Kristályok régóta a legizgalmasabb formák közé tartoznak a természet, a művészet és az ipar világában. Ha belegondol a szóba, elképzelhet egy elegáns bálterem csillárt, egy darab saját magának talált kvarcot vagy egy darab sót.
Miközben mikroszkópot sem használ a kristályanyagok finomabb szerkezetének vizsgálatára, valószínűleg megdöbbent leginkább szabályos szögeik és az az érzésük, hogy szigorú szabályoknak engedelmeskednek, miközben fantasztikus tömböt mutatnak be formák.
A kémia területén a kristály olyan anyag, amely kristályos formát ölt, szinte mindig szilárd anyagot. Az ilyen jellegzetességek ismérve egyfajta ismétlődő alegység, amely általában atommag egy geometriai kocka közepe és más töltetet hordozó ionok a kocka sarkaiban vagy középpontjában oldalán.
A világ egyik legnépszerűbb barkács kristálya a kémiai laboratóriumokban timsó. Ennek az anyagnak a használata, amelyet a legtöbb szupermarketben könnyen beszerezhet, nagyszerű módja annak, hogy megismerje bizonyos megoldások viselkedését és általában a kristályok képződését.
Mik azok a kristályok?
Mielőtt teljes mértékben megbecsülné a kristályokat, érdemes visszalépni és áttekinteni, hogy a vegyészek és fizikusok hogyan osztályozzák anyagállapotok. Az anyag állapotának változása nem az anyag kémiai összetételének változása (vagyis a molekulái nem változnak), hanem az anyag fizikai elrendezésének változása.
Az anyag három standard állapota a növekvő molekuláris kinetikus energia sorrendjében: szilárd, folyékony és gáz.
Ha a molekulák szilárd formában vannak, ez azt jelenti, hogy molekuláiknak alacsonyabb a teljes és az átlagos kinetikus energiája (KE), mint ugyanannyi anyag folyékony állapotban van, amelynek viszont alacsonyabb a KE-je, mint a gáz halmazállapotához anyag.
Gyakran a szilárd anyag formájú molekulák, amelyek magjainak gyakorlatilag nincs szabad mozgásuk egymáshoz viszonyítva, szabályos, ismétlődő mintákat alkotnak, amelyeket rácsoknak neveznek.
Míg ezek a kis (fogalmi, nem tényleges) rácsok csak egy vagy két molekulára terjednek ki, tulajdonságaik nagyrészt a "makro" világra terjednek ki. A kvarc vizsgálata során nyilvánvalóan "szabályos" fajta kőzet, szemnek kellemes geometriai szögekkel és vonalakkal; más kristályok, amelyek közül sok szintetikus, vizuálisan vonzó módon rögzítik, visszaverik és megtörik a fényt, és népszerűek az ékszerekben, az építészetben és másutt.
- Néhány kristály szobahőmérsékleten folyékony állapotban létezik, például a folyadékkristályos dióda (LCD), amelyet néhány modern kijelző rendszerben használnak.
Mi a megoldás?
Ha egy szilárd anyag, amelynek molekulái kötődő ionokból (töltött atomok vagy molekulák) állnak, folyadékba kerül, a szilárd anyag megszakadhat, és a szilárd anyag alkotó atomjai vagy molekulái egyenletesen diszpergálódhatnak az egész folyékony. Ebben az esetben az eredményt megoldásnak nevezzük; amikor a víz folyékony, vizes oldatnak nevezzük,
- Ebben az összefüggésben a folyadék a oldószer, a szilárd pedig a oldott anyag.
Az oldott anyag mennyisége, mint amennyit fel lehet oldani egy adott mennyiségű vízben vagy más oldószerben, amint arra számítani kell, véges; sok esetben az adott anyag oldhatósága egy adott oldószerben attól a hőmérséklettől is függ, amelyen ez a kémiai reakció lejátszódik.
Általában a hőmérséklet emelkedésével az oldhatóság növekszik, és a hőmérséklet csökkenésével az oldhatóság csökken. Ez azt jelenti, hogy egy adott mennyiségű oldott anyaghoz oldat képződhet egy hőmérsékleten, de szilárd anyag alacsonyabb hőmérsékleten jelen lehet.
Abban a pontban, ahol az oldott anyag már nem oldható fel, az oldatot hívjuk telítettés a kristályképződés kialakulásának feltételei vannak. Ha több oldatot adunk hozzá (vagy bizonyos esetekben, ha az oldatot lehűtjük), akkor több oldott anyag halmozódik fel, ahogy az oldat most van túltelített. A kristályok az oldott molekulák közötti kedvező ütközések eredményeként kezdenek kialakulni az egyre zsúfoltabb oldatban.
Alum: Képlet, tények és ábrák
Timsó hasznos kristály ezeknek a szilárd anyagoknak a kialakulásához, mivel az alumínium kristályok megjelenése és növekedése könnyen előállítható, szabályozható és megfigyelhető. Az Alum vagy egy meghatározott kémiai képlettel rendelkező anyagra, vagy olyan vegyi anyagok osztályára utalhat, amelyek tartalmazzák ezt a "kiemelt" vegyületet. A "timsó" néven leggyakrabban használt vegyi anyag valójában az kálium-timsó.
A kálium-timsó képlete KAl (SO4)2~ 12 H2O. Ez azt jelenti, hogy a kálium-alumínium-szulfát molekula, KAl (SO4)2, tizenkét vízmolekula veszi körül, hogy a kristályrácsszerkezet egy egységét hozza létre. De mivel a képletben szereplő fém nem kálium lehet, a timsó kémiai képletének első része KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 vagy valami más.
Az alumínium molekulatömege (MW) 477,4 gramm (g). Olvadáspontja 93 ° C, közel a víz forráspontjához 100 ° C. Ez azt jelenti, hogy szobahőmérsékleten megbízhatóan szilárd marad, amely általában 20 és 22 ° C között van. Fehér vagy színtelen kristályokat termel. Nem oldódik etil-alkoholban, mint vízben és a polihidroxil-alkohol-glicerinben.
Növekvő alumínium kristályok
Anyagok: A legtöbb szupermarket fűszer-részlegében megtalálható a timsó. Ezen kívül mindent, amire szüksége van, könnyű karbantartani. Győződjön meg arról, hogy az Ön által használt víz valóban desztillált, azaz "tiszta" és mentes-e olyan ionoktól, amelyek szennyezhetik a folyamatot. A következő rendelkezésekkel kell rendelkeznie:
- Desztillált víz
- Több kis tál vagy csészealj
- Egy serpenyő forrásban lévő vízhez
- Keverő kanál
Timsókristályok készítése párologtatással: Az előző anyag alapján arra kell számítani, hogy először azt szeretné, ha a körülmények maximálisan kedvezőek lennének a vízhez adott timsó oldódásához. Végül is, minél gyorsabban telített és túltelített egy megoldást, annál hamarabb indulhat el komolyan a kristálynövekedés folyamata.
Kezdje azzal, hogy kis mennyiségű vizet forral fel (kb. 2 folyadék uncia 4 folyadék uncia, vagyis kb. 100 milliliter elegendő), majd hagyja kissé kihűlni. Kezdje a timsó hozzáadásával kanállal, és óvatosan keverje hozzá az adagolások között, amíg fel nem oldódik. Addig folytassa ezt kis fokozatokban, amíg több timsó nem tud feloldódni. A megoldás immár túltelített.
Ezután öntsön le egy kis vizet, vigyázva, hogy ne helyezze a fel nem oldott timsót a serpenyő aljára. Hagyja ezt néhány percig önmagában kihűlni, majd a serpenyőben maradt anyagokat tegye a tálakba vagy edényekbe, majd tegye a hűtőbe.
Ez maximalizálja a keverék felületét a térfogatához viszonyítva, elősegítve a víz gyorsabb párolgását és a timsókristályok gyorsabb növekedését.
Nyomon követés és kérdések a tanulmányhoz: Egy-két órán belül elkezdi látni a kristályok kialakulását, de legyen türelmes; egy nap után valódi kristályokat fog látni, és két napon belül kristályos kijelzőt kap.
Miért látja különböző méretű kristályokat ugyanabban a tálban vagy a tálak között? A hőmérsékleten és a koncentráción kívül milyen körülmények elősegíthetik a timsómolekulák egymáshoz való kapcsolódását? Leírnád ezek közül bármelyiket véletlenszerűnek?