Krystaller har længe været blandt de mest fascinerende former i verdenen af natur, kunst og industri. Når du tænker på ordet, kan du forestille dig en elegant balsal lysekrone, et stykke kvarts, du fandt dig selv eller saltstykker.
Selv uden brug af et mikroskop til at undersøge den finere struktur af krystalmaterialer, er du sandsynligvis ramt mest ved deres regelmæssige vinkler og følelsen af, at de adlyder strenge regler, mens de manifesterer en fantastisk vifte af former.
I kemi er en krystal stof, der antager en krystallinsk form, næsten altid et fast stof. Kendetegnende for denne form for struktur er en gentagende underenhed af slags, som normalt er en atomkerne ved centrum af en geometrisk terning og ioner, der bærer en anden ladning placeret i terningens hjørner eller i dens centrum sider.
En populær DIY-krystal i kemilaboratorier verden over er alun. At arbejde med dette materiale, som du let kan få i de fleste supermarkeder, er en fantastisk måde at blive fortrolig med opløsningen af visse løsninger og dannelsen af krystaller generelt.
Hvad er krystaller?
Før du fuldt ud kan sætte pris på krystaller, er det en god ide at tage et skridt tilbage og gennemgå, hvordan kemikere og fysikere klassificerer sager af sager. En ændring i materiens tilstand er ikke en ændring i et stofs kemiske sammensætning (det vil sige dets molekyler ændrer sig ikke), men i stedet en ændring i materiens fysiske arrangement.
De tre standardtilstande for stof er i rækkefølge efter stigende molekylær kinetisk energi, fast, flydende og gas.
Når molekyler er i form af et fast stof, betyder det, at deres molekyler har lavere total og gennemsnitlig kinetisk energi (KE) end den samme mængde af dette stof gør i flydende tilstand, hvilket igen har en lavere KE end den gasformige tilstand for det stof.
Molekyler i form af et fast stof, hvis kerner næsten ikke har nogen frihed til at bevæge sig i forhold til hinanden, danner ofte regelmæssige, gentagne mønstre kaldet gitter.
Mens disse små (konceptuelle, ikke egentlige) gitter kun spænder over et molekyle eller to, strækker deres egenskaber sig stort set til "makro" -verdenen. Kvarts er efter inspektion ganske åbenlyst en "almindelig" slags sten med iøjnefaldende geometriske vinkler og linjer; andre krystaller, mange af dem syntetiske, fanger, reflekterer og bryder lys på visuelt tiltalende måder og er populære inden for smykker, arkitektur og andre steder.
- Nogle krystaller findes i flydende tilstand ved stuetemperatur, såsom flydende krystaldiode (LCD) brugt i nogle moderne displaysystemer.
Hvad er en løsning?
Når et fast stof med molekyler, der består af bundne ioner (ladede atomer eller molekyler) placeres i en væske, er bindingerne af fast stof kan brydes, og de faste atomer eller molekyler i det faste stof kan spredes jævnt i hele området væske. Når dette er tilfældet, kaldes resultatet en løsning; når vand er væsken kaldes en vandig opløsning,
- I denne sammenhæng er væsken en opløsningsmiddel, og det faste stof er en opløst stof.
Mængden af et opløst stof, der kan opløses i en given mængde vand eller andet opløsningsmiddel, er, som du kan forvente, endelig; i mange tilfælde afhænger opløseligheden af et givet stof i et givet opløsningsmiddel også af temperaturen, ved hvilken denne kemiske reaktion finder sted.
Generelt øges opløseligheden, når temperaturen stiger, og når temperaturen falder, falder opløseligheden. Dette betyder, at der for en given mængde opløst stof kan dannes en opløsning ved en temperatur, men fast min er til stede ved en lavere temperatur.
På det tidspunkt, hvor ikke mere opløst stof kan opløses i opløsning, kaldes opløsningen mættetog betingelser er på plads for at krystaldannelse kan forekomme. Hvis der tilsættes mere opløsning (eller i nogle tilfælde, hvis opløsningen afkøles), akkumuleres mere opløst stof, da løsningen nu er overmættet. Krystaller begynder nu at dannes som et resultat af gunstige kollisioner mellem opløste molekyler i den stadig mere overfyldte løsning.
Alum: Formel, fakta og tal
Alum er en nyttig krystal til at lære om, hvordan disse faste stoffer dannes, da udseende og vækst af alunkrystaller let kan produceres, kontrolleres og observeres. Alun kan henvise til enten et stof med en bestemt kemisk formel eller en klasse af kemikalier, der inkluderer denne "flagskib" -forbindelse. Det kemikalie, der oftest kaldes "alun", er faktisk kaliumalun.
Formlen for kaliumalun er KAl (SO4)2⋅12 H2O. Dette betyder, at et molekyle af kaliumaluminiumsulfat, KAl (SO4)2, er omgivet af tolv vandmolekyler for at generere en enhed af den krystallinske gitterstruktur. Men fordi metallet i formlen kan være noget andet end kalium, kan den første del af den alun kemiske formel være KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 eller noget andet.
Alun har en molekylvægt (MW) på 477,4 gram (g). Det har et smeltepunkt på 93 ° C, tæt på vandets kogepunkt på 100 ° C. Dette betyder, at det pålideligt forbliver et fast stof ved stuetemperatur, som normalt ligger i området fra 20 til 22 ° C. Det producerer hvide til farveløse krystaller. Det er ikke opløseligt i ethylalkohol, som det er i vand og polyhydroxylalkohol glycerol.
Voksende alunkrystaller
Materialer: Du kan finde alun i krydderisektionen i de fleste supermarkeder. Bortset fra det er alt hvad du har brug for let at vedligeholde. Sørg for, at det vand, du bruger, faktisk er destilleret, dvs. "rent" og fri for ioner, der kan forurene processen. Du skal have disse ting til din rådighed:
- Destilleret vand
- Flere små skåle eller underkopper
- En gryde til kogende vand
- En omrøringsske
Fremstilling af alunkrystaller via fordampning: Baseret på det foregående materiale, skal du forvente, at du til at begynde med vil have, at forholdene er maksimalt gunstige for det alun, du tilsætter vandet for at opløse. Jo hurtigere du kan mætte og overmætte en løsning, jo hurtigere kan du begynde processen med krystalvækst for alvor.
Start med at koge en lille mængde vand (ca. 2 væske ounce til 4 væske ounce eller ca. 100 ml er nok) og lad det derefter afkøle lidt. Begynd at tilføje alun ved skeen, og rør omhyggeligt imellem tilsætningerne, indtil den opløses. Fortsæt med at gøre dette i små graderinger, indtil ikke mere alun kan opløses. Løsningen er nu overmættet.
Hæld derefter noget af vandet, og vær forsigtig med ikke at medtage det uopløste alun i bunden af gryden. Lad dette køle af sig selv i et par minutter, og læg derefter det, der er tilbage i gryden, i skålene eller skålene, og læg dem i køleskabet.
Dette vil maksimere overfladearealet af blandingen i forhold til dens volumen og fremme hurtigere fordampning af vand og den accelererede vækst af alinkrystaller.
Opfølgning og spørgsmål til undersøgelse: Du vil begynde at se krystaller dannes inden for en time eller to, men vær tålmodig; efter en dag vil du se ægte krystaller, og inden for to dage har du et krystalskærm.
Hvorfor ser du krystaller i forskellige størrelser i samme skål eller mellem skåle? Hvilke andre forhold end temperatur og koncentration kan fremme tilknytningen af alunmolekyler til hinanden? Vil du beskrive nogen af disse som tilfældige?
