Kryštály už dlho patria k najfascinujúcejším tvarom vo svete prírody, umenia a priemyslu. Keď na slovo spomeniete, môžete si predstaviť elegantný spoločenský luster, kúsok kremeňa, ktorý ste našli, alebo kúsky soli.
Pravdepodobne vás zasiahne aj bez použitia mikroskopu na preskúmanie jemnejšej štruktúry kryštálových materiálov najviac svojimi pravidelnými uhlami a pocitom, že dodržiavajú prísne pravidlá a zároveň prejavujú fantastickú škálu tvary.
V chémii je kryštál hmotou, ktorá nadobúda kryštalickú formu, takmer vždy tuhú. Charakteristickým znakom tohto druhu štruktúry je opakujúca sa podjednotka, ktorá je zvyčajne atómovým jadrom na stred geometrickej kocky a ióny nesúce odlišný náboj umiestnené v rohoch kocky alebo v jej stredoch bočné strany.
Jeden populárny DIY kryštál v chemických laboratóriách po celom svete je kamenec. Práca s týmto materiálom, ktorý ľahko získate vo väčšine supermarketov, je skvelým spôsobom, ako sa oboznámiť so správaním určitých roztokov a so všeobecnou tvorbou kryštálov.
Čo sú to kryštály?
Predtým, ako budete môcť úplne oceniť kryštály, je dobré urobiť krok späť a skontrolovať, ako chemici a fyzici zaraďujú stavy hmoty. Zmena skupenstva hmoty nie je zmenou chemického zloženia látky (to znamená, že sa nemenia jej molekuly), ale zmenou fyzikálneho usporiadania látky.
Tri štandardné stavy hmoty sú, v poradí zvyšovania molekulárnej kinetickej energie, tuhý, tekutý a plyn.
Ak sú molekuly vo forme pevnej látky, znamená to, že ich molekuly majú nižšiu celkovú a priemernú kinetickú energiu (KE) ako rovnaké množstvo tejto látky v kvapalnom skupenstve, ktoré má zase nižšie KE ako plynné skupenstvo látka.
Molekuly vo forme pevnej látky, ktorých jadrá sa navzájom takmer vôbec nepohybujú, často tvoria pravidelné a opakujúce sa vzorce nazývané mriežky.
Zatiaľ čo tieto malé (koncepčné, nie skutočné) mriežky pokrývajú iba molekulu alebo dve, ich vlastnosti siahajú do veľkej miery do „makrosveta“. Kremeň je pri kontrole celkom zjavne „bežným“ druhom skaly s oku lahodiacimi geometrickými uhlami a líniami; iné kryštály, mnohé z nich syntetické, zachytávajú, odrážajú a lámu svetlo vizuálne príťažlivým spôsobom a sú populárne v klenotníctve, architektúre a inde.
- Niektoré kryštály existujú v tekutom stave pri izbovej teplote, napríklad dióda z tekutých kryštálov (LCD) používaný v niektorých moderných zobrazovacích systémoch.
Čo je to riešenie?
Keď je pevná látka s molekulami, ktoré pozostávajú z viazaných iónov (nabité atómy alebo molekuly), umiestnená v kvapaline, väzby tuhá látka sa môže rozbiť a základné atómy alebo molekuly tuhej látky sa môžu rovnomerne rozptýliť po celej molekule tekutý. V takom prípade sa výsledok nazýva riešenie; keď je voda kvapalina, nazýva sa to vodný roztok,
- V tejto súvislosti je kvapalinou a solventný, a tuhá látka je a rozpustená látka.
Množstvo rozpustenej látky, ktoré je možné rozpustiť v danom množstve vody alebo iného rozpúšťadla, je, ako by ste čakali, konečné; v mnohých prípadoch rozpustnosť danej látky v danom rozpúšťadle závisí aj od teploty, pri ktorej k tejto chemickej reakcii dochádza.
Všeobecne platí, že keď teplota stúpa, zvyšuje sa rozpustnosť a so znižovaním teploty sa rozpustnosť znižuje. To znamená, že pre dané množstvo rozpustenej látky sa môže vytvoriť roztok pri jednej teplote, ale tuhý môže byť prítomný pri nižšej teplote.
V okamihu, keď už nie je možné rozpustiť viac rozpustenej látky v roztoku, sa roztok nazýva nasýtenýa sú vytvorené podmienky na vytvorenie kryštálu. Ak sa pridá viac roztoku (alebo v niektorých prípadoch ak sa roztok ochladí), hromadí sa viac rozpustenej látky, aká je teraz. presýtený. Kryštály sa teraz začali formovať v dôsledku priaznivých kolízií medzi molekulami rozpustenej látky v stále preplnenejšom roztoku.
Kamenec: Vzorec, fakty a čísla
Kamenec je užitočný kryštál na spoznávanie toho, ako tieto pevné látky vznikajú, pretože vzhľad a rast kryštálov kamence možno ľahko vyrobiť, riadiť a pozorovať. Kamenec môže označovať buď látku s konkrétnym chemickým vzorcom, alebo triedu chemikálií, ktorá obsahuje túto „vlajkovú loď“. Chemická látka, ktorá sa najčastejšie nazýva „kamenec“, je v skutočnosti kamenec draselný.
Vzorec pre kamenec draselný je KAl (SO4)2⋅12 H2O. To znamená, že molekula síranu hlinito-draselného, KAl (SO4)2, je obklopený dvanástimi molekulami vody, aby vytvoril jednu jednotku štruktúry kryštalickej mriežky. Ale pretože kov vo vzorci môže byť niečo iné ako draslík, prvá časť chemického vzorca kamence môže byť KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 alebo niečo iné.
Kamenec má molekulovú hmotnosť (MW) 477,4 gramu (g). Má teplotu topenia 93 ° C, blízko bodu varu vody 100 ° C. To znamená, že spoľahlivo zostane tuhá látka pri izbovej teplote, ktorá je bežne v rozmedzí od 20 do 22 ° C. Produkuje biele až bezfarebné kryštály. Nie je rozpustný v etylalkohole, ako je to vo vode a polyhydroxylalkohole glycerole.
Rastúce kamencové kryštály
Materiály: Kamenec nájdete vo väčšine supermarketov v sekcii s korením. Okrem toho je všetko, čo potrebujete, ľahká údržba. Uistite sa, že voda, ktorú používate, je v skutočnosti destilovaná, tj. „Čistá“ a bez iónov, ktoré by mohli kontaminovať proces. Mali by ste mať k dispozícii tieto položky:
- Destilovaná voda
- Niekoľko malých misiek alebo tanierikov
- Panvica na varenie vody
- Lyžica na miešanie
Výroba kryštálov kamenca odparením: Na základe predchádzajúceho materiálu by ste mali očakávať, že od začiatku chcete, aby podmienky boli maximálne priaznivé pre rozpustenie kamenca, ktorý pridáte do vody. Koniec koncov, čím rýchlejšie môžete nasýtiť a presýtiť riešenie, tým skôr môžete začať proces pestovania krištáľov naozaj vážne.
Začnite varením malého množstva vody (postačujú asi 2 unce na 4 unce alebo asi 100 mililitrov) a potom ho nechajte trochu vychladnúť. Začnite pridávať kamenec po lyžiciach a opatrne medzi jednotlivými prídavkami miešajte, kým sa nerozpustí. Robte to v malých stupňoch, kým sa už kamenec nerozpustí. Riešenie je teraz presýtené.
Ďalej vylejte časť vody, pričom buďte opatrní, aby ste do spodnej časti panvice nezahrnuli nerozpustený kamenec. Nechajte to niekoľko minút samostatne vychladnúť a potom to, čo zostane na panvici, vložte do misiek alebo riadu a vložte do chladničky.
Takto sa maximalizuje povrchová plocha zmesi v pomere k jej objemu, čo podporuje rýchlejšie odparovanie vody a rýchlejší rast kryštálov kamenca.
Následné kroky a otázky týkajúce sa štúdia: Začnete vidieť, ako sa kryštály tvoria do hodiny alebo dvoch, ale buďte trpezliví; po dni uvidíte skutočné kryštály a do dvoch dní budete mať krištáľový displej.
Čím to je, že v jednej miske alebo medzi miskami vidíte kryštály rôznych veľkostí? Aké podmienky iné ako teplota a koncentrácia môžu podporovať vzájomné pripojenie molekúl kamenca? Popísali by ste niektorú z nich ako náhodnú?