Kristali že dolgo spadajo med najbolj fascinantne oblike v svetu narave, umetnosti in industrije. Ko pomislite na besedo, si lahko predstavljate eleganten plesni lestenec, kos kremena, ki ste ga našli, ali koščke soli.
Verjetno boste tudi brez uporabe mikroskopa za pregledovanje bolj fine strukture kristalnih materialov najbolj po svojih pravilnih kotih in občutku, da spoštujejo stroga pravila, medtem ko kažejo fantastično paleto oblike.
V kemiji je kristal snov, ki ima kristalno obliko, skoraj vedno trdna snov. Značilnost tovrstne strukture je ponavljajoča se podenota, ki je običajno atomsko jedro na središče geometrijske kocke in ioni, ki nosijo drugačen naboj, nameščeni na vogalih kocke ali v središčih njene kocke strani.
Eden izmed najbolj priljubljenih kristalov DIY v kemijskih laboratorijih po vsem svetu alum. Delo s tem materialom, ki ga zlahka dobite v večini supermarketov, je odličen način za seznanitev z vedenjem določenih raztopin in tvorbo kristalov na splošno.
Kaj so kristali?
Preden boste popolnoma razumeli kristale, je dobro stopiti korak nazaj in si ogledati, kako kemiki in fiziki klasificirajo
Tri standardna stanja snovi so v zaporedju naraščajoče molekularne kinetične energije trdna, tekoča in plin.
Ko so molekule v obliki trdne snovi, to pomeni, da imajo njihove molekule nižjo skupno in povprečno kinetično energijo (KE) kot enako količino te snovi dobimo v tekočem stanju, ki ima posledično nižjo KE od plinastega stanja snov.
Pogosto molekule v obliki trdne snovi, katerih jedra se tako rekoč nimajo svobode gibanja, tvorijo pravilne, ponavljajoče se vzorce, imenovane rešetke.
Medtem ko te majhne (konceptualne, ne dejanske) rešetke zajemajo le molekulo ali dve, se njihove lastnosti v veliki meri razširijo na "makro" svet. Na pregledu je kremen očitno "pravilna" vrsta kamnine z očem prijetnimi geometrijskimi koti in črtami; drugi kristali, mnogi med njimi sintetični, zajemajo, odbijajo in lomijo svetlobo na vizualno privlačne načine in so priljubljeni v nakitu, arhitekturi in drugod.
- Nekateri kristali obstajajo v tekočem stanju pri sobni temperaturi, na primer dioda iz tekočih kristalov (LCD), ki se uporablja v nekaterih sodobnih prikaznih sistemih.
Kaj je rešitev?
Ko se trdna snov z molekulami, ki so sestavljene iz vezanih ionov (nabitih atomov ali molekul), postavi v tekočino, se vezi trdna snov se lahko zlomi in sestavni atomi ali molekule trdne snovi se lahko enakomerno razpršijo po celotni tekočina. V tem primeru se rezultat imenuje rešitev; ko je voda tekočina, se imenuje vodna raztopina,
- V tem kontekstu je tekočina a topilo, in trdna snov je a topljen.
Količina topljene snovi, ki jo je mogoče raztopiti v določeni količini vode ali drugega topila, je, kot bi morali pričakovati, končna; v mnogih primerih je topnost dane snovi v določenem topilu odvisna tudi od temperature, pri kateri poteka ta kemična reakcija.
Na splošno se s povečanjem temperature topnost poveča, s padanjem temperature pa se topnost zmanjša. To pomeni, da lahko pri dani količini topljene snovi raztopina nastane pri eni temperaturi, vendar je trdna snov prisotna pri nižji temperaturi.
Na točki, na kateri se v raztopini ne more raztopiti več topljene snovi, se razkliče raztopina nasičena, in vzpostavljeni so pogoji za nastanek kristalov. Če dodamo več raztopine (ali, v nekaterih primerih, če raztopino ohladimo), se več raztopljene snovi nabere, ko je raztopina zdaj prenasičena. Kristali se zdaj začnejo tvoriti kot posledica ugodnih trkov med molekulami topljene snovi v vedno bolj natrpani raztopini.
Alum: Formula, dejstva in številke
Alum je koristen kristal za učenje o tem, kako nastajajo te trdne snovi, saj je videz in rast kristalov alum lahko enostavno proizvesti, nadzorovati in opazovati. Alum se lahko nanaša na snov s posebno kemijsko formulo ali na razred kemikalij, ki vključuje to "vodilno" spojino. Kemikalija, ki se najpogosteje imenuje alum, je pravzaprav kalijev alum.
Formula za kalijev alum je KAl (SO4)2~ 12 H2O. To pomeni, da je molekula kalijevega aluminijevega sulfata KAl (SO4)2, je obdan z dvanajstimi molekulami vode, da ustvari eno enoto kristalne mrežaste strukture. Ker pa je kovina v formuli lahko kaj drugega kot kalij, je prvi del kemične formule aluma KCr (SO4)2, KAl (SO4)2 ali kaj drugega.
Alum ima molekulsko maso (MW) 477,4 grama (g). Ima tališče 93 ° C, blizu vrelišča vode 100 ° C. To pomeni, da bo pri sobni temperaturi, ki je običajno v območju od 20 do 22 ° C, zanesljivo ostal trdna snov. Proizvaja bele do brezbarvne kristale. Ni topen v etilnem alkoholu, kot v vodi in polihidroksil alkoholu glicerolu.
Gojenje kristalov alum
Materiali: Alum lahko najdete v oddelku z začimbami v večini supermarketov. Razen tega je vse, kar potrebujete, enostavno vzdrževati. Prepričajte se, da je voda, ki jo uporabljate, v resnici destilirana, torej "čista" in brez ionov, ki bi lahko onesnažili postopek. Na razpolago bi morali biti ti predmeti:
- Destilirana voda
- Več majhnih skled ali krožnikov
- Posoda za vrelo vodo
- Mešalna žlica
Izdelava kristalov aluma z izhlapevanjem: Glede na predhodni material bi morali pričakovati, da želite za začetek čim bolj ugodne razmere, da se alum, ki ga dodate v vodo, raztopi. Konec koncev, hitreje kot lahko nasičite in prenasičite raztopino, prej lahko resno začnete postopek kristalizacije.
Najprej zavremo majhno količino vode (dovolj je približno 2 unci do 4 unče ali približno 100 mililitrov) in nato pustimo, da se malo ohladi. Začnite dodajati alum z žlico in med dodajanjem previdno mešajte, dokler se ne raztopi. To delajte v majhnih gradacijah, dokler se noben alum ne more raztopiti. Rešitev je zdaj prenasičena.
Nato odlijemo nekaj vode, pri čemer pazimo, da na dno posode ne vključimo neraztopljenega alum. Pustite, da se nekaj minut samostojno ohladi in nato, kar ostane v posodi, postavite v sklede ali posode in jih postavite v hladilnik.
To bo povečalo površino mešanice glede na njen volumen, kar bo spodbudilo hitrejše izhlapevanje vode in pospešeno rast kristalov alum.
Nadaljevanje in vprašanja za študij: Kristali boste začeli videti v eni uri ali dveh, vendar bodite potrpežljivi; po enem dnevu boste videli prave kristale in v dveh dneh boste imeli kristalni zaslon.
Zakaj v isti skledi ali med skledami vidite kristale različnih velikosti? Kateri pogoji, razen temperature in koncentracije, lahko spodbujajo navezanost molekul aluma med seboj? Bi katero od teh opisal kot naključno?
