クリスタル 自然、芸術、産業の世界で最も魅力的な形の1つです。 この言葉を思い浮かべると、エレガントなボールルームのシャンデリア、自分で見つけたクォーツ、塩のかけらを想像するかもしれません。
顕微鏡を使って結晶材料の微細構造を調べなくても、おそらく打たれるでしょう ほとんどの場合、通常の角度と、厳格なルールに従いながら、 形。
化学では、結晶は結晶形をとる物質であり、ほとんどの場合固体です。 この種の構造の特徴は、ある種の繰り返しサブユニットであり、これは通常、 幾何学的な立方体の中心と、立方体の角またはその中心に配置された異なる電荷を運ぶイオン 側面。
世界中の化学実験室で人気のあるDIYクリスタルの1つは ミョウバン. ほとんどのスーパーマーケットで簡単に入手できるこの材料を使用することは、特定の溶液の挙動と一般的な結晶の形成に精通するための優れた方法です。
クリスタルとは？
結晶を十分に理解する前に、一歩下がって、化学者と物理学者がどのように分類しているかを確認することをお勧めします。 物質の状態。 物質の状態の変化は、物質の化学組成の変化ではなく（つまり、その分子は変化しません）、物質の物理的配置の変化です。
物質の3つの標準状態は、分子運動エネルギーの昇順で、 固体、液体 そして ガス.
分子が固体の形である場合、それはそれらの分子がより低い総および平均運動エネルギー（KE）を持っていることを意味します その物質の同じ量が液体状態で行われ、それは次にそのための気体状態よりも低いKEを特徴とします 物質。
多くの場合、固体の形をした分子は、その核が互いに関連して動き回る自由が事実上ないため、格子と呼ばれる規則的な繰り返しパターンを形成します。
これらの小さな（実際ではなく概念的な）格子は1つまたは2つの分子にしか及びませんが、それらの特性は主に「マクロ」の世界にまで及びます。 クォーツは、検査すると、明らかに「通常の」種類の岩であり、目を楽しませてくれる幾何学的な角度と線があります。 他の結晶は、それらの多くが視覚的に魅力的な方法で光を合成、捕捉、反射、屈折し、宝石、建築、その他の場所で人気があります。
- いくつかの結晶は、室温で液体状態で存在します。 液晶ダイオード （LCD）一部の最新のディスプレイシステムで使用されています。
解決策とは何ですか？
結合したイオン（荷電原子または分子）からなる分子を含む固体を液体に入れると、 固体が破壊され、固体物質の構成原子または分子が全体に均一に分散する可能性があります。 液体。 この場合、結果はソリューションと呼ばれます。 水が液体の場合、水溶液と呼ばれ、
- この文脈では、液体は 溶媒、 固体は 溶質.
与えられた量の水または他の溶媒に溶解できる溶質の量は、当然のことながら有限です。 多くの場合、特定の溶媒への特定の物質の溶解度は、この化学反応が発生している温度にも依存します。
一般に、温度が上昇すると溶解度が増加し、温度が低下すると溶解度が低下します。 これは、一定量の溶質に対して、ある温度では溶液が形成される可能性があるが、より低い温度では固体が存在する可能性があることを意味します。
これ以上溶質が溶液に溶解できなくなった時点で、その溶液はと呼ばれます。 飽和、および結晶形成が発生するための条件が整っている。 より多くの溶液が追加された場合（または、場合によっては、溶液が冷却された場合）、溶液が現在のように、より多くの溶質が蓄積します 過飽和. 結晶は、ますます混雑する溶液中の溶質分子間の好ましい衝突の結果として形成され始めます。
ミョウバン：公式、事実、数字
ミョウバン ミョウバン結晶の外観と成長は簡単に生成、制御、観察できるため、これらの固体がどのように形成されるかを学ぶのに役立つ結晶です。 ミョウバンは、特定の化学式を持つ物質、またはこの「フラッグシップ」化合物を含む化学物質のクラスのいずれかを指します。 「ミョウバン」という名前で最も一般的に使われている化学物質は、実際には カリウムミョウバン.
カリウムミョウバンの式はKAl（SO4)2⋅12H2O。 これは、カリウムアルミニウム硫酸塩の分子、KAl（SO4)2は、12個の水分子に囲まれて1単位の結晶格子構造を生成します。 しかし、式の金属はカリウム以外のものである可能性があるため、ミョウバンの化学式の最初の部分はKCr（SO4)2、KAl（SO4)2 または、他の何か。
ミョウバンの分子量（MW）は477.4グラム（g）です。 融点は93°Cで、水の沸点は100°Cに近いです。 これは、通常20〜22°Cの範囲の室温で確実に固体を維持することを意味します。 白から無色の結晶を生成します。 水やポリヒドロキシルアルコールグリセリンのようにエチルアルコールには溶けません。
成長するミョウバンの結晶
材料： あなたはほとんどのスーパーマーケットのスパイスセクションでミョウバンを見つけることができます。 それ以外は、必要なものはすべて簡単に保守できます。 使用する水が実際に蒸留されていること、つまり「純粋」であり、プロセスを汚染する可能性のあるイオンがないことを確認してください。 これらのアイテムを自由に使用できるようにする必要があります。
- 蒸留水
- いくつかの小さなボウルまたはソーサー
- 沸騰したお湯の鍋
- かき混ぜるスプーン
蒸発によるミョウバン結晶の作成：前述の資料に基づいて、最初に、水に追加したミョウバンが溶解するのに最大限に有利な条件が必要であることを期待する必要があります。 結局のところ、溶液をより早く飽和および過飽和にできるほど、本格的に結晶成長のプロセスを開始することができます。
少量の水を沸騰させ（約2液量オンスから4液量オンス、または約100ミリリットルで十分です）、次に少し冷まします。 スプーン一杯でミョウバンの追加を開始し、溶解するまで追加の合間に注意深くかき混ぜます。 ミョウバンが溶けなくなるまで、これを小さなグラデーションで続けます。 これで、ソリューションは過飽和になりました。
次に、鍋の底に溶けていないミョウバンが含まれないように注意しながら、水の一部を注ぎます。 これを数分間自然に冷ましてから、鍋に残っているものをボウルまたは皿に入れ、冷蔵庫に入れます。
これは、その体積に関連して混合物の表面積を最大化し、水のより速い蒸発とミョウバン結晶の加速された成長を促進します。
研究のためのフォローアップと質問： 1、2時間以内に結晶が形成されるのがわかりますが、しばらくお待ちください。 1日後、本物のクリスタルが表示され、2日以内にクリスタルが表示されます。
同じボウルの中やボウルの間に異なるサイズの結晶が見えるのはなぜですか？ 温度と濃度以外のどのような条件がミョウバン分子の相互の付着を促進する可能性がありますか？ これらのいずれかをランダムとして説明しますか？