Kristāli jau sen ir viena no aizraujošākajām formām dabas, mākslas un rūpniecības pasaulē. Kad jūs domājat par šo vārdu, varat attēlot elegantu balles lustru, sevis atrastu kvarca gabalu vai sāls gabalus.
Pat neizmantojot mikroskopu, lai pārbaudītu smalkāku kristālmateriālu struktūru, jūs, iespējams, esat satriekts lielākoties ar to regulārajiem leņķiem un apziņu, ka viņi ievēro stingrus noteikumus, vienlaikus parādot fantastisku kopumu formas.
Ķīmijā kristāls ir matērija, kas iegūst kristālisku formu, gandrīz vienmēr ir cieta viela. Šāda veida struktūras pazīme ir atkārtota veida apakšvienība, kas parasti ir atomu kodols. ģeometriskā klucīša centrs un joni ar citu lādiņu, kas novietoti klucīša stūros vai tā centrā sāniem.
Viens populārs DIY kristāls ķīmijas laboratorijās visā pasaulē ir alum. Darbs ar šo materiālu, kuru jūs viegli varat iegūt lielākajā daļā lielveikalu, ir lielisks veids, kā iepazīties ar noteiktu risinājumu uzvedību un kristālu veidošanos kopumā.
Kas ir kristāli?
Pirms jūs varat pilnībā novērtēt kristālus, ieteicams spert soli atpakaļ un pārskatīt, kā ķīmiķi un fiziķi klasificē
Trīs vielas standarta stāvokļi ir molekulārās kinētiskās enerģijas palielināšanas secībā: cieta, šķidra un gāze.
Ja molekulas ir cietas vielas formā, tas nozīmē, ka to molekulām ir mazāka kopējā un vidējā kinētiskā enerģija (KE) nekā tāds pats šīs vielas daudzums ir šķidrā stāvoklī, kam savukārt ir zemāks KE nekā gāzveida stāvoklī vielu.
Bieži vien molekulas cietās vielas formā, kuras kodoliem praktiski nav brīvas kustības attiecībā pret otru, veido regulārus, atkārtotus modeļus, ko sauc par režģiem.
Kaut arī šie mazie (konceptuālie, nevis faktiskie) režģi aptver tikai molekulu vai divas, to īpašības lielā mērā attiecas uz "makro" pasauli. Pārbaudot, kvarcs ir acīmredzami "parasts" klints, ar acīm patīkamiem ģeometriskiem leņķiem un līnijām; citi kristāli, no kuriem daudzi ir sintētiski, vizuāli pievilcīgi uztver, atstaro un lauž gaismu un ir populāri rotaslietās, arhitektūrā un citur.
- Daži kristāli pastāv šķidrā stāvoklī istabas temperatūrā, piemēram, šķidro kristālu diode (LCD), ko izmanto dažās mūsdienu displeja sistēmās.
Kas ir risinājums?
Kad cieta viela ar molekulām, kas sastāv no piesaistītiem joniem (lādētiem atomiem vai molekulām), tiek ievietota šķidrumā, cietā viela var sadalīties, un cietās vielas atomi vai molekulas var vienmērīgi izkliedēties visā šķidrums. Kad tas tā ir, rezultātu sauc par risinājumu; kad ūdens ir šķidrums, to sauc par ūdens šķīdumu,
- Šajā kontekstā šķidrums ir a šķīdinātājs, un cietais ir a izšķīdis.
Izšķīdušās vielas daudzums, nekā to var izšķīdināt noteiktā ūdens vai cita šķīdinātāja daudzumā, ir, kā jums vajadzētu sagaidīt, ierobežots; daudzos gadījumos noteiktas vielas šķīdība noteiktā šķīdinātājā ir atkarīga arī no temperatūras, kurā notiek šī ķīmiskā reakcija.
Parasti, paaugstinoties temperatūrai, šķīdība palielinās, un, samazinoties temperatūrai, šķīdība samazinās. Tas nozīmē, ka noteiktam izšķīdušās vielas daudzumam vienā temperatūrā var veidoties šķīdums, bet zemākā temperatūrā tas ir ciets.
Tajā brīdī, kad šķīdumā vairs nevar izšķīdināt izšķīdušo vielu, sauc šķīdumu piesātināts, un ir izveidoti apstākļi kristālu veidošanai. Ja tiek pievienots vairāk šķīduma (vai dažos gadījumos, ja šķīdums ir atdzesēts), šķīduma tagad uzkrājas vairāk pārsātināts. Kristāli tagad sāk veidoties, pateicoties labvēlīgām sadursmēm starp izšķīdušās molekulas arvien vairāk pārpildītajā šķīdumā.
Alum: formula, fakti un skaitļi
Alum ir noderīgs kristāls, lai uzzinātu, kā veidojas šīs cietās vielas, jo alum alumīnija kristālu izskatu un augšanu var viegli ražot, kontrolēt un novērot. Alum var apzīmēt vai nu vielu ar noteiktu ķīmisko formulu, vai ķīmisko vielu klasi, kas ietver šo "vadošo" savienojumu. Ķīmiskā viela, kuras nosaukums ir "alum", visbiežāk ir faktiski kālija alum.
Kālija alauna formula ir KAl (SO4)2~ 12 H2O. Tas nozīmē, ka kālija alumīnija sulfāta molekula KAl (SO4)2, to ieskauj divpadsmit ūdens molekulas, lai radītu vienu kristāliskā režģa struktūras vienību. Bet, tā kā metāls formulā var būt kaut kas cits, nevis kālijs, alumīnija ķīmiskās formulas pirmā daļa var būt KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 vai kaut kas cits.
Aluma molekulmasa (MW) ir 477,4 grami (g). Tā kušanas temperatūra ir 93 ° C, tuvu ūdens viršanas temperatūrai 100 ° C. Tas nozīmē, ka tas istabas temperatūrā droši saglabāsies cieta viela, kas parasti ir robežās no 20 līdz 22 ° C. Tas ražo baltus vai bezkrāsainus kristālus. Tas nešķīst etilspirtā, tāpat kā ūdenī un polihidroksilspirta glicerīnā.
Alumīna kristālu audzēšana
Materiāli: Alu jūs varat atrast lielāko daļu lielveikalu garšvielu sadaļā. Izņemot to, visu nepieciešamo ir viegli uzturēt. Pārliecinieties, ka izmantotais ūdens faktiski ir destilēts, t.i., "tīrs" un bez joniem, kas varētu piesārņot procesu. Jūsu rīcībā vajadzētu būt šādiem priekšmetiem:
- Destilēts ūdens
- Vairākas mazas bļodas vai apakštasītes
- Vāroša ūdens panna
- Maisīšanas karote
Alumīnija kristālu izgatavošana, iztvaicējot: Pamatojoties uz iepriekšējo materiālu, jums vajadzētu sagaidīt, ka vispirms jūs vēlaties, lai apstākļi būtu maksimāli labvēlīgi, lai izšķīdinātu ūdenim pievienoto alu. Galu galā, jo ātrāk jūs varat piesātināt un pārsātināt šķīdumu, jo ātrāk jūs varat nopietni sākt kristālu augšanas procesu.
Sāciet vārot nelielu daudzumu ūdens (pietiek ar apmēram 2 šķidruma uncēm līdz 4 šķidruma uncēm jeb apmēram 100 mililitriem) un tad ļaujot tam nedaudz atdzist. Sāciet alum pievienošanu ar karoti un uzmanīgi maisot starp papildinājumiem, līdz tas izšķīst. Turpiniet to darīt nelielās gradācijās, līdz vairs alum nevar izšķīst. Risinājums tagad ir pārsātināts.
Pēc tam izlejiet daļu ūdens, piesardzīgi neiekļaujot neizšķīdušo alūnu pannas apakšā. Ļaujiet tai pāris minūtes atdzist pats, pēc tam pannā vai traukos ielieciet pannā palikušos un ievietojiet tos ledusskapī.
Tas palielinās maisījuma virsmas laukumu attiecībā pret tā tilpumu, veicinot ātrāku ūdens iztvaikošanu un paātrinātu alumīnija kristālu augšanu.
Turpmākie pasākumi un jautājumi par pētījumu: Jūs sākat redzēt kristālu veidošanos stundas vai divu laikā, bet esiet pacietīgs; pēc dienas jūs redzēsiet īstus kristālus, un divu dienu laikā jums būs kristāla displejs.
Kāpēc vienā bļodā vai starp bļodām redzat dažāda lieluma kristālus? Kādi apstākļi, izņemot temperatūru un koncentrāciju, varētu veicināt alma molekulu piesaisti viens otram? Vai jūs aprakstītu kādu no šiem kā nejaušus?