обикновено е атомно ядро в център на геометричен куб и йони, носещи различен заряд, поставени в ъглите на куба или в центровете на него страни.
Един популярен кристал "направи си сам" в химическите лаборатории по целия свят е стипца. Работата с този материал, който можете лесно да получите в повечето супермаркети, е чудесен начин да се запознаете с поведението на определени разтвори и образуването на кристали като цяло.
Какво представляват кристалите?
Преди да можете напълно да оцените кристалите, е добре да направите крачка назад и да прегледате как класифицират химиците и физиците състояния на материята. Промяната в състоянието на материята не е промяна в химичния състав на веществото (т.е. неговите молекули не се променят), а вместо това промяна във физическото подреждане на материята.
Трите стандартни състояния на материята са, за да се увеличи молекулярната кинетична енергия, твърдо, течно и газ.
Когато молекулите са под формата на твърдо вещество, това означава, че техните молекули имат по-ниска обща и средна кинетична енергия (KE) от същото количество от това вещество се прави в течно състояние, което от своя страна има по-нисък KE от газообразното за това вещество.
Често молекулите под формата на твърдо вещество, чиито ядра практически нямат свобода да се движат една спрямо друга, образуват правилни, повтарящи се модели, наречени решетки.
Докато тези малки (концептуални, а не действителни) решетки обхващат само една или две молекули, техните свойства се простират до голяма степен до "макро" света. Кварцът, при проверка, съвсем очевидно е "правилен" вид скала, с приятни за окото геометрични ъгли и линии; други кристали, много от които синтетични, улавят, отразяват и пречупват светлината по визуално привлекателни начини и са популярни в бижутерията, архитектурата и другаде.
- Някои кристали съществуват в течно състояние при стайна температура, като например течен кристал диод (LCD), използван в някои съвременни дисплейни системи.
Какво е решение?
Когато твърдо вещество с молекули, които се състоят от свързани йони (заредени атоми или молекули) се постави в течност, връзките на твърдото вещество може да се счупи и съставните атоми или молекули на твърдото вещество могат да се разпределят равномерно по целия течност. Когато случаят е такъв, резултатът се нарича решение; когато водата е течността, се нарича воден разтвор,
- В този контекст течността е a разтворител, а твърдото вещество е a разтворено вещество.
Количеството на разтвореното вещество, което може да се разтвори в дадено количество вода или друг разтворител, както очаквате е крайно; в много случаи разтворимостта на дадено вещество в даден разтворител също зависи от температурата, при която протича тази химическа реакция.
Като цяло, с повишаване на температурата, разтворимостта се увеличава, а когато температурата спада, разтворимостта намалява. Това означава, че за дадено количество разтворено вещество, разтвор може да се образува при една температура, но твърдо може да присъства при по-ниска температура.
В точката, в която повече разтворено вещество не може да се разтвори в разтвор, се извиква разтворът наситен, и са налице условия за възникване на образуването на кристали. Ако се добави повече разтвор (или, в някои случаи, ако разтворът се охлади), повече разтворени вещества се натрупват, тъй като разтворът вече е пренаситен. Сега кристалите започват да се образуват в резултат на благоприятни сблъсъци между разтворените молекули във все по-претъпкания разтвор.
Стипца: Формула, факти и цифри
Стипца е полезен кристал за научаване на това как се образуват тези твърди вещества, тъй като появата и растежът на кристалите на стипца може лесно да бъде произведен, контролиран и наблюдаван. Стипцата може да се отнася или до вещество със специфична химическа формула, или до клас химикали, които включват това "водещо" съединение. Химичното вещество, което най-често се нарича "стипца", всъщност е калиев стипца.
Формулата за калиев стипца е KAl (SO4)2~ 12 H2О. Това означава, че молекула калиев алуминиев сулфат, KAl (SO4)2, е заобиколен от дванадесет молекули вода, за да генерира една единица от кристалната решетъчна структура. Но тъй като металът във формулата може да е нещо различно от калий, първата част от химическата формула на стипца може да бъде KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 или нещо друго.
Стипцата има молекулно тегло (MW) от 477,4 грама (g). Точката на топене е 93 ° C, близка до точката на кипене на водата от 100 ° C. Това означава, че надеждно ще остане твърдо вещество при стайна температура, която обикновено е в диапазона от 20 до 22 ° C. Той произвежда бели до безцветни кристали. Той не е разтворим в етилов алкохол, както във вода и полихидроксилов алкохол глицерол.
Отглеждане на кристали от стипца
Материали: Можете да намерите стипца в раздела за подправки на повечето супермаркети. Освен това всичко, от което се нуждаете, е лесно да се поддържа. Уверете се, че водата, която използвате, всъщност е дестилирана, т.е. "чиста" и без йони, които могат да замърсят процеса. Трябва да имате на разположение следните елементи:
- Дестилирана вода
- Няколко малки купички или чинийки
- Тиган за вряща вода
- Лъжица за разбъркване
Изработване на кристали на стипца чрез изпаряване: Въз основа на предходния материал, трябва да очаквате, че за начало искате условията да са максимално благоприятни за стипца, който добавяте във водата, да се разтвори. В края на краищата, колкото по-бързо можете да наситите и пренаситете дадено решение, толкова по-скоро можете да започнете процеса на сериозно отглеждане на кристали.
Започнете с кипене на малко количество вода (достатъчно е около 2 унции течност до 4 унции течност или около 100 милилитра) и след това оставете малко да се охлади. Започнете да добавяте стипца с лъжица и внимателно разбърквайте между добавките, докато се разтвори. Продължавайте да правите това в малки градации, докато повече стипца не може да се разтвори. Решението вече е пренаситено.
След това излейте част от водата, като внимавате да не включите неразтворения стипца на дъното на тигана. Оставете това да се охлади от само себе си за няколко минути и след това поставете останалото в тигана в купичките или съдовете и ги поставете в хладилника.
Това ще увеличи максимално повърхността на сместа спрямо нейния обем, насърчавайки по-бързото изпаряване на водата и ускорения растеж на кристалите на стипца.
Последващи действия и въпроси за проучване: Ще започнете да виждате кристали, които се образуват в рамките на час или два, но бъдете търпеливи; след един ден ще видите истински кристали и до два дни ще имате кристален дисплей.
Защо виждате кристали с различни размери в една и съща купа или между купичките? Какви условия, различни от температурата и концентрацията, могат да насърчат прикрепването на молекулите на стипца една към друга? Бихте ли описали някой от тях като случаен?