Cristales han sido durante mucho tiempo una de las formas más fascinantes del mundo de la naturaleza, el arte y la industria. Cuando piense en la palabra, puede imaginarse un elegante candelabro de salón de baile, un trozo de cuarzo que encontró usted mismo o trozos de sal.
Incluso sin el uso de un microscopio para examinar la estructura más fina de los materiales cristalinos, probablemente se sorprenda la mayoría por sus ángulos regulares, y la sensación de que obedecen reglas estrictas mientras manifiestan una fantástica variedad de formas.
En química, un cristal es materia que asume una forma cristalina, casi siempre un sólido. El sello distintivo de este tipo de estructura es una especie de subunidad repetida, que suele ser un núcleo atómico en el centro de un cubo geométrico e iones que llevan una carga diferente colocados en las esquinas del cubo o en los centros de su lados.
Un cristal de bricolaje popular en los laboratorios de química de todo el mundo es alumbre. Trabajar con este material, que se puede obtener fácilmente en la mayoría de los supermercados, es una excelente manera de familiarizarse con el comportamiento de ciertas soluciones y la formación de cristales en general.
¿Qué son los cristales?
Antes de poder apreciar completamente los cristales, es una buena idea dar un paso atrás y revisar cómo clasifican los químicos y los físicos. Estados de materia. Un cambio en el estado de la materia no es un cambio en la composición química de una sustancia (es decir, sus moléculas no cambian) sino un cambio en la disposición física de la materia.
Los tres estados estándar de la materia son, en orden creciente de energía cinética molecular, líquido sólido y gas.
Cuando las moléculas están en forma de sólido, eso significa que sus moléculas tienen una energía cinética (KE) total y promedio más baja que la misma cantidad de esa sustancia en el estado líquido, que a su vez presenta un KE más bajo que el estado gaseoso para ese sustancia.
A menudo, las moléculas en forma de sólido, cuyos núcleos prácticamente no tienen libertad para moverse entre sí, forman patrones regulares y repetidos llamados rejillas.
Si bien estas pequeñas redes (conceptuales, no reales) abarcan solo una molécula o dos, sus propiedades se extienden en gran medida al mundo "macro". El cuarzo, al inspeccionarlo, es evidentemente un tipo de roca "regular", con ángulos y líneas geométricos agradables a la vista; otros cristales, muchos de ellos sintéticos, capturan, reflejan y refractan la luz de formas visualmente atractivas y son populares en joyería, arquitectura y otros lugares.
- Algunos cristales existen en estado líquido a temperatura ambiente, como el diodo de cristal líquido (LCD) utilizado en algunos sistemas de visualización modernos.
¿Qué es una solución?
Cuando un sólido con moléculas que consisten en iones enlazados (átomos cargados o moléculas) se coloca en un líquido, los enlaces del El sólido puede romperse y los átomos o moléculas constituyentes de la sustancia sólida pueden dispersarse uniformemente por todo el líquido. Cuando este es el caso, el resultado se llama solución; cuando el agua es el líquido, se llama solución acuosa,
- En este contexto, el líquido es un solvente, y el sólido es un sustancia disoluta.
La cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de agua u otro disolvente es, como era de esperar, finita; en muchos casos, la solubilidad de una sustancia determinada en un disolvente determinado también depende de la temperatura a la que se produce esta reacción química.
En general, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la solubilidad y, a medida que desciende, la solubilidad disminuye. Esto significa que para una determinada cantidad de soluto, se puede formar una solución a una temperatura, pero el sólido puede estar presente a una temperatura más baja.
En el punto en el que no se puede disolver más soluto en la solución, la solución se llama saturado, y se dan las condiciones para que se produzca la formación de cristales. Si se agrega más solución (o, en algunos casos, si la solución se enfría), se acumula más soluto a medida que la solución está ahora sobresaturado. Los cristales ahora comienzan a formarse como resultado de colisiones favorables entre moléculas de soluto en la solución cada vez más poblada.
Alumbre: fórmula, hechos y cifras
Alumbre es un cristal útil para aprender cómo se forman estos sólidos, ya que la apariencia y el crecimiento de los cristales de alumbre se pueden producir, controlar y observar fácilmente. El alumbre puede referirse a una sustancia con una fórmula química específica o una clase de productos químicos que incluye este compuesto "insignia". La sustancia química que se conoce con el nombre de "alumbre" más comúnmente es en realidad alumbre de potasio.
La fórmula del alumbre de potasio es KAl (SO4)2⋅12 H2O. Esto significa que una molécula de sulfato de potasio y aluminio, KAl (SO4)2, está rodeado por doce moléculas de agua para generar una unidad de la estructura reticular cristalina. Pero debido a que el metal en la fórmula puede ser algo diferente al potasio, la primera parte de la fórmula química del alumbre puede ser KCr (SO4)2, KAl (TAN4)2 o algo mas.
El alumbre tiene un peso molecular (PM) de 477,4 gramos (g). Tiene un punto de fusión de 93 ° C, cercano al punto de ebullición del agua de 100 ° C. Esto significa que permanecerá sólido de manera confiable a temperatura ambiente, que normalmente está en el rango de 20 a 22 ° C. Produce cristales de blancos a incoloros. No es soluble en alcohol etílico como lo es en agua y el alcohol polihidroxílico glicerol.
Cristales de alumbre en crecimiento
Materiales: Puedes encontrar alumbre en la sección de especias de la mayoría de los supermercados. Aparte de eso, todo lo que necesita es fácil de mantener. Asegúrese de que el agua que utiliza sea de hecho destilada, es decir, "pura" y libre de iones que puedan contaminar el proceso. Debería tener a su disposición estos elementos:
- Agua destilada
- Varios tazones o platillos pequeños
- Una cacerola para hervir agua.
- Una cuchara para revolver
Hacer cristales de alumbre por evaporación: Con base en el material anterior, debe esperar que, para empezar, desee que las condiciones sean lo más favorables para que el alumbre que agrega al agua se disuelva. Después de todo, cuanto más rápido pueda saturar y sobresaturar una solución, antes podrá comenzar el proceso de crecimiento de cristales en serio.
Empiece por hervir una pequeña cantidad de agua (alrededor de 2 onzas líquidas a 4 onzas líquidas, o alrededor de 100 mililitros, es suficiente) y luego déjela enfriar un poco. Comience a agregar alumbre por cucharadas y revuelva con cuidado entre adiciones hasta que se disuelva. Siga haciendo esto en pequeñas gradaciones hasta que no se pueda disolver más alumbre. La solución ahora está sobresaturada.
Luego, vierta un poco de agua, teniendo cuidado de no incluir el alumbre sin disolver en el fondo de la olla. Deje que se enfríe por sí solo durante un par de minutos y luego coloque lo que quede en la sartén en los tazones o platos y colóquelos en el refrigerador.
Esto maximizará el área de superficie de la mezcla en relación con su volumen, promoviendo la evaporación más rápida del agua y el crecimiento acelerado de cristales de alumbre.
Seguimiento y preguntas para estudio: Comenzará a ver que se forman cristales en una o dos horas, pero tenga paciencia; después de un día, verá cristales reales, y dentro de dos días tendrá una pantalla de cristal.
¿Por qué ves cristales de diferentes tamaños en el mismo cuenco o entre cuencos? ¿Qué condiciones, además de la temperatura y la concentración, podrían promover la unión de moléculas de alumbre entre sí? ¿Describirías alguno de estos como aleatorio?