Kristalai jau seniai yra viena iš patraukliausių formų gamtos, meno ir pramonės pasaulyje. Pagalvoję apie žodį, galite pavaizduoti elegantišką pramoginės salės sietyną, savo rastą kvarco gabalėlį ar druskos gabaliukus.
Net nenaudojant mikroskopo, norint ištirti smulkesnę kristalinių medžiagų struktūrą, tikriausiai esate nustebęs dažniausiai jų taisyklingais kampais ir jausmu, kad jie laikosi griežtų taisyklių, tuo pačiu išreikšdami fantastišką masyvą formos.
Chemijoje kristalas yra materija, įgaunanti kristalinę formą, beveik visada kietą. Šios struktūros skiriamasis ženklas yra pasikartojantis rūšies subvienetas, kuris paprastai yra atomo branduolys geometrinio kubo centras ir kitokį krūvį turintys jonai, išdėstyti kubo kampuose arba jo centruose šonus.
Vienas populiarus „pasidaryk pats“ kristalas chemijos laboratorijose visame pasaulyje yra alūnas. Darbas su šia medžiaga, kurią galite lengvai įsigyti daugelyje prekybos centrų, yra puikus būdas susipažinti su tam tikrų sprendimų elgsena ir kristalų susidarymu apskritai.
Kas yra kristalai?
Prieš pradedant visiškai įvertinti kristalus, verta žengti žingsnį atgal ir peržiūrėti, kaip chemikai ir fizikai klasifikuoja materijos būsenos. Medžiagos būsenos pokytis nėra cheminės medžiagos sudėties pokytis (tai yra, jos molekulės nesikeičia), bet keičiasi fizinis materijos išsidėstymas.
Trys standartinės materijos būsenos yra molekulinės kinetinės energijos didėjimo tvarka: kietas, skystas ir dujos.
Kai molekulės yra kietos medžiagos, tai reiškia, kad jų molekulėse bendra ir vidutinė kinetinė energija (KE) yra mažesnė nei tas pats tos medžiagos kiekis yra skystoje būsenoje, o tai savo ruožtu pasižymi mažesne KE nei dujinė būsena medžiaga.
Dažnai kietojo kūno formos molekulės, kurių branduoliai praktiškai neturi laisvės judėti vienas kito atžvilgiu, formuoja taisyklingus, pasikartojančius modelius, vadinamus grotelėmis.
Nors šios mažos (konceptualios, o ne realios) grotelės apima tik molekulę ar dvi, jų savybės daugiausia apima „makro“ pasaulį. Patikrinus, kvarcas akivaizdžiai yra „įprasta“ uola, pasižyminti akiai maloniais geometriniais kampais ir linijomis; kiti kristalai, daugelis iš jų yra sintetiniai, vizualiai patrauklūs, fiksuoja, atspindi ir laužo šviesą ir yra populiarūs papuošaluose, architektūroje ir kitur.
- Kai kurie kristalai kambario temperatūroje yra skysti, pavyzdžiui, skystųjų kristalų diodas (LCD), naudojamas kai kuriose šiuolaikinėse vaizdavimo sistemose.
Kas yra sprendimas?
Kai kietoji medžiaga su molekulėmis, susidedančiomis iš sujungtų jonų (įkrautų atomų ar molekulių), dedama į skystį, kietoji medžiaga gali būti suskaidyta, o ją sudarantys atomai ar molekulės gali tolygiai pasklisti po visą skystas. Kai taip yra, rezultatas vadinamas sprendimu; kai vanduo yra skystis, vadinamas vandeniniu tirpalu,
- Šiame kontekste skystis yra a tirpiklis, o kietasis yra a ištirpęs.
Tirpalo kiekis, kurį galima ištirpinti tam tikrame vandens ar kito tirpiklio kiekyje, yra, kaip ir turėtumėte tikėtis, ribotas; daugeliu atvejų tam tikros medžiagos tirpumas tam tikrame tirpiklyje priklauso ir nuo temperatūros, kurioje vyksta ši cheminė reakcija.
Apskritai, kylant temperatūrai, tirpumas didėja, o temperatūrai krentant, tirpumas mažėja. Tai reiškia, kad tam tikram ištirpusio tirpalo kiekiui tirpalas gali susidaryti vienoje temperatūroje, tačiau kietasis mano gali būti žemesnėje temperatūroje.
Toje vietoje, kur tirpale daugiau neištirpusios medžiagos negalima ištirpinti, vadinamas tirpalas prisotintasir yra sąlygos kristalams susidaryti. Jei pridedama daugiau tirpalo (arba, kai kuriais atvejais, jei tirpalas atvėsinamas), tirpalo dabar kaupiasi daugiau persotinta. Kristalai dabar pradeda formuotis dėl palankių ištirpusių medžiagų molekulių susidūrimo vis gausesniame tirpale.
Alum: formulė, faktai ir skaičiai
Alum yra naudingas kristalas, skirtas sužinoti, kaip susidaro šios kietosios medžiagos, nes alūno kristalų išvaizdą ir augimą galima lengvai gaminti, kontroliuoti ir stebėti. Alum gali reikšti arba medžiagą, turinčią specifinę cheminę formulę, arba cheminių medžiagų klasę, kuriai priklauso šis „pavyzdinis“ junginys. Cheminė medžiaga, pavadinta „alūno“, dažniausiai yra iš tikrųjų kalio alūnas.
Kalio alūno formulė yra KAl (SO4)2~ 12 H2O. Tai reiškia, kad kalio aliuminio sulfato molekulė KAl (SO4)2, apsuptas dvylikos vandens molekulių, kad susidarytų vienas kristalinės gardelės struktūros vienetas. Bet kadangi formulėje esantis metalas gali būti kažkas, išskyrus kalį, pirmoji alūno cheminės formulės dalis gali būti KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 ar kažkas kita.
Aliumo molekulinė masė (MW) yra 477,4 g (g). Jo lydymosi temperatūra yra 93 ° C, artima vandens virimo temperatūrai - 100 ° C. Tai reiškia, kad kambario temperatūroje ji paprastai išliks kieta medžiaga, kuri paprastai yra 20–22 ° C. Iš jo gaunami balti arba bespalviai kristalai. Jis netirpsta etilo alkoholyje, kaip vandenyje ir polihidroksilo alkoholio glicerolyje.
Augantys aliuminio kristalai
Medžiagos: Alūno galite rasti daugumos prekybos centrų prieskonių skyriuje. Be to, viską, ką jums reikia, lengva prižiūrėti. Įsitikinkite, kad naudojamas vanduo iš tikrųjų yra distiliuotas, ty „grynas“ ir be jonų, kurie galėtų užteršti procesą. Savo žinioje turėtumėte turėti šiuos daiktus:
- Distiliuotas vanduo
- Keli maži dubenėliai ar lėkštės
- Keptuvė verdančiam vandeniui
- Maišomas šaukštas
Aliuminio kristalų gaminimas garinant: Remdamiesi ankstesne medžiaga, turėtumėte tikėtis, kad pirmiausia norėsite, kad sąlygos, kurios būtų kuo geresnės, kad ištirptų į vandenį įpilamas alūnas. Galų gale, kuo greičiau galite prisotinti ir persotinti tirpalą, tuo greičiau galėsite rimtai pradėti kristalų auginimo procesą.
Pradėkite užvirdami nedidelį kiekį vandens (pakanka maždaug 2 skysčio uncijos iki 4 skysčio uncijos arba maždaug 100 mililitrų) ir tada šiek tiek atvėsinkite. Pradėkite alūną šaukštu ir atsargiai maišykite, kol jis ištirps. Darykite tai mažomis gradacijomis, kol daugiau aliuminis neištirps. Tirpalas dabar perpildytas.
Tada užpilkite šiek tiek vandens, būkite atsargūs, kad keptuvės dugne nebūtų ištirpusio alūno. Leiskite tai keletą minučių pats atvėsti, tada įdėkite tai, kas liko keptuvėje, į dubenėlius ar indus ir padėkite juos į šaldytuvą.
Tai maksimaliai padidins mišinio plotą, palyginti su jo tūriu, skatindama greitesnį vandens garavimą ir spartesnį alūno kristalų augimą.
Tolesni veiksmai ir klausimai studijoms: Per valandą ar dvi pradėsite matyti kristalų susidarymą, tačiau būkite kantrūs; po dienos pamatysite tikrus kristalus, o per dvi dienas - kristalų ekraną.
Kodėl viename dubenyje arba tarp dubenėlių matote skirtingų dydžių kristalus? Kokios sąlygos, išskyrus temperatūrą ir koncentraciją, gali skatinti alūno molekulių prisijungimą viena prie kitos? Ar apibūdintumėte bet kurį iš jų kaip atsitiktinius?