Кристали су дуго били међу најфасцинантнијим облицима у свету природе, уметности и индустрије. Кад се сјетите те ријечи, можете замислити елегантан лустер за плесну дворану, комад кварца који сте пронашли или комаде соли.
Чак и без употребе микроскопа за испитивање финије структуре кристалних материјала, вероватно ћете бити погођени највише својим правилним угловима и осећајем да поштују строга правила док манифестују фантастичан низ облика.
У хемији је кристал материја која поприма кристални облик, готово увек чврста супстанца. Обележје ове врсте структуре је врста подјединице која се понавља, која је обично атомско језгро на средиште геометријске коцке и јони који носе различит набој постављени на угловима коцке или у средиштима ње стране.
Један од популарних ДИИ кристала у хемијским лабораторијама широм света је стипса. Рад са овим материјалом, који лако можете набавити у већини супермаркета, је одличан начин да се упознате са понашањем одређених раствора и уопште са стварањем кристала.
Шта су кристали?
Пре него што у потпуности разумете кристале, било би добро направити корак уназад и прегледати како класификују хемичари и физичари стања материје. Промена стања материје није промена хемијског састава супстанце (то јест, њени молекули се не мењају), већ промена физичког распореда материје.
Три стандардна стања материје су, у циљу повећања молекуларне кинетичке енергије, чврста, течна и гасни.
Када су молекули у облику чврсте супстанце, то значи да њихови молекули имају нижу укупну и просечну кинетичку енергију (КЕ) од иста количина те супстанце се налази у течном стању, које заузврат има нижи КЕ од гасовитог стања за то супстанца.
Често молекули у облику чврсте супстанце, чија језгра практично немају слободу кретања у односу једни на друге, формирају правилне, понављајуће обрасце зване решетке.
Док се ове мале (концептуалне, а не стварне) решетке простиру само на молекул или два, њихова својства се у великој мери протежу на свет „макро“. Кварц је, прегледом, сасвим очигледно „правилна“ врста стена, са оку угодним геометријским угловима и линијама; други кристали, многи од њих синтетички, хватају, одбијају и преламају светлост на визуелно привлачне начине и популарни су у накиту, архитектури и другде.
- Неки кристали постоје у течном стању на собној температури, попут диода са течним кристалима (ЛЦД) који се користи у неким модерним системима приказа.
Шта је решење?
Када се чврста супстанца са молекулима који се састоје од повезаних јона (наелектрисаних атома или молекула) стави у течност, везе чврста супстанца може бити сломљена, а саставни атоми или молекули чврсте супстанце могу се равномерно распршити по целој течност. Када је то случај, резултат се назива решењем; када је вода течност, назива се воденим раствором,
- У овом контексту, течност је а растварач, а чврста је а раствор.
Количина растворене супстанце која се може растворити у датој количини воде или другог растварача је, као што бисте и очекивали, коначна; у многим случајевима растворљивост дате супстанце у датом растварачу такође зависи од температуре на којој се одвија ова хемијска реакција.
Генерално, како температура расте, растворљивост се повећава, а како температура пада, растворљивост се смањује. То значи да се за одређену количину растворене супстанце раствор може формирати на једној температури, али чврст раствор може бити присутан на нижој температури.
У тачки у којој се више не може растворити раствор у раствору, раствор се назива засићен, и постоје услови за настанак кристала. Ако се дода више раствора (или, у неким случајевима, ако се раствор охлади), акумулира се више растворене супстанце како је раствор сада презасићен. Кристали сада почињу да настају као резултат повољних судара између молекула растворених супстанци у све гужвом раствору.
Стипса: Формула, чињенице и бројке
Стипса је користан кристал за учење о томе како настају ове чврсте супстанце, јер се изглед и раст кристала стипса могу лако произвести, контролисати и посматрати. Стипса се може односити на супстанцу са одређеном хемијском формулом или на класу хемикалија која укључује ово „водеће“ једињење. Хемикалија која најчешће носи назив „стипса“ заправо је калијум стипса.
Формула за калијум стипсу је КАл (СО4)2⋅12 Х.2О. То значи да молекул калијум алуминијум сулфата, КАл (СО4)2, окружен је са дванаест молекула воде да би се створила једна јединица кристалне решеткасте структуре. Али зато што метал у формули може бити нешто друго од калијума, први део хемијске формуле стипси може бити КЦр (СО4)2, КАл (СО4)2 или нешто друго.
Алум има молекулску тежину (МВ) од 477,4 грама (г). Тачка топљења је 93 ° Ц, близу тачке кључања воде од 100 ° Ц. То значи да ће поуздано остати у чврстом стању на собној температури, која је нормално у опсегу од 20 до 22 ° Ц. Производи беле до безбојне кристале. Није растворљив у етил алкохолу као у води и полихидроксил алкохолу глицерол.
Узгајање кристала стипса
Материјали: Стипсу можете пронаћи у одељку са зачинима већине супермаркета. Осим тога, све што вам треба је лако одржавати. Уверите се да је вода коју користите у ствари дестилована, тј. „Чиста“ и без јона који би могли контаминирати процес. На располагању би вам требали бити ови предмети:
- Дестилована вода
- Неколико малих чинија или тањирића
- Тава за кључање воде
- Кашика за мешање
Израда кристала стипса испаравањем: На основу претходног материјала, требало би да очекујете да за почетак желите да услови буду максимално повољни да се стипса коју додате у воду раствара. На крају, што брже можете да заситите и презасићите решење, то пре можете озбиљно започети процес кристалног узгоја.
Започните са кључањем мале количине воде (довољно је око 2 унци до 4 течне унце или око 100 милилитара), а затим пустите да се мало охлади. Почните додавати стипсу кашиком и пажљиво мешајте између додавања док се не раствори. Наставите то да радите у малим градацијама све док се више стипса не може растворити. Решење је сада презасићено.
Затим излијте мало воде, пазећи да не укључите нерастворени стипсу на дно посуде. Оставите да се само неколико минута охлади, а затим ставите оно што остане у шерпу у посуде или посуђе и ставите их у фрижидер.
Ово ће максимизирати површину смеше у односу на њену запремину, промовишући брже испаравање воде и убрзани раст кристала стипса.
Праћење и питања за проучавање: Кристале ћете почети да видите како настају за сат или два, али будите стрпљиви; након једног дана видећете праве кристале, а у року од два дана имаћете кристални дисплеј.
Зашто у истој посуди или између чинија видите кристале различитих величина? Који услови, осим температуре и концентрације, могу да промовишу везивање молекула стипси једни за друге? Да ли бисте описали било шта од тога као случајно?