Наукове дослідження може отримати компенсацію за допомогою партнерських посилань у цій статті.
Будемо відвертими: наукові експерименти не зовсім відомі тим, що вони гарні. Зрозуміло, що вчені більше дбають про те, що вони робили під час експерименту та про те, що вони дізналися - а це означає, що ваша домашня наукова лабораторія, мабуть, не зовсім гідна TikTok.
Але якщо ви прагнете наукового проекту, який приємний як в освітньому, так і в естетичному плані, виготовлення кришталю - це ваше варення. Набори для виготовлення кришталю вдома роблять процес надзвичайно простим і навіть можуть бути використані для веселих декорацій.
Готові спробувати? Читайте далі, щоб дізнатися все про кристали, як вирощувати їх вдома за допомогою набору для вирощування кристалів та інші наукові експерименти, які ви, можливо, захочете спробувати.
По-перше, що таке кристал?
Простіше кажучи, кристали - це тверді речовини, які мають стандартну і задану геометричну форму. Простіше кажучи, це речовина, атоми якої організовані в єдину геометричну форму.
Погляньте на хімічну структуру кристала, і ви побачите щось на зразок сітки, де атоми розташовані повторно. У міру розширення цього малюнка він з часом утворює кристалічну форму.
Існує чотири основних типи:
- Іонні кристали:Як випливає з назви, вони походять від позитивно і негативно заряджених іонів. Кристалічна структура утримується на місці за допомогою іонних зв’язків. Деякі приклади включають кухонну сіль
- Кристали ковалентної мережі:Вони складаються з атомів, утворених ковалентними зв’язками. Одним із прикладів є алмази, виготовлені з ковалентно зв’язаних атомів вуглецю, залучених у певну структуру.
- Металеві кристали:Металеві кристали виготовляються з атомів металу, як чистий натрій, розташованих у кристалічну структуру.
- Молекулярні кристали:Вони мають кристалічну структуру, утворену з молекул. Класичний приклад - лід: Н20 заморожений в кристалічну структуру.
Як утворюються кристали?
Кристали є по всій природі - і навіть у наших клітинах і тканинах. Але оскільки кристалічні наукові набори мають справу з іонними кристалами, ми зупинимось на тому, як вони утворюються.
Кристали створюються, коли розчин, що містить іони, починає охолоджуватися. Згадайте, коли ви дізналися про це насичені розчини. Ви знаєте, що розчини можуть містити лише певну кількість розчиненої речовини, і чим тепліший розчин, тим більше розчиненої речовини ви можете розчинити в ньому.
Отже, коли розчин охолоджується, він не може вмістити стільки іонів. Коли стає холодніше, стає перенасичений - і врешті-решт іони починають випадати в осад. Ці іони можуть закріплюватися на будь-якій шорсткій поверхні - навіть шматочку пилу - і починати утворювати кристал. І оскільки розчин продовжує охолоджуватися, і все більше іонів випадає в осад, кристали стають все більшими і більшими, поки зрештою ви не побачите їх неозброєним оком.
Що надає кристалам їх форми?
Форма кристала залежить від типу іонів, які він містить, і від того, як ці іони взаємодіють між собою.
Найпростіше пояснити на прикладі, тому давайте розглянемо кухонну сіль на секунду. Поварена сіль складається з двох типів іонів - натрію та хлориду - які сортуються у формі куба. Ось як це виглядає на мікроскопічному рівні:
•••ttsz / iStock / GettyImages
Як бачите, атоми натрію та хлориду сортуються по черзі: кожен іон натрію оточений іоном хлориду і навпаки. Отже, якщо ви подивитеся на чисту кухонну сіль під мікроскопом, ви побачите купу кристалів у формі куба.
Але не завжди кристал утворює кубики. Залежно від атомів, з яких складається кристал, він може утворювати кілька форм.
•••Даніель Гризель / Стоун / GettyImages
Перевірте цей блакитний кристал. Це явно не куб. Це тому, що його хімічні атоми утворюють гексагональний кристал - форму шестикутника із загостреним кінчиком. Цей зразок має кілька кристалічних структур, які утворилися навколо один одного, саме таким чином ви отримуєте той «загострений» вигляд.
Звичайно, різні типи кристалів можуть утворювати ще більш складні структури. Подумайте про ДНК, складний приклад молекулярної кристалічної структури. Він утворює форму подвійної спіралі - далеко від куба, утвореного кухонною сіллю.
У домашніх наукових експериментах з вирощування кристалів зазвичай використовують кухонну сіль, тож можна очікувати, що ви побачите кубоподібні структури.
•••Deepwoodsgoodsshop
Як зробити власний експеримент із вирощування кристалів
Зробити власні кристали вдома легко, якщо ви використовуєте набір. Ми любимо цей набір для вирощування кристалів, оскільки це безпечно і легко зробити, і дозволяє спостерігати два різні типи кристалічних утворень.
Це тому, що набір дозволяє вирощувати кристали солі на двох різних поверхнях. Один дозволяє вирощувати кристали на вуглецевих шматках. У міру утворення кристалів вони будуть рости по всій поверхні вуглецю, створюючи покриту кристалом гірську породу.
Інший дозволяє вирощувати кристали на маленькій бавовні. Шорсткі поверхні мотузки створюють ідеальне місце для утворення кристалів. По мірі зростання кристалічної структури він починає розгалужуватися. Тож ви отримаєте деревоподібну форму із мотузковим «стовбуром» та кришталевими «гілками».
В обох випадках формування кристалів вимагає часу. Але ви почнете бачити прогрес через кілька годин, і ваші прекрасні кристали виростуть через два-три дні. Після утворення кристали стають крихкими. Але встановлення їх на місці прозорим лаком для нігтів або лаком для волосся може допомогти їм зберегти форму.
Любите вирощувати кристали? Спробуйте ці інші наукові заходи!
Якщо ви любите кристали та геологію (а це вивчення гірських порід, до речі), вам сподобаються ці інші експерименти з вивчення кристалів та дорогоцінних каменів.
•••Амазонка
Проведіть власну кришталеву копанку
Археологи є експертами з розкопок історичних місць - і ви робите власну версію розкопки вдома. Це набір кристалів для дорогоцінних каменів - містить 20 різних видів мінералів, таких як кварц та тигрове око, а також інструменти для їх викопування з місця копання.
•••Амазонка
Розкрийте деякі геоди
Геоди виглядають як звичайні гірські породи - поки ви їх не розкриєте і не побачите кристали, що ростуть всередині. Цей геодезичний комплект від National Geographic поставляється з 10 геодами, окулярами, які допоможуть вам безпечно їх розкрити, та міні-лупою для більш детального огляду.
•••Амазонка
Зробіть світіння кристалів
Що краще звичайних кристалів? Кристали, які світяться, очевидно. Це набір для вирощування кристалів застосовує ті самі принципи, що описані вище, і дозволяє виготовляти кристали, що світяться в темряві, протягом семи-10 днів.