גבישים כבר זמן רב בין הצורות המרתקות ביותר בעולם הטבע, האמנות והתעשייה. כשאתה חושב על המילה, אתה יכול לדמיין נברשת אלגנטית באולמות אירועים, חתיכת קוורץ שמצאת בעצמך או חתיכות מלח.
גם ללא שימוש במיקרוסקופ לבדיקת מבנה עדין יותר של חומרי קריסטל, אתה כנראה נפגע בעיקר בזוויות הקבועות שלהם, ובתחושה שהם מצייתים לכללים נוקשים תוך שהם מגלים מגוון נפלא של צורות.
בכימיה, גביש הוא חומר הנושא צורה גבישית, כמעט תמיד מוצק. סימן ההיכר של מבנה מסוג זה הוא יחידת משנה חוזרת למינה, שהיא בדרך כלל גרעין אטומי ב מרכז קוביה גיאומטרית ויונים הנושאים מטען שונה המונח בפינות הקוביה או במרכזיה צדדים.
קריסטל DIY פופולרי אחד במעבדות כימיה ברחבי העולם הוא אלום. עבודה עם חומר זה, אותו תוכלו להשיג בקלות ברוב הסופרמרקטים, היא דרך נהדרת להכיר את התנהגותם של פתרונות מסוימים ויצירת גבישים בדרך כלל.
מהם גבישים?
לפני שתוכלו להעריך גבישים באופן מלא, מומלץ לקחת צעד אחורה ולסקור כיצד כימאים ופיזיקאים מסווגים מצבי חומר. שינוי במצב החומר אינו שינוי בהרכב הכימי של חומר (כלומר, המולקולות שלו אינן משתנות) אלא במקום שינוי במערך הפיזי של החומר.
שלושת המצבים הסטנדרטיים של החומר הם, לפי סדר הגדלת האנרגיה הקינטית המולקולרית, מוצק, נוזלי ו גַז.
כאשר מולקולות הן בצורה של מוצק, המשמעות היא שלמולקולות שלהם אנרגיה קינטית כוללת וממוצעת נמוכה יותר (KE) מאשר אותה כמות של אותו חומר עושה במצב נוזלי, אשר בתורו כולל KE נמוך יותר מאשר המצב הגזי לשם כך חומר.
לעתים קרובות, מולקולות בצורת מוצק, שלגרעינים אין כמעט חופש לנוע זו בזו, יוצרות תבניות קבועות וחוזרות על עצמן הנקראות סריג.
בעוד שסריגים קטנים (רעיוניים, לא ממשיים) אלה משתרעים על רק מולקולה או שתיים, תכונותיהם משתרעות במידה רבה על עולם ה"מקרו ". קוורץ, בבדיקה, הוא ללא ספק סוג של סלע "רגיל", עם זוויות וקווים גיאומטריים נעימים לעין; גבישים אחרים, רבים מהם סינתטיים, לוכדים, מחזירים ומשברים אור בדרכים מושכות ויזואלית והם פופולריים בתכשיטים, בארכיטקטורה ובמקומות אחרים.
- גבישים מסוימים קיימים במצב נוזלי בטמפרטורת החדר, כמו למשל דיודת גביש נוזלי (LCD) המשמש בכמה מערכות תצוגה מודרניות.
מהו פיתרון?
כאשר מוצק נוזל עם מולקולות המורכבות מיונים קשורים (אטומים או מולקולות טעונות), הקשרים של מוצק עלול להישבר, והאטומים או המולקולות המרכיבים של החומר המוצק עשויים להתפזר באופן שווה ברחבי השטח נוזל. כאשר זה המקרה, התוצאה נקראת פיתרון; כאשר מים הם הנוזל, מכנים פתרון מימי,
- בהקשר זה הנוזל הוא א מֵמֵס, והמוצק הוא א מומס.
כמות המומס מכפי שניתן להמיס בכמות נתונה של מים או ממס אחר היא, כצפוי, סופית; במקרים רבים המסיסות של חומר נתון בממס נתון תלויה גם בטמפרטורה בה מתרחשת תגובה כימית זו.
באופן כללי, ככל שהטמפרטורה עולה, המסיסות עולה, וככל שהטמפרטורה יורדת, המסיסות יורדת. משמעות הדבר היא כי עבור כמות מסוימת של מומס, תמיסה עשויה להיווצר בטמפרטורה אחת, אך מוצק נוכח בטמפרטורה נמוכה יותר.
בנקודה בה לא ניתן להמיס יותר מומס בתמיסה, נקרא הפתרון רָווּי, והתנאים קיימים להיווצרות יצירת גבישים. אם מתווסף תמיסה נוספת (או, במקרים מסוימים, אם התמיסה מקוררת), מצטבר יותר מומס כפי שהפתרון נמצא כעת רווי על. גבישים מתחילים להיווצר כעת כתוצאה מהתנגשויות חיוביות בין מולקולות מומס בפתרון הצפוף יותר ויותר.
אלום: פורמולה, עובדות ודמויות
אלום הוא גביש שימושי ללימוד אופן היווצרותם של מוצקים אלה, שכן ניתן לייצר, לשלוט ולהתבונן במראה וגידול של גבישי אלום. אלום יכול להתייחס לחומר בעל נוסחה כימית ספציפית או לסוג כימיקלים הכוללים תרכובת "ספינת הדגל" הזו. הכימי העונה לשם "אלום" הוא הנפוץ ביותר אלום אשלגן.
הנוסחה לאלום אשלגן היא KAl (SO4)2⋅12 ח2או משמעות הדבר היא כי מולקולה של אשלגן אלומיניום סולפט, KAl (SO4)2, מוקף בשנים עשר מולקולות מים כדי ליצור יחידה אחת של מבנה הסריג הגבישי. אך מכיוון שהמתכת בנוסחה עשויה להיות משהו אחר שאינו אשלגן, החלק הראשון של הנוסחה הכימית של אלום עשוי להיות KCr (SO4)2, קל (SO4)2 או משהו אחר.
לאלום משקל מולקולרי (MW) של 477.4 גרם (גרם). יש לו נקודת התכה של 93 מעלות צלזיוס, קרוב לנקודת הרתיחה של מים של 100 מעלות צלזיוס. פירוש הדבר שהוא יישאר מוצק באופן אמין בטמפרטורת החדר, שהוא בדרך כלל בטווח של 20 עד 22 מעלות צלזיוס. הוא מייצר גבישים לבנים עד חסרי צבע. זה לא מסיס באלכוהול אתילי כפי שהוא במים ובפולי-הידרוקסיל אלכוהול גליצרול.
גידול גבישי אלום
חומרים: אתה יכול למצוא אלום במדור התבלינים ברוב המרכולים. מלבד זאת, כל מה שאתה צריך קל לתחזוקה. וודאו כי המים בהם אתם משתמשים מזוקקים, כלומר "טהורים" ונקיים מיונים העלולים לזהם את התהליך. עליכם לרשות את הפריטים הבאים:
- מים מזוקקים
- כמה קערות קטנות או צלוחיות
- מחבת למים רותחים
- כף מערבבת
הכנת גבישי אלום באמצעות אידוי: בהתבסס על החומר הקודם, עליכם לצפות כי מלכתחילה אתם מעוניינים שהתנאים יהיו נוחים ביותר להתמוססות של האלום שתוסיפו למים. אחרי הכל, ככל שתוכלו להרוות פתרון במהירות רבה יותר, כך תוכלו להתחיל את תהליך גידול הגבישים ברצינות.
התחל ברתיחה של כמות קטנה של מים (בערך 2 אונקיות נוזליות עד 4 אונקיות נוזלים, או בערך 100 מיליליטר), ואז תן לזה להתקרר מעט. התחל להוסיף אלום בכף וערבב בזהירות בין התוספות לתמיסה. המשך לעשות זאת בדרגות קטנות עד שלא יתמוסס יותר אלום. הפיתרון כעת רווי על.
לאחר מכן, שפכו מעט מהמים, בזהירות לא לכלול את האלום הלא מומס בתחתית התבנית. תנו לזה להתקרר בכוחות עצמו למשך כמה דקות ואז הכניסו את מה שנשאר בתבנית לקערות או לכלים, והניחו אותם במקרר.
זה ימקסם את שטח הפנים של התערובת ביחס לנפח שלה, ויקדם אידוי מהיר יותר של מים וצמיחה מואצת של גבישי אלום.
מעקב ושאלות למחקר: תתחיל לראות גבישים נוצרים תוך שעה-שעתיים, אך תהיה סבלני; אחרי יום תראו גבישים אמיתיים ותוך יומיים תהיה לכם תצוגת קריסטל.
מדוע אתה רואה גבישים בגדלים שונים באותה קערה או בין קערות? אילו תנאים מלבד טמפרטורה וריכוז עשויים לקדם את הצמדתם של מולקולות אלום זו לזו? האם היית מתאר כל אחד כזה אקראי?