Kristalle gehören seit langem zu den faszinierendsten Formen in der Welt der Natur, Kunst und Industrie. Wenn Sie an das Wort denken, denken Sie vielleicht an einen eleganten Ballsaal-Kronleuchter, ein Stück Quarz, das Sie selbst gefunden haben, oder Salzstücke.
Auch ohne die Verwendung eines Mikroskops zur Untersuchung der feineren Struktur von Kristallmaterialien werden Sie wahrscheinlich überrascht sein am meisten durch ihre regelmäßigen Winkel und das Gefühl, dass sie strengen Regeln folgen und gleichzeitig eine fantastische Vielfalt von Formen.
In der Chemie ist ein Kristall Materie, die eine kristalline Form annimmt, fast immer fest. Das Kennzeichen dieser Art von Struktur ist eine Art sich wiederholende Untereinheit, bei der es sich normalerweise um einen Atomkern am Mittelpunkt eines geometrischen Würfels und Ionen mit unterschiedlicher Ladung an den Ecken des Würfels oder in den Mittelpunkten seines Seiten.
Ein beliebter DIY-Kristall in Chemielaboren auf der ganzen Welt ist Alaun. Die Arbeit mit diesem in den meisten Supermärkten leicht erhältlichen Material ist eine gute Möglichkeit, sich mit dem Verhalten bestimmter Lösungen und der Kristallbildung allgemein vertraut zu machen.
Was sind Kristalle?
Bevor Sie Kristalle vollständig einschätzen können, ist es eine gute Idee, einen Schritt zurückzutreten und zu überprüfen, wie Chemiker und Physiker klassifizieren Aggregatzustände. Eine Zustandsänderung ist keine Änderung der chemischen Zusammensetzung eines Stoffes (dh seine Moleküle ändern sich nicht), sondern eine Änderung der physikalischen Anordnung der Materie.
Die drei Standardzustände der Materie sind, in der Reihenfolge steigender kinetischer Energie der Moleküle, Fest-flüssig und Gas.
Wenn Moleküle die Form eines Festkörpers haben, bedeutet dies, dass ihre Moleküle eine geringere Gesamt- und mittlere kinetische Energie (KE) haben als die gleiche Menge dieses Stoffes im flüssigen Zustand, der dafür wiederum einen geringeren KE aufweist als der gasförmige Zustand Substanz.
Oft bilden festkörperförmige Moleküle, deren Kerne praktisch keine Bewegungsfreiheit zueinander haben, regelmäßige, sich wiederholende Muster, sogenannte Gitter.
Während diese kleinen (konzeptionellen, nicht tatsächlichen) Gitter nur ein oder zwei Moleküle umfassen, erstrecken sich ihre Eigenschaften weitgehend auf die "Makro"-Welt. Quarz ist bei der Betrachtung ganz offensichtlich eine "normale" Gesteinsart mit augenfreundlichen geometrischen Winkeln und Linien; andere Kristalle, viele von ihnen synthetisch, fangen, reflektieren und brechen das Licht auf optisch ansprechende Weise und sind in Schmuck, Architektur und anderswo beliebt.
- Einige Kristalle liegen bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand vor, wie z Flüssigkristalldiode (LCD) in einigen modernen Anzeigesystemen verwendet.
Was ist eine Lösung?
Wenn ein Festkörper mit Molekülen, die aus gebundenen Ionen (geladenen Atomen oder Molekülen) bestehen, in eine Flüssigkeit eingebracht wird, werden die Bindungen der Feststoff kann gebrochen werden, und die konstituierenden Atome oder Moleküle der festen Substanz können gleichmäßig im gesamten Flüssigkeit. Wenn dies der Fall ist, wird das Ergebnis als Lösung bezeichnet; wenn Wasser die Flüssigkeit ist, wird eine wässrige Lösung genannt,
- In diesem Zusammenhang ist die Flüssigkeit a Lösungsmittel, und der Festkörper ist a gelöst.
Die Menge eines gelösten Stoffes, die in einer gegebenen Menge Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöst werden kann, ist erwartungsgemäß endlich; In vielen Fällen hängt die Löslichkeit einer bestimmten Substanz in einem bestimmten Lösungsmittel auch von der Temperatur ab, bei der diese chemische Reaktion abläuft.
Im Allgemeinen nimmt mit steigender Temperatur die Löslichkeit zu und mit sinkender Temperatur nimmt die Löslichkeit ab. Dies bedeutet, dass sich für eine gegebene Menge an gelöstem Stoff bei einer Temperatur eine Lösung bilden kann, während bei einer niedrigeren Temperatur ein Feststoff vorhanden sein kann.
An dem Punkt, an dem kein gelöster Stoff mehr in Lösung gelöst werden kann, heißt die Lösung gesättigt, und die Bedingungen für die Kristallbildung sind gegeben. Wenn mehr Lösung hinzugefügt wird (oder in einigen Fällen, wenn die Lösung abgekühlt wird), sammelt sich mehr gelöster Stoff an als die Lösung jetzt ist is übersättigt. Durch günstige Kollisionen zwischen gelösten Molekülen in der immer dichter werdenden Lösung beginnen sich nun Kristalle zu bilden.
Alaun: Formel, Fakten und Zahlen
Alaun ist ein nützlicher Kristall, um zu lernen, wie sich diese Feststoffe bilden, da das Aussehen und das Wachstum von Alaunkristallen leicht erzeugt, kontrolliert und beobachtet werden können. Alaun kann sich entweder auf eine Substanz mit einer bestimmten chemischen Formel oder eine Klasse von Chemikalien beziehen, die diese "Flaggschiff" -Verbindung enthält. Die Chemikalie, die am häufigsten unter dem Namen "Alaun" steht, ist eigentlich Kaliumalaun.
Die Formel für Kaliumalaun ist KAl (SO4)2⋅12 H2Ö. Dies bedeutet, dass ein Molekül Kaliumaluminiumsulfat, KAl (SO4)2, ist von zwölf Wassermolekülen umgeben, um eine Einheit der kristallinen Gitterstruktur zu bilden. Da das Metall in der Formel jedoch etwas anderes als Kalium sein kann, kann der erste Teil der chemischen Formel des Alauns KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 oder etwas anderes.
Alaun hat ein Molekulargewicht (MW) von 477,4 Gramm (g). Es hat einen Schmelzpunkt von 93 °C, nahe dem Siedepunkt von Wasser von 100 °C. Dies bedeutet, dass es bei Raumtemperatur, die normalerweise im Bereich von 20 bis 22 °C liegt, zuverlässig fest bleibt. Es produziert weiße bis farblose Kristalle. Es ist in Ethylalkohol nicht löslich wie in Wasser und dem Polyhydroxylalkohol Glycerin.
Wachsende Alaunkristalle
Materialien: Sie finden Alaun in der Gewürzabteilung der meisten Supermärkte. Ansonsten ist alles, was Sie brauchen, pflegeleicht. Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen verwendete Wasser destilliert ist, d. h. "rein" und frei von Ionen, die den Prozess verunreinigen könnten. Diese Gegenstände sollten Sie zur Verfügung haben:
- Destilliertes Wasser
- Mehrere kleine Schüsseln oder Untertassen
- Eine Pfanne für kochendes Wasser
- Ein Rührlöffel
Herstellung von Alaunkristallen durch Verdampfung: Basierend auf dem vorherigen Material sollten Sie davon ausgehen, dass Sie zunächst möglichst günstige Bedingungen für das Auflösen des Alauns, das Sie dem Wasser zufügen, wünschen. Denn je schneller Sie eine Lösung sättigen und übersättigen können, desto eher können Sie ernsthaft mit dem Kristallwachstum beginnen.
Beginnen Sie, indem Sie eine kleine Menge Wasser kochen (etwa 2 bis 4 Flüssigunzen oder etwa 100 Milliliter reichen aus) und dann etwas abkühlen lassen. Beginnen Sie mit der Zugabe von Alaun löffelweise und rühren Sie zwischen den Zugaben vorsichtig um, bis es sich auflöst. Machen Sie dies in kleinen Abstufungen, bis sich kein Alaun mehr auflösen kann. Die Lösung ist nun übersättigt.
Gießen Sie als nächstes etwas Wasser ab und achten Sie darauf, das ungelöste Alaun nicht am Boden der Pfanne zu enthalten. Lassen Sie diese einige Minuten von selbst abkühlen und geben Sie dann den Rest in der Pfanne in die Schüsseln oder Schüsseln und stellen Sie sie in den Kühlschrank.
Dadurch wird die Oberfläche der Mischung im Verhältnis zu ihrem Volumen maximiert, was die schnellere Verdunstung von Wasser und das beschleunigte Wachstum von Alaunkristallen fördert.
Follow-up und Fragen zum Studium: Sie werden innerhalb von ein oder zwei Stunden sehen, wie sich Kristalle bilden, aber seien Sie geduldig; Nach einem Tag sehen Sie echte Kristalle und innerhalb von zwei Tagen haben Sie eine Kristallanzeige.
Warum sehen Sie Kristalle unterschiedlicher Größe in derselben Schale oder zwischen Schalen? Welche anderen Bedingungen als Temperatur und Konzentration könnten die Anlagerung von Alaunmolekülen aneinander fördern? Würden Sie eines davon als zufällig bezeichnen?