Krystaly již dlouho patří k nejvíce fascinujícím tvarům ve světě přírody, umění a průmyslu. Když vás napadne slovo, můžete si představit elegantní lustr pro společenský sál, kousek křemene, který jste našli, nebo kousky soli.
I bez použití mikroskopu k prozkoumání jemnější struktury krystalických materiálů jste pravděpodobně zasaženi nejvíce podle svých pravidelných úhlů a pocitu, že se řídí přísnými pravidly, přičemž projevují fantastickou škálu tvary.
V chemii je krystal hmotou, která zaujímá krystalickou formu, téměř vždy pevnou látku. Charakteristickým znakem tohoto druhu struktury je opakující se podjednotka, která je obvykle atomovým jádrem na střed geometrické krychle a ionty nesoucí jiný náboj umístěné v rozích krychle nebo v jejích středech strany.
Jeden populární DIY krystal v chemických laboratořích po celém světě je kamenec. Práce s tímto materiálem, který snadno získáte ve většině supermarketů, je skvělým způsobem, jak se seznámit s chováním určitých roztoků a tvorbou krystalů obecně.
Co jsou krystaly?
Než budete moci plně ocenit krystaly, je dobré udělat krok zpět a zkontrolovat, jak chemici a fyzici klasifikují stavy hmoty. Změna stavu hmoty není změnou chemického složení látky (tj. Její molekuly se nemění), ale změnou fyzikálního uspořádání hmoty.
Tři standardní stavy hmoty jsou, v pořadí zvýšení molekulární kinetické energie, pevné, kapalné a plyn.
Pokud jsou molekuly ve formě pevné látky, znamená to, že jejich molekuly mají nižší celkovou a průměrnou kinetickou energii (KE) než stejné množství této látky v kapalném stavu, což má zase nižší KE než plynný stav látka.
Molekuly ve formě pevné látky, jejichž jádra nemají ve vztahu k sobě prakticky žádnou svobodu pohybu, často vytvářejí pravidelné opakující se vzory zvané mřížky.
I když tyto malé (koncepční, nikoli skutečné) mřížky pokrývají pouze molekulu nebo dvě, jejich vlastnosti sahají do značné míry do „makro“ světa. Křemen je při kontrole zcela evidentně „obyčejný“ druh horniny s oku příjemnými geometrickými úhly a liniemi; jiné krystaly, z nichž mnohé jsou syntetické, zachycují, odrážejí a lámou světlo vizuálně přitažlivými způsoby a jsou oblíbené v klenotnictví, architektuře a jinde.
- Některé krystaly existují v kapalném stavu při pokojové teplotě, například dioda z tekutých krystalů (LCD) používaný v některých moderních zobrazovacích systémech.
Co je to řešení?
Když je pevná látka s molekulami, které se skládají z vázaných iontů (nabité atomy nebo molekuly), umístěna do kapaliny, vazby pevná látka může být rozbita a atomy nebo molekuly pevné látky, které jsou jejími složkami, mohou být rovnoměrně rozptýleny v celém obsahu kapalný. V tomto případě se výsledek nazývá řešení; když je voda kapalina, nazývá se to vodný roztok,
- V této souvislosti je kapalinou a solventní, a pevná látka je a rozpuštěná látka.
Množství rozpuštěné látky, které lze rozpustit v daném množství vody nebo jiného rozpouštědla, je, jak můžete očekávat, konečné; v mnoha případech závisí rozpustnost dané látky v daném rozpouštědle také na teplotě, při které k této chemické reakci dochází.
Obecně platí, že jak teplota stoupá, zvyšuje se rozpustnost a jak teplota klesá, rozpustnost klesá. To znamená, že pro dané množství rozpuštěné látky se může vytvořit roztok při jedné teplotě, ale pevný může být přítomen při nižší teplotě.
V okamžiku, kdy již nelze rozpustit žádnou rozpuštěnou látku v roztoku, se roztok nazývá nasycenýa jsou vytvořeny podmínky pro vznik krystalu. Pokud je přidáno více roztoku (nebo v některých případech, pokud je roztok ochlazen), hromadí se více rozpuštěných látek, protože roztok je nyní přesycený. Krystaly se nyní začínají formovat v důsledku příznivých srážek mezi molekulami rozpuštěné látky ve stále přeplněnějším řešení.
Kamenec: Vzorec, fakta a čísla
Kamenec je užitečný krystal pro poznávání toho, jak se tyto pevné látky tvoří, protože vzhled a růst krystalů kamence lze snadno vyrobit, kontrolovat a pozorovat. Kamenec může označovat buď látku se specifickým chemickým vzorcem, nebo třídu chemikálií, která obsahuje tuto „vlajkovou loď“. Chemikálie, která se nejčastěji vyskytuje pod jménem „kamenec“, ve skutečnosti je kamenec draselný.
Vzorec pro kamenec draselný je KAl (SO4)2⋅12 H2Ó. To znamená, že molekula síranu hlinito-draselného, KAl (SO4)2, je obklopen dvanácti molekulami vody a generuje jednu jednotku struktury krystalické mřížky. Ale protože kov ve vzorci může být něco jiného než draslík, první část chemického vzorce kamence může být KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 nebo něco jiného.
Kamenec má molekulovou hmotnost (MW) 477,4 gramů (g). Má teplotu tání 93 ° C, blízko bodu varu vody 100 ° C. To znamená, že spolehlivě zůstane pevnou látkou při pokojové teplotě, která se obvykle pohybuje v rozmezí 20 až 22 ° C. Produkuje bílé až bezbarvé krystaly. Není rozpustný v ethylalkoholu, protože je ve vodě a polyhydroxylalkoholu glycerolu.
Rostoucí krystaly kamence
Materiály: Kamenec najdete ve většině supermarketů v sekci s kořením. Kromě toho je vše, co potřebujete, snadno udržovatelné. Ujistěte se, že voda, kterou používáte, je ve skutečnosti destilovaná, tj. „Čistá“ a bez iontů, které by mohly proces kontaminovat. Měli byste mít k dispozici tyto položky:
- Destilovaná voda
- Několik malých misek nebo talířů
- Pánev na vařící vodu
- Míchací lžíce
Výroba krystalů kamence odpařováním: Na základě předchozího materiálu byste měli očekávat, že od začátku chcete, aby podmínky byly maximálně příznivé, aby se kamenec, který přidáte do vody, rozpustil. Koneckonců, čím rychleji můžete nasytit a přesýtit řešení, tím dříve můžete začít proces pěstování krystalů vážně.
Začněte vařením malého množství vody (stačí asi 2 unce na 4 unce nebo asi 100 mililitrů) a poté jej nechejte trochu vychladnout. Začněte přidávat kamenec po lžících a opatrně mezi nimi přidávejte, dokud se nerozpustí. Dělejte to v malých gradacích, dokud se už kamenec nerozpustí. Řešení je nyní přesycené.
Dále nalijte trochu vody, buďte opatrní, abyste do spodní části pánve nezahrnuli nerozpuštěný kamenec. Nechejte to několik minut samostatně vychladnout a poté dejte zbytky na pánvi do misek nebo nádobí a vložte je do chladničky.
Tím se maximalizuje povrchová plocha směsi ve vztahu k jejímu objemu, což podporuje rychlejší odpařování vody a zrychlený růst krystalů kamence.
Následné kroky a otázky ke studiu: Za hodinu nebo dvě začnete vidět, jak se krystaly tvoří, ale buďte trpěliví; po dni uvidíte skutečné krystaly a do dvou dnů budete mít křišťálový displej.
Čím to je, že vidíte krystaly různých velikostí ve stejné misce nebo mezi miskami? Jaké jiné podmínky než teplota a koncentrace mohou podporovat vzájemné připojení molekul kamence? Popsali byste některý z nich jako náhodný?