Kristallid on pikka aega olnud kõige põnevamate kujundite seas loodus-, kunsti- ja tööstusmaailmas. Selle sõna peale mõeldes võite kujutada elegantset ballisaali lühtrit, enda leitud kvartsitükki või soolatükke.
Isegi ilma kristallimaterjalide peenema struktuuri uurimiseks mikroskoopi kasutamata olete tõenäoliselt löödud enamasti nende korrapäraste nurkade ja tunde järgi, et nad järgivad rangeid reegleid, avaldades samal ajal fantastilist massiivi kujundid.
Keemias on kristall aine, mis omandab kristalse vormi, peaaegu alati tahke aine. Sellise struktuuri tunnuseks on korduv alamüksus, mis tavaliselt on aatomituum geomeetrilise kuubi keskpunkt ja erineva laenguga ioonid, mis on paigutatud kuubi nurkadesse või selle keskpunktidesse küljed.
Üks populaarne isetegemise kristall keemialaborites kogu maailmas on maarja. Selle materjaliga töötamine, mida saate hõlpsasti hankida enamikust supermarketitest, on suurepärane võimalus tutvuda teatud lahenduste käitumise ja kristallide moodustumisega üldiselt.
Mis on kristallid?
Enne kui suudate kristalle täielikult hinnata, on hea astuda samm tagasi ja vaadata üle, kuidas keemikud ja füüsikud liigitavad aine olekud. Aine oleku muutus ei ole aine keemilise koostise muutus (see tähendab, et selle molekulid ei muutu), vaid hoopis aine füüsikalise paigutuse muutus.
Aine kolm standardset olekut on molekulaarse kineetilise energia suurendamise järjekorras tahke, vedel ja gaas.
Kui molekulid on tahke ainena, tähendab see, et nende molekulidel on väiksem kogu- ja keskmine kineetiline energia (KE) kui sama kogus seda ainet teeb vedelas olekus, millel on omakorda madalam KE kui gaasilisel olekul aine.
Sageli moodustavad tahke aine kujul olevad molekulid, mille tuumadel pole praktiliselt mingit vabadust üksteise suhtes liikuda, korrapäraseid, korduvaid mustreid, mida nimetatakse võredeks.
Kuigi need väikesed (kontseptuaalsed, mitte tegelikud) võred ulatuvad ainult molekulist või kahest, ulatuvad nende omadused suuresti "makro" maailma. Kvarts on kontrollimisel üsna selgelt "tavaline" kivim, millel on silmale meeldivad geomeetrilised nurgad ja jooned; muud kristallid, paljud neist on sünteetilised, haaravad, peegeldavad ja murravad valgust visuaalselt ning on populaarsed ehetes, arhitektuuris ja mujal.
- Mõned kristallid eksisteerivad toatemperatuuril vedelas olekus, näiteks vedelkristalldiood (LCD), mida kasutatakse mõnes kaasaegses kuvasüsteemis.
Mis on lahendus?
Kui tahke aine, mille molekulid koosnevad seonduvatest ioonidest (laetud aatomid või molekulid), asetatakse vedelikku, tahke aine võib puruneda ja tahke aine koostisosad või molekulid võivad ühtlaselt hajuda vedel. Sel juhul nimetatakse tulemust lahenduseks; kui vesi on vedelik, nimetatakse seda vesilahuseks,
- Selles kontekstis on vedelikuks a lahusti, ja tahke on a soluut.
Lahustunud aine kogus, mida saab lahustada etteantud koguses vees või muus lahustis, on nagu arvata võib, piiratud; paljudel juhtudel sõltub antud aine lahustuvus antud lahustis ka temperatuurist, mille juures see keemiline reaktsioon toimub.
Üldiselt temperatuuri tõustes lahustuvus suureneb ja temperatuuri langedes lahustuvus väheneb. See tähendab, et antud koguse soluudi korral võib lahus moodustuda ühel temperatuuril, kuid madalamal temperatuuril võib olla tahke aine.
Selles punktis, kus lahustunud ainet enam lahustada ei saa, nimetatakse lahust küllastunudja on olemas tingimused kristallide moodustumiseks. Kui lisatakse rohkem lahust (või mõnel juhul, kui lahus on jahutatud), koguneb lahuse lisamisel rohkem lahustunud ainet üleküllastunud. Kristallid hakkavad nüüd moodustuma lahustunud molekulide soodsate kokkupõrgete tagajärjel üha tihedamalt täidetud lahuses.
Alum: valem, faktid ja arvandmed
Alum on kasulik kristall nende tahkete ainete moodustumise tundmaõppimiseks, kuna alumiiniumkristallide välimust ja kasvu saab hõlpsasti toota, kontrollida ja jälgida. Alum võib viidata kas kindla keemilise valemiga ainele või kemikaalide klassile, mis sisaldab seda "lipulaeva" ühendit. Kemikaal, mis kannab nime "maarja", on kõige sagedamini tegelikult kaaliumalum.
Kaaliumalumi valem on KAl (SO4)2~ 12 H2O. See tähendab, et kaaliumalumiiniumsulfaadi molekul KAl (SO4)2on ümbritsetud kaheteistkümne veemolekuliga, et tekitada üks kristallvõre struktuuri ühik. Kuid kuna metall valemis võib olla midagi muud kui kaalium, võib maarja keemilise valemi esimene osa olla KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 või midagi muud.
Alumi molekulmass (MW) on 477,4 grammi (g). Selle sulamistemperatuur on 93 ° C, vee keemistemperatuuril 100 ° C lähedal. See tähendab, et see jääb toatemperatuuril usaldusväärselt tahke aine, mis on tavaliselt vahemikus 20 kuni 22 ° C. See toodab valgeid kuni värvusetuid kristalle. See ei lahustu etüülalkoholis, nagu vees ja polühüdroksüülalkoholi glütseroolis.
Alumiiniumkristallide kasvatamine
Materjalid: Maarja leiad enamiku supermarketite vürtside jaotisest. Peale selle on kõike vajalikku lihtne hooldada. Veenduge, et teie kasutatav vesi oleks tegelikult destilleeritud, st "puhas" ja vaba ioonidest, mis võivad protsessi saastata. Teie käsutuses peaksid olema järgmised esemed:
- Destilleeritud vesi
- Mitu väikest kaussi või taldrikut
- Pann keeva veega
- Segav lusikas
Alumiiniumkristallide valmistamine aurustamise teel: Eelnevast materjalist lähtudes peaksite eeldama, et kõigepealt soovite, et tingimused, mis on veele lisatud vilja lahustumiseks, oleksid maksimaalselt soodsad. Lõppude lõpuks, mida kiiremini saate lahuse küllastada ja üleküllastada, seda kiiremini saate tõsiselt kristallikasvuprotsessi alustada.
Alustuseks keetke väike kogus vett (piisab umbes 2 vedeliku untsi kuni 4 vedeliku untsi ehk umbes 100 milliliitri kohta) ja lasete siis veidi jahtuda. Alustage maarja lisamist lusika kaupa ja segage lisamiste vahel ettevaatlikult, kuni see lahustub. Jätkake seda väikeste astmetega, kuni enam maarja ei saa lahustuda. Lahus on nüüd üleküllastunud.
Järgmisena valage osa veest ära, olge ettevaatlik, et mitte lisada pannile põhja lahustumata maarja. Laske sellel paar minutit ise jahtuda, seejärel pange pannile jäänud kaussi või nõusse ja asetage see külmkappi.
See maksimeerib segu pindala selle mahu suhtes, soodustades vee kiiremat aurustumist ja viljakristallide kiiremat kasvu.
Järelmeetmed ja küsimused uurimiseks: Te hakkate nägema kristallide moodustumist tunni või kahe jooksul, kuid olge kannatlik; päeva pärast näete tõelisi kristalle ja kahe päeva jooksul on teil kristallekraan.
Miks näete ühes kausis või kausside vahel erineva suurusega kristalle? Millised muud tingimused kui temperatuur ja kontsentratsioon võivad soodustada maarjamolekulide kinnitumist üksteisega? Kas kirjeldaksite mõnda neist juhuslikest?