Изкуствените камъни отдавна са придобили популярност в бижута. В края на краищата за един бижутер стойността на един камък се определя не само от неговия недостиг в природата. Редица други характеристики играят важна роля:

• цвят;
• пречупване на светлината;
• сила;
• тегло в карати;
• размер и форма на ръбове и др.

Най-скъпият изкуствен скъпоценен камък е кубичният цирконий (синоними: daimonsquay, jevalite, циркониев куб, shelby). Цената му е ниска - под 10 долара за 1 карат (това е 0,2 грама). Но си струва да се отбележи, че с увеличаването на каратите цената нараства експоненциално. Например 10 каратов диамант струва 100 пъти по-скъп от диамант 1 карат

Изкуствени кристали камъни за бижутаможе да се отглежда у дома. Повечето от тези експерименти не изискват специална подготовка; не е необходимо да създавате химическа лаборатория или дори да купувате специални реактиви.

За да придобиете опит в отглеждането на кристали, започнете с малко. Ще споделим техника за отглеждане на красиви кристали от всичко, което можете да намерите собствена кухня. Изобщо няма да имате нужда от допълнително оборудване, защото всичко, от което се нуждаете, е точно на рафтовете. Ще разгледаме и технологията за отглеждане на изкуствени рубини у дома!

Как да отгледаме синтетично рубинени кристали?

Отглеждането на рубинени кристали може дори да бъде опция за домашен бизнес. В крайна сметка красивите синтетични камъни вече са в голямо търсене сред купувачите, така че ако проектът бъде успешно реализиран, те могат да ви донесат добра печалба. Синтетично отгледаните камъни се използват от бижутерите и също така се използват широко в технологиите.

Рубинените кристали могат да се отглеждат с помощта на стандартни методи чрез избор на правилните соли. Но това няма да бъде толкова ефективно, колкото в случая със сол или захар, а процесът на растеж отнема много повече време. И качеството ще бъде съмнително. В края на краищата естественият рубин по скалата на твърдостта на Моос е на второ място след диаманта, заемайки почетно 9-то място. Естествено, когато става въпрос за бизнес, в повечето случаи те използват различен метод, разработен преди повече от 100 години във Франция.

Ще ви е необходим специален апарат, наречен на името на изобретателя на този метод, т.е. апаратът на Verneuil. С негова помощ можете да отглеждате рубинени кристали с размер до 20-30 карата само за няколко часа.

Въпреки че технологията остава приблизително същата. Сол от алуминиев диоксид с примес на хромен оксид се поставя в акумулатора на кислородно-водородна горелка. Разтопяваме сместа, наблюдавайки как рубинът всъщност расте „пред очите ни“.

В зависимост от избрания от вас състав на солта, можете да регулирате цвета на кристалите, като получавате изкуствени изумруди, топази и напълно прозрачни камъни.

Работата с устройството ще изисква вашето внимание и известен опит, но в бъдеще ще имате възможност да отглеждате кристали, които очароват със своята красота, прозрачност и игра на цветове. В бъдеще такива шедьоври са много подходящи за рязане и полиране и съответно могат да се използват по предназначение.

Струва си да се отбележи, че изкуствено отгледаните кристали не са скъпоценни камъни, така че дори ако решите да започнете бизнес в тяхното отглеждане, това няма да изисква допълнително лицензиране от вас.

Дизайнът на устройството е прост, лесно можете да го направите сами. Но в интернет вече има достатъчно занаятчии, предлагащи чертежи на оригиналната инсталация, както и нейните подобрени версии.

Комплект за отглеждане на рубинени кристали у дома

Самият принцип на технологията за производство на рубин е доста прост и е схематично изобразен на фигурата по-долу:

Разбирайки принципа на работа, всяко устройство вече не изглежда толкова сложно. Един от примерните чертежи на апарата на Verneuil:

Използвайки тази технология, можете да отглеждате и други скъпи изкуствени камъни, като "Blue Topaz" и др.

Отглеждане на солни кристали у дома

Най-простият и достъпен експеримент, който можете да проведете, е да създадете красиво солни кристали. За да направите това, ще ви трябват няколко елемента:

1. Обикновена каменна сол.
2. вода. Важно е самата вода да съдържа възможно най-малко собствени соли, за предпочитане дестилирани.
3. Контейнерът, в който ще се проведе експериментът (всеки буркан, чаша, тиган ще свърши работа).

Налейте топла вода в съда (нейната температура е около 50°C). Във водата добавете кухненска сол и разбъркайте. След като се разтвори, добавете отново. Повтаряме процедурата, докато солта спре да се разтваря, утаявайки се на дъното на съда. Това предполага, че физиологичен разтворсе насити, от което се нуждаехме. Важно е по време на приготвянето на разтвора температурата му да остане постоянна и да не се охлажда, така можем да създадем по-наситен разтвор.

Изсипете наситения разтвор в чист буркан, като го отделите от утайката. Избираме отделен солен кристал и след това го поставяме в контейнер (можете да го окачите на конец). Експериментът е завършен. След няколко дни ще можете да видите как вашият кристал се е увеличил по размер.

Отглеждане на захарни кристали у дома

Технологията за производство на захарни кристали е подобна на предишния метод. Можете да потопите памучен тампон в разтвора, тогава върху него ще растат захарни кристали. Ако процесът на растеж на кристалите е станал по-бавен, тогава концентрацията на захар в разтвора е намаляла. Добавете към него отново гранулирана захар, след което процесът ще се възобнови.

Забележка: ако добавите хранителни оцветители към разтвора, кристалите ще станат многоцветни.

Можете да отглеждате захарни кристали на пръчици. За да направите това ще ви трябва:

• готов захарен сироп, приготвен подобно на наситен солен разтвор;
• дървени пръчици;
• малко гранулирана захар;
• хранителна боя (ако искате шарени бонбони).

Всичко се случва много просто. Дървена пръчкаПотапят се в сироп и се овалват в кристална захар. Колкото повече зърна полепнат, толкова по-красив ще бъде резултатът. Оставете пръчките да изсъхнат добре и след това просто преминете към втората фаза.

Изсипете наситен горещ захарен сироп в чаша и поставете там готовата пръчица. Ако приготвяте многоцветни кристали, добавете хранителни оцветители към горещия готов сироп.

Уверете се, че пръчката не докосва стените и дъното, в противен случай резултатът ще бъде грозен. Можете да закрепите пръчката с лист хартия, като я поставите отгоре. Хартията ще служи и като капак за контейнера, който няма да позволи на чужди частици да попаднат във вашия разтвор.

След около седмица ще имате красиви захарни близалки. Те могат да украсят всяко чаено парти, доставяйки пълна наслада не само на децата, но и на възрастните!

Отглеждане на кристали от меден сулфат у дома

Кристалите от меден сулфат се получават в интересна форма и в същото време имат богат Син цвят. Струва си да се помни, че медният сулфат е химически активно съединение, така че кристалите от него не трябва да се опитват и трябва да се внимава при работа с материала. По същата причина в този случай е подходяща само дестилирана вода. Важно е да е химически неутрален. Бъдете внимателни и внимателни при работа с меден сулфат.

В този случай растежът на кристали от витриол се извършва практически по същата схема, както в предишните случаи.

Когато поставяте основния кристал за отглеждане в разтвор, трябва да се уверите, че той не влиза в контакт със стените на контейнера. И не забравяйте да наблюдавате наситеността на разтвора.

Ако поставите своя кристал на дъното на съда, тогава трябва да се уверите, че той не докосва други кристали. В този случай те ще растат заедно и вместо една красива голяма проба ще получите маса с неясна форма.

Полезен съвет! Можете самостоятелно да регулирате размера на лицата на вашия кристал. Ако искате някои от тях да растат по-бавно, можете да ги намажете с вазелин или грес. И за да запазите небесносиня красота, можете да обработите краищата с прозрачен лак.

Има 3 тегловни категории диаманти:

1. малък. Тегло 0,29 карата
2. Средно аритметично. Тегло от 0,3 до 0,99 карата
3. Голям. Диаманти с тегло над 1 карат.

Популярни аукциони приемат камъни с тегло над 6 карата. Камъните с тегло над 25 карата получават собствени имена. Например: диамант “Winston” (62,05 карата) или “De Beers” (234,5 карата) и др.

Фетисов Николай

Светът около нас се състои от кристали; можем да кажем, че живеем в свят от кристали. Жилищни сгради и промишлени конструкции, самолети и ракети, моторни кораби и дизелови локомотиви, скали и минерали са съставени от кристали. Ядем кристали, лекуваме се с тях и отчасти сме направени от кристали.

И така, какво представляват кристалите? Какви свойства притежават? Как растат кристалите? Как и къде се използват в момента и какви са перспективите за тяхното използване в бъдеще? Тези въпроси ме вълнуваха и се опитах да намеря отговори на тях.

Изтегли:

Преглед:

11-ТА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКА КОНФЕРЕНЦИЯ НА КУЗНЕЦКИ ОКРУГ „ОТВОРЕН СВЯТ“

СЕКЦИЯ ПО ФИЗИКА

Основни приложения на изкуствените кристали

Изпълнено от ученик от 8 клас

Фетисов Николай

Ръководител Sizochenko A.I.,

Учител по физика

Общинско средно образование

Установяване

„Основно общо образование

Училище № 24"

Новокузнецк, 2014 г

Въведение………………………………………………………2

1. Основна част

1.1. Концепцията за кристал…………………………..……..4

1.2. Монокристали и поликристали........................4

1.3. Методи за отглеждане на кристали………….…5

1.4. Приложение на кристали…………………..………7

2. Практическа част

2.1. Отглеждане на кристали у дома

Условия…………………………………………...9

3. Заключение………………………………………….…11

Библиография..…………………………………………………………………...13

Приложения………………………….………………………..14-15

Въведение

Като вълшебен скулптор

Светли ръбове на кристали

Прави безцветен разтвор.

Н.А.Морозов

Светът около нас се състои от кристали; можем да кажем, че живеем в свят от кристали. Жилищни сгради и промишлени конструкции, самолети и ракети, моторни кораби и дизелови локомотиви, скали и минерали са съставени от кристали. Ядем кристали, лекуваме се с тях и отчасти сме направени от кристали.

Кристалите са вещества, в които най-малките частици са „опаковани“ в определен ред. В резултат на това, докато кристалите растат, на повърхността им спонтанно се появяват плоски ръбове, а самите кристали придобиват различни геометрични форми.

Изявление на академик A.E. Ферсман „Почти целият свят е кристален. Светът се управлява от кристала и неговите твърди, линейни закони” е в съответствие с научния интерес на учените по света към този обект на изследване.

Съвременната индустрия не може без голямо разнообразие от кристали. Използват се в часовници, транзисторни радиоприемници, компютри, лазери и много други. Голямата лаборатория - природата - вече не може да задоволи търсенето на развиващите се технологии и затова изкуствените кристали се отглеждат в специални фабрики: малки, почти незабележими, и големи, тежащи няколко килограма.

Хората са се научили да получават много скъпоценни камъни изкуствено. Например, лагерите за часовници и други прецизни инструменти отдавна са направени от изкуствени рубини. По изкуствен път се получават и красиви кристали, които изобщо не съществуват в природата - фианитите. Трудно е да се разграничат кубичните цирконии от диамантите по око - те играят толкова красиво на светлината.

И така, какво представляват кристалите? Какви свойства притежават? Как растат кристалите? Как и къде се използват в момента и какви са перспективите за тяхното използване в бъдеще? Тези въпроси ме вълнуваха и се опитах да намеря отговори на тях.

Работата ми е изследователска, тъй като при изпълнението й се използват знания по няколко учебни предмета: физика, химия, биология, информатика. В резултат на дейността създадох презентация „Кристали и техните приложения“, която може да се използва в уроците по физика и химия като нагледна помощ, и кристали, отгледани от меден сулфат и готварска сол.

Мишена:

Определете основните области на приложение на изкуствени кристали и тествайте експериментално възможността за отглеждане на кристали от готварска сол и меден сулфат без използване на специално оборудване.

За да постигна тази цел, се сблъсках със следното

задачи:

• Събирайте материали за кристалите и техните свойства от литературни и интернет източници.
• Провеждайте експерименти за отглеждане на кристали от меден сулфат и готварска сол.
• Систематизирайте материала за кристалите: използването на изкуствени кристали и методите за тяхното отглеждане.
• Създайте презентация „Кристали и техните приложения” с образователна цел.

1. Главна част

1. Кристална концепция

Кристал (от гръцки krystallos - „прозрачен лед“) първоначално се е наричал прозрачен кварц (скален кристал), открит в Алпите. Планинският кристал погрешно е смятан за лед, втвърден от студа до такава степен, че вече не се топи. Първоначално основната характеристика на кристала се разглеждаше в неговата прозрачност и тази дума се използваше за всички прозрачни естествени твърди тела. По-късно започнаха да произвеждат стъкло, което не отстъпваше по блясък и прозрачност на естествените вещества. Предметите, направени от такова стъкло, също се наричат ​​​​"кристал". Дори днес стъклото със специална прозрачност се нарича кристал, а „вълшебната“ топка на гадателите се нарича кристална топка.

Удивителна характеристика на планинския кристал и много други прозрачни минерали са техните гладки, плоски ръбове. В края на 17в. беше забелязано, че има известна симетрия в тяхното разположение и беше установено, че някои непрозрачни минерали имат естествен правилен срез. Възникна предположение, че формата може да е свързана с вътрешната структура. В крайна сметка кристали започват да се наричат ​​всички твърди вещества, които имат естествено плосък разрез.

В оръжейната има дрехи и корони на руски царе, изцяло обсипани с кристали - скъпоценни камъни - аметисти. В църквите иконите и олтарите са били украсени с аметисти.

Най-известните кристали са диамантите, които след рязане се превръщат в диаманти. Хората се опитват да разгадаят мистерията на тези камъни в продължение на много векове и когато установиха, че диамантът е вид въглерод, никой не повярва.

Решаващият експеримент е извършен през 1772 г. от френския химик Лавоазие. В природата диамантите се образуват в недрата на земята на много високи температурии натиск. Учените успяха да създадат условия в лабораторията, при които диамантите могат да бъдат получени от графит само 200 години по-късно. Сега се произвеждат десетки тонове изкуствени диаманти. Сред тях има диаманти за ювелирни цели, но по-голямата част от тях се използват за направата на различни инструменти.

1. Монокристали и поликристали

Кристалните тела могат да бъдат монокристали или поликристали. Единичен кристал се нарича монокристал, имащ макроскопична подредена кристална решетка. Имат геометрично правилна външна форма, но тази характеристика не е задължителна.

Поликристалите са хаотично ориентирани малки слети кристали - кристалити.

1. Методи за отглеждане на кристали

В лабораторията кристалите се отглеждат при внимателно контролирани условия, за да се осигурят желаните свойства, но по принцип лабораторните кристали се образуват по същия начин, както в природата – от разтвор, стопилка или пара. По този начин пиезоелектричните кристали на солта на Rochelle се отглеждат от воден разтвор при атмосферно налягане. Големи кристали от оптичен кварц също се отглеждат от разтвор, но при температури 350–450О С и налягане 140 MPa. Рубините се синтезират при атмосферно налягане от прах от алуминиев оксид, разтопен при температура 2050О C. Кристалите от силициев карбид, използвани като абразив, се получават от изпаренията в електрическа пещ.

Първият монокристал, получен в лабораторията, е рубин. За да се получи рубин, смес от безводен двуалуминиев оксид, съдържаща по-голяма или по-малка смес от калий каустик с бариев флуорид и дихромоколиева сол, се нагрява. Последният се добавя за оцветяване на рубина и се взема малко количество алуминиев оксид. Сместа се поставя в глинен тигел и се нагрява (от 100 часа до 8 дни) в реверберационни пещи при температури до 1500О В. В края на експеримента в тигела се появява кристална маса, а стените са покрити с рубинени кристали с красив розов цвят.

Вторият често срещан метод за отглеждане на синтетични кристали скъпоценни камъни- Метод на Чохралски. Той е следният: стопилката на веществото, от което се предполага, че кристализират камъните, се поставя в огнеупорен тигел, изработен от огнеупорен метал (платина, родий, иридий, молибден или волфрам) и се нагрява във високочестотен индуктор. . Зародиш от материала на бъдещия кристал се спуска в стопилката на изпускателен вал и върху него се отглежда синтетичен материал до необходимата дебелина. Валът със семето се изтегля постепенно нагоре със скорост 1-50 mm/h с едновременно нарастване при скорост на въртене 30-150 rpm. Завъртете вала, за да изравните температурата на стопилката и да осигурите равномерно разпределение на примесите. Диаметърът на кристалите е до 50 мм, дължината до 1 м. Синтетичният корунд, шпинел, гранат и други изкуствени камъни се отглеждат по метода на Чохралски.

Кристалите могат да растат и при кондензация на пара - така се получават шарки на снежинки върху студено стъкло. Когато металите се изместват от солните разтвори с помощта на по-активни метали, също се образуват кристали. Например, потопете железен пирон в разтвор на меден сулфат; той ще се покрие с червен слой мед. Но получените медни кристали са толкова малки, че могат да се видят само под микроскоп. Медта се освобождава на повърхността на нокътя много бързо, така че нейните кристали са твърде малки. Но ако процесът се забави, кристалите ще се окажат големи. За да направите това, покрийте медния сулфат с дебел слой готварска сол, поставете върху него кръг от филтърна хартия, а отгоре - желязна плоча с малко по-малък диаметър. Остава само да налеете наситен разтвор на готварска сол в съда. Медният сулфат ще започне бавно да се разтваря в саламура. Медните йони (под формата на зелени комплексни аниони) ще дифундират нагоре много бавно в продължение на много дни; процесът може да се наблюдава от движението на цветната граница. Достигайки желязната плоча, медните йони се редуцират до неутрални атоми. Но тъй като този процес протича много бавно, медните атоми се подреждат в красиви блестящи кристали. Понякога тези кристали образуват разклонения - дендрити.

1. Приложение на кристали.

Естествените кристали винаги са будили любопитството на хората. Техният цвят, блясък и форма докосваха човешкото усещане за красота и хората украсяваха себе си и домовете си с тях. От дълго време суеверията са свързани с кристалите; като амулети, те трябваше не само да защитават собствениците си от зли духове, но и да ги даряват със свръхестествени сили. По-късно, когато същите минерали започнаха да се режат и полират като скъпоценни камъни, много суеверия бяха запазени в „щастливите“ талисмани и „собствените камъни“, съответстващи на месеца на раждане. Всички естествени скъпоценни камъни с изключение на опала са кристални и много от тях, като диамант, рубин, сапфир и изумруд, се намират като красиво шлифовани кристали.Кристални бижутаса толкова популярни сега, колкото са били през неолита.

Базирайки се на законите на оптиката, учените търсели прозрачен, безцветен и бездефектен минерал, от който чрез шлайфане и полиране могат да се направят лещи. Неоцветените кварцови кристали имат необходимите оптични и механични свойства ипървите лещи, включително и за очила, бяха направени от тях. Дори след появата на изкуственото оптично стъкло необходимостта от кристали не изчезна напълно; Кристалите от кварц, калцит и други прозрачни вещества, които пропускат ултравиолетово и инфрачервено лъчение, все още се използват за направата на призми и лещи за оптични устройства.

Кристалите изиграха важна роля в много технически иновации на 20-ти век. Някои кристали генерират електрически заряд, когато се деформират. Първата им значителна употреба бешепроизводство на радиочестотни генератори със стабилизация от кварцови кристали.Чрез принуждаване на кварцова плоча да вибрира в електрическото поле на радиочестотна осцилаторна верига е възможно да се стабилизира честотата на приемане или предаване.

Полупроводниковите диоди се използват в компютри и комуникационни системи, транзисторите заменят вакуумните тръби в радиотехниката, а слънчевите панели, поставени на външната повърхност на космическите кораби, преобразуват слънчевата енергия в електрическа. Полупроводниците също се използват широко в AC-DC преобразуватели.

Кристалите с пиезоелектрични свойства се използват в радиоприемници и предаватели, в приемни глави и в сонари. Някои кристали модулират светлинните лъчи, докато други генерират светлина под въздействието на приложено напрежение. Списъкът с приложения на кристалите вече е доста дълъг и непрекъснато се разраства.

Изкуствени кристали.От дълго време човекът мечтае да синтезира камъни, които са също толкова скъпоценни, колкото тези, които се срещат в природата. До 20 век подобни опити бяха неуспешни. Но през 1902гуспя да получи рубини и сапфири, имащи свойства естествени камъни. По-късно, в края на 1940 г., имашесинтезирани изумруди, а през 1955 г. компанията General Electric и Физическият институт на Академията на науките на СССР съобщават за производствотоизкуствени диаманти.

Много технологични нужди от кристали са стимулирали изследване на методи за отглеждане на кристали с предварително определени химични, физични и електрически свойства. Работата на изследователите не е била напразна и методите за отглеждане големи кристалистотици вещества, много от които нямат естествен аналог. В природата често има твърди тела, които имат формата на правилни полиедри. Такива тела се наричаха кристали. Изследването на физичните свойства на кристалите показа, че геометрично правилната форма не е основната им характеристика.

Това е напълно в съответствие с неувяхващия научен интерес на учени от цял ​​свят и всички области на знанието към този обект на изследване. В края на 60-те години на миналия век започва сериозен научен пробив в областтатечни кристали, което доведе до „индикаторната революция“ за замяна на стрелковите механизми със средства за визуално показване на информация. По-късно в науката навлиза понятието биологичен кристал (ДНК, вируси и др.), а през 80-те години на ХХ век – фотонен кристал.

1. Практическа част

1. Отглеждане на кристали у дома

Отглеждането на кристали е много интересен процес, но доста дълъг и труден.

Полезно е да знаете какви процеси контролират растежа му; защо различните вещества образуват кристали с различна форма, а някои изобщо не ги образуват; какво трябва да се направи, за да станат големи и красиви.

Опитах се да намеря отговор на тези въпроси в работата си.

Ако кристализацията протича много бавно, се получава един голям кристал (или единичен кристал), ако е бърза, тогава се получават много малки.

Отглеждах кристали у дома по различни начини.

Метод 1 . Охлаждане на наситен разтвор на меден сулфат. С понижаване на температурата разтворимостта на веществата намалява и те се утаяват. Първо в разтвора и по стените на съда се появяват малки кристални ядра. Когато охлаждането е бавно и в разтвора няма твърди примеси, се образуват много ядра, които постепенно се превръщат в красиви кристали с правилна форма. При бързо охлаждане се появяват много малки кристали, почти никой от тях няма правилна форма, защото растат много и си пречат.

За да отгледам кристал от меден сулфат, направих свръхнаситен разтвор:

1. За да направя това, взех топла вода, разтворих в нея витриол и го добавих, докато спре да се разтваря.

2. Пресипете през филтър (марля) в друг чист съд. Залях съда с вряща вода, за да предотвратя бързата кристализация на разтвора по мръсните стени.

3. Подготвени семена.

4. Завързах го за конец и го спуснах в разтвора.

За да може кристалът да расте равномерно от всички страни, е по-добре да държите семето (малък кристал) суспендиран в разтвора. За да направя това, направих джъмпер от стъклена пръчка. Между другото, препоръчително е да вземете гладка, тънка нишка, може би коприна, така че върху нея да не се образуват ненужни малки кристали. След това поставям разтвора си на топло място. Бавното охлаждане е много важно (за да получите голям кристал). Кристализацията може да се види в рамките на няколко часа. Периодично трябва да промените или актуализирате наситения разтвор, както и да почистите малки кристали от нишката. (Приложение 1)

Метод 2 - постепенно отстраняване на водата от наситен разтвор.

В този случай колкото по-бавно се отстранява водата, толкова по-добър е резултатът. Оставих отворен съд с разтвор на готварска сол (трапезна сол) на стайна температура за 14 дни, като го покрих с лист хартия - водата се изпари бавно и прахът не попадна в разтвора. Растящият кристал се суспендира в наситен разтвор върху тънка здрава нишка. Кристалът се оказа голям, но безформен - аморфен. (Приложение 1)

Отглеждането на кристали е интересен процес, но изисква внимателен и внимателен подход към вашата работа. Теоретично размерът на кристала, който може да се отглежда у дома по този начин, е неограничен. Известни са случаи, когато ентусиастите получават кристали с такъв размер, че могат да бъдат повдигнати само с помощта на своите другари.

Но, за съжаление, има някои особености на тяхното съхранение. Например, ако кристал от стипца се остави отворен на сух въздух, той постепенно ще загуби водата, която съдържа, и ще се превърне в незабележим сив прах. За да го предпазите от разрушаване, можете да го покриете с безцветен лак. Меден сулфат и сол– са по-стабилни и можете спокойно да работите с тях.

Миналата година, в 7 клас, в урок по химия, докато изучавахме темата „Явления, протичащи с веществата“, отглеждахме кристали, много хора не успяха в този опит. Тази година казах на децата от 7 клас как да се справят правилно с тази задача и те направиха това (вижте Приложение 2).

Заключение

Всички физически свойства, поради които кристалите са толкова широко използвани, зависят от тяхната структура - тяхната пространствена решетка.

Наред с кристалите в твърдо състояние, понастоящем широко се използват течни кристали, а в близко бъдеще ще използваме устройства, изградени върху фотонни кристали.

Избрах най-подходящия метод за отглеждане на кристали у дома и отгледах кристали от сол и меден сулфат. Докато кристалите растяха, той правеше наблюдения и записваше промени.

Кристалите са красиви, може да се каже някакво чудо, те те привличат; Казват „човек с кристална душа“ за някой, който има чиста душа. Кристал означава да блестиш със светлина като диамант. И ако говорим за кристали с философска нагласа, тогава можем да кажем, че това е материал, който е междинна връзка между живата и неживата материя. Кристалите могат да възникват, да стареят и да се срутват. Кристалът, когато расте върху семе (върху ембрион), наследява дефектите на същия този ембрион. Но ако говорим съвсем сериозно, сега, може би, е невъзможно да се назове нито една дисциплина, нито една област на науката и технологиите, които биха могли да се справят без кристали. Лекарите се интересуват от средата, в която се случва кристализацията на камъните в бъбреците, а фармацевтите се интересуват от таблетки, които представляват пресовани кристали. Абсорбцията и разтварянето на таблетките зависи от това с какви ръбове са покрити тези микрокристали. Витамините, миелиновата обвивка на нервите, протеините и вирусите са кристали.

Кристалът има чудотворни свойства, той изпълнява различни функции. Тези свойства са присъщи на неговата структура, която има триизмерна решетъчна структура. Кристалографията не е нова наука. М. В. Ломоносов стои в основата му. Отглеждането на кристали стана възможно благодарение на изследването на минералогичните данни за образуването на кристали в естествени условия. Изучавайки природата на кристалите, те определят състава, от който израстват, и условията за растежа им. И сега тези процеси се имитират, като се получават кристали с определени свойства. В производството на кристали участват химици и физици. Ако първите развиват технология за растеж, вторите определят техните свойства. Могат ли да се различат изкуствените кристали от естествените? Например, изкуственият диамант все още е по-нисък от естествения диамант по качество, включително блясък. Изкуствените диаманти не предизвикват бижутерска радост, но са напълно подходящи за използване в техниката и в този смисъл са наравно с естествените. Отново нахални производители (така наречените химици, които отглеждат изкуствени кристали) са се научили да отглеждат най-фините кристални игли с изключително висока якост. Това се постига чрез манипулиране на химията на средата, температура, налягане и излагане на някои други допълнителни условия. И това вече е цяло изкуство, творчество, майсторство - точните науки няма да помогнат тук.

Темата „Кристали“ е актуална и ако се задълбочите в нея и се задълбочите, тя ще бъде интересна за всички, ще даде отговори на много въпроси и най-важното - неограниченото използване на кристали. Кристалите са мистериозни по своята същност и толкова необикновени, че в работата си разказах само малка част от това, което се знае за кристалите и тяхното използване в настоящето. Може да се окаже, че кристалното състояние на материята е стъпката, която обедини неорганичния свят със света на живата материя. Бъдеще най-новите технологииспада към кристали и кристални агрегати!

Въз основа на моето проучване стигнах до следните заключения:изводи:

• Изкуствено отгледаните кристали се използват в най-различни области: медицина, радиотехника, самолетостроене, оптика и много други.
• Периодът за получаване на изкуствени кристали е много по-кратък от процеса на естественото им образуване. Което ги прави по-достъпни за използване.
• Можете да отглеждате кристали у дома дори за кратко време.

Библиография

1. Химия. Въвеждащ курс. 7 клас: учебен. Полза / O.S. Габриелян, И.Г. Остроумов, А.К. Ахлебинин. – 6-то изд., М.: Дропла, 2011.
2. Химия. 7 клас: работна тетрадка за учебникОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян и др. „Химия. Въвеждащ курс. 7 клас”/ О.С. Габриелян, Г.А. Шипарева. – 3-то изд., - М.: Bustard, 2011.
3. Ландау Л.Д., Китайгородски А.И. Физика за всеки, книга 2. Молекули, 1978.
4. Енциклопедичен речник на млад химик. / Comp. В.А. Крицман, В. В. Станзо.-М., 1982.
5. Енциклопедия за деца. Том 4. Геология. / Comp. С.Т. Исмаилова.-М., 1995.
6. Интернет ресурси:

http://www.krugosvet.ru – Енциклопедия около света.

http://ru.wikipedia.org/ - Енциклопедия на Уикипедия.

http://www.kristallikov.net/page6.html - как да отгледаме кристал.

Приложение 1.

Дневник за наблюдение

дата	Наблюдения		снимка
	Сол	Меден сулфат	Сол	Меден купарос
24.01.14.	Преди да спуснете семето в разтвора. дължина: 5 мм ширина: 5 мм	Правим примка от тел, окачваме я и я спускаме в разтвора.
27.01.14.	дължина: 11 мм ширина: 7 мм	дължина: 12 мм ширина: 10 мм
30.01.14.	дължина: 20 мм ширина: 10 мм	дължина: 18 мм ширина: 13 мм
3.02.14.	Образуването на кристали се е разширило отвъд границата на разтвора	дължина: 25 мм ширина: 15 мм
6.02.14.	Кристалът се оказа голям, но безформен	дължина: 30 мм ширина: 20 мм

Приложение 2

Кристали, отглеждани от седмокласници

Надписи на слайдове:

Приложения на кристали
Декорации
Лещи
Приготви семето

Мишена
: определете основните области на приложение на изкуствени кристали и тествайте експериментално възможността за отглеждане на кристали от готварска сол и меден сулфат без използване на специално оборудване.
Задачи:

Съберете материал за кристалите и техните свойства.
Провеждайте експерименти за отглеждане на кристали от меден сулфат и готварска сол.
Систематизира материал за кристалите: физични свойства на кристалите и техните приложения.
Създайте презентация „Кристали и тяхното приложение“.
2. Изместване на метали от солни разтвори с помощта на по-активни метали.
Разтворът се прекарва през филтър
Благодаря за вниманието
Основни приложения на изкуствените кристали
Изпълнено от ученик от 8 клас
Фетисов Николай
Ръководител
Сизоченко
ИИ ,
Учител по физика
Общинско средно образование
Установяване
„Основно общо образование
Училище № 24"
Новокузнецк, 2014 г
заключения
Изкуствено отгледаните кристали се използват в различни области: медицина, радиотехника,
кола-самолет
структура, оптика и много други.
Периодът за получаване на изкуствени кристали е много по-кратък от процеса на естественото им образуване. Което ги прави по-достъпни за използване.
Можете да отглеждате кристали у дома дори за кратко време.
Методи за отглеждане на кристали
Метод
Чохралски
- тигел
метод:
стопявам
вещество, от което
трябва да кристализира
камъните се поставят в огнеупорна
тигел
от огнеупорен метал (платина, родий,
иридий
, молибден или волфрам) и се нагряват
висока честота
индуктор.
(Скъпоценни камъни: рубини)
Глинен тигел
Отглеждане на кристали у дома
Метод 1
: Бавно охлаждане на наситен разтвор
Приготвяне на пренаситен разтвор
Поликристали
Монокристали
Кристали, отгледани от седмокласници
Течни кристали
кристали
- тези са солидни
вещества,

имащи естествени
външна форма
правилни симетрични полиедри
, базиран
На
техните вътрешни
структура
Полупроводникови диоди, транзистори, соларни панели
Метод 2:
Постепенно отстраняване на водата от наситен разтвор

IN
В този случай колкото по-бавно се отстранява водата, толкова по-добър е резултатът.

Трябва да напуснете кораба
с настолен разтвор
сол,
покривайки го с лист хартия, докато вода
се изпарява
бавно и прахът не навлиза в разтвора
хитове.

Кристал
Оказа се голям, но безформен - аморфен.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Проучване

КРИСТАЛИ И ТЕХНИТЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Автор на произведението:Кривошеев Евгений

ученик 7 "Б" клас МБОУСОШ №1

Завитинск, Амурска област

Ръководител на работата: Конченко Н.С.

учител по физика МБОУСОШ №1

Завитинск, Амурска област

Завитинск

2013

• Въведение
• 1. Кристал. Неговите свойства, структура и форма
• 2. Течни кристали
• 3. Приложение на LCD
• 4. Приложение на кристалите в науката и техниката
• 5. Практическа част
• Заключение
• Библиография
• Въведение
• Уместност на работата:
• Тъй като кристалите се използват широко в науката и технологиите, е трудно да се назове клон на производството, където кристалите не се използват. Следователно познаването и разбирането на свойствата на кристалите е много важно за всеки човек.
• Цел на изследването: Отглеждане на кристал от разтвор у дома, проучване практическо приложениекристали в науката и технологиите.
• Задачи:
• 1. Изучаване на теорията на кристалите.
• 2.Изучаване на материал за отглеждане на кристал в нормални условияи в лабораторни условия.
• 3. Наблюдение на образуването на кристали.
• 4.Описание на наблюденията.
• 5. Проучване на приложението на кристалите в съвременния живот.

1. Кристал. Неговите свойства, структура и форма

Думата "кристал" идва от гръцки " crustallos“, тоест „лед“. Твърди тела, чиито атоми или молекули образуват подредена периодична структура (кристална решетка).

Образуване на кристали.

Кристалите се образуват по три начина: от стопилка, от разтвор и от пара. Пример за кристализация от стопилка е образуването на лед от вода. лаборатория за отглеждане на кристална течност

В света около нас често може да се наблюдава образуването на кристали директно от газова среда, от разтвори и от стопилка. В тиха мразовита нощ под ясно небе, в ярката светлина на луната или фенер, понякога виждаме бавно спускащи се люспи скреж, блещукащи от искри. Това са подобни на плочи ледени кристали, които се образуват точно до нас от влажен и охладен въздух.

Структурата на твърдите тела зависи от условията, при които се извършва преходът от течност към твърдо вещество. Ако такъв преход се случи много бързо, например при рязко охлаждане на течността, тогава частиците нямат време да се подредят в правилната структура и се образува фино кристално тяло. При бавно охлаждане на течността се получават големи кристали с правилна форма. В някои случаи, за да кристализира едно вещество, то трябва да се държи при различни температури. Външното налягане също влияе върху растежа на кристалите. Освен това значителна част от кристалите, които в далечното минало са имали перфектен разрез, са успели да го загубят под въздействието на вода, вятър и триене с други твърди тела. По този начин много закръглени прозрачни зърна, които могат да бъдат намерени в крайбрежния пясък, са кварцови кристали, които са загубили ръбовете си в резултат на продължително триене един срещу друг.

Кристална структура

Разнообразието от форми на кристали е много голямо.

Кристалите могат да имат от четири до няколкостотин фасети. Но в същото време те имат едно забележително свойство - независимо от размера, формата и броя на лицата на един и същ кристал, всички плоски лица се пресичат помежду си под определени ъгли. Ъглите между съответните лица са винаги еднакви. Формата се влияе от фактори като температура, налягане, честота, концентрация и посока на движение на разтвора. Следователно кристалите на едно и също вещество могат да проявяват голямо разнообразие от форми.

кристали каменна сол, например, могат да имат формата на куб, паралелепипед, призма или тяло с по-сложна форма, но лицата им винаги се пресичат под прав ъгъл. Стените на кварца са оформени като неправилни шестоъгълници, но ъглите между лицата винаги са еднакви - 120°.

Законът за постоянството на ъглите, открит през 1669 г. от датчанина Николай Стено, е най-важният закон на науката за кристалите - кристалографията.

Измерването на ъглите между повърхностите на кристалите е от голямо практическо значение, тъй като от резултатите от тези измервания в много случаи може надеждно да се определи природата на минерала.

Най-простото устройство за измерване на кристални ъгли е приложен гониометър.

Видове кристали

Освен това се прави разлика между монокристали и поликристали.

Единичен кристал е монолит с единична ненарушена кристална решетка. Естествени монокристали големи размериса много редки.

Единичните кристали включват кварц, диамант, рубин и много други скъпоценни камъни.

Повечето кристални твърди вещества са поликристални, т.е. състоят се от много малки кристали, понякога видими само при голямо увеличение.

Всички метали са поликристали.

2. Течни кристали

Течен кристал - това е специално състояние на материята, междинно между течно и твърдо състояние. В течността молекулите могат да се въртят свободно и да се движат във всяка посока. В течния кристал има известна степен на геометричен ред в подреждането на молекулите, но е позволена и известна свобода на движение.

Консистенцията на течните кристали може да бъде различна - от лесно течаща течност до пастообразна. Течните кристали имат необичайни оптични свойства, които се използват в технологията. Течните кристали се образуват от молекули с различна геометрична форма. като цвят, прозрачност и др. На всичко това се основават множество приложения на течните кристали.

3. Приложение на LCD

Подреждането на молекулите в течните кристали се променя под въздействието на фактори като температура, налягане, електрически и магнитни полета; промените в подреждането на молекулите водят до промени в оптичните свойства, като цвят, прозрачност и способността да се върти равнината на поляризация на предаваната светлина. На всичко това се основават множество приложения на течните кристали. Например зависимостта на цвета от температурата се използва за медицинска диагностика. Чрез прилагане на определени течнокристални материали върху тялото на пациента, лекарят може лесно да идентифицира болните тъкани чрез промени в цвета на местата, където тези тъкани генерират повишено количество топлина. Температурната зависимост на цвета също ви позволява да контролирате качеството на продуктите, без да ги разрушавате. Ако метален продукт се нагрее, неговият вътрешен дефект ще промени разпределението на температурата върху повърхността. Тези дефекти се идентифицират чрез промени в цвета на течнокристалния материал, нанесен върху повърхността.

Тънки филми от течни кристали, поставени между чаши или пластмасови листове, са намерили широко приложение като индикаторни устройства. Течните кристали се използват широко в производството ръчен часовники малки калкулатори. Създават се плоски телевизори с тънки течнокристални екрани.

4. Приложение на кристалите в науката и техниката

В наши дни кристалите имат много широко приложение в науката, технологиите и медицината.

Диамантените триони се използват за рязане на камъни. Диамантеният трион е голям (до 2 метра в диаметър) въртящ се стоманен диск, по краищата на който се правят разрези или нарези. В тези разфасовки се втрива фин диамантен прах, смесен с малко лепило. Такъв диск, въртящ се с висока скорост, бързо реже всеки камък.

Диамантът е от голямо значение при пробиване на скали и при минни операции. Диамантените върхове се вкарват в инструменти за гравиране, машини за разделяне, апарати за тестване на твърдост и свредла за камък и метал. Диамантеният прах се използва за шлайфане и полиране на твърди камъни, закалена стомана, твърди и свръхтвърди сплави. Самият диамант може да бъде изрязан, полиран и гравиран само със самия диамант. Най-критичните части на двигателя в производството на автомобили и самолети се обработват с диамантени фрези и свредла.

Корундът може да се използва за пробиване, шлайфане, полиране, заточване на камък и метал. От корунд и шмиргел се произвеждат шлифовъчни дискове и точила, шлифовъчни прахове и пасти. Във фабриките за полупроводници най-добрите вериги се чертаят с рубинени игли.

Гранатът се използва и в абразивната промишленост. От гранатите се правят шлифовъчни прахове, шлифовъчни дискове и кожи. Понякога те заместват рубина в производството на инструменти.

Лещи, призми и други части на оптични инструменти са направени от прозрачен кварц. Изкуственото „планинско слънце” е уред, широко използван в медицината. Когато е включен, този уред излъчва ултравиолетова светлина, тези лъчи са лечебни. Лампата в това устройство е изработена от кварцово стъкло. Кварцовата лампа се използва не само в медицината, но и в органичната химия, минералогията и помага да се разграничат фалшивите марки и банкноти от истинските. Чисти, бездефектни скални кристали се използват в производството на призми, спектрографи и поляризационни плочи.

Флуоритът се използва за направата на лещи за телескопи и микроскопи, за направата на спектрографски призми и в други оптични инструменти.

5. Практическа част

Отглеждане на кристали от меден сулфат.

Медният сулфат е меден сулфат пентахидрат, тъй като големите кристали наподобяват цветно синьо стъкло. Медният сулфат се използва в селското стопанство за борба с вредители и болести по растенията, в промишлеността при производството на изкуствени влакна, органични багрила, минерални бои и химикали с арсен.

Начин на отглеждане у дома:

1) Първо, пригответе разтвор на концентриран витриол. След това леко загрейте сместа, за да осигурите пълното разтваряне на солта. За да направите това, поставете чашата в тиган с топла вода.

2) Изсипете получения концентриран разтвор в буркан или чаша; Там също ще окачим кристално „семе“ на конец - малък кристал от същата сол - така че да бъде потопено в разтвора. Именно върху това „семе“ ще израсне бъдещият експонат от вашата кристална колекция.

3) Поставете съда с разтвора отворена формана топло място. Когато кристалът стане достатъчно голям, извадете го от разтвора, подсушете го с мека кърпа или хартиена салфетка, отрежете конеца и покрийте краищата на кристала с безцветен лак, за да го предпазите от „изветряне“ във въздуха.

Наблюдение на процеса на растеж на кристали от меден сулфат.

Като начало изляхме разтвор на меден сулфат в чаша и завързахме семе на конец. И пуснаха кристала в чашата. Още на следващия ден имахме доста голям поликристал, дълъг около 2 сантиметра. Самият кристал беше много неравен, с малки колони. Кристализацията не продължи повече, колкото и да чакахме.

Но ние не спряхме дотук и направихме още два кристала от меден сулфат. Взехме само семето от колоната на неуспешния кристал. В единия разтвор температурата се променя постоянно, докато в другата чаша е постоянна. След няколко дни получихме два пълноценни монокристала меден сулфат. Те се оказаха с гладки ръбове, абсолютно симетрични. Така разбрах, че за да направя гладък кристал, семето също трябва да е гладко и симетрично.

Наблюдаване на процеса на растеж на кристали в солеви разтвори под микроскоп.

Изследването на кристали под микроскоп е много интересно, тъй като колкото „по-млад“ е кристалът, толкова по-правилна е неговата форма. Изследването на кристали под микроскоп не отнема много време и ресурси: за приготвяне на разтвора са необходими само няколко грама сол и не отнема много време, за да расте кристалът.

Няколко капки от наситен разтвор на различни соли се нанасят върху предметно стъкло на микроскоп. Стъклото беше леко нагрято със спиртна лампа и поставено върху предмета на микроскопа. Чрез преместване на предметното стъкло и регулиране на увеличението постигнахме такава позиция, че капката да заема цялото зрително поле на микроскопа. След кратък период от време (около 1 минута) започва кристализация на ръба на капката, където тя изсъхва по-бързо. Получените малки кристали образуват непрекъсната непрозрачна кора по краищата на капката, която изглежда тъмна на пропускаща светлина. Постепенно от тази маса кристали започнаха да излизат отделни върхове на отделни кристали, насочени в капката, които нараствайки образуваха различни форми. Най-често новите центрове на кристализация в свободното пространство вътре в капката, като правило, не възникват спонтанно. След известно време цялото зрително поле се запълни с кристали и кристализацията беше почти завършена.

Заключение

Така кристалите са едно от най-красивите и мистериозни творения на природата. Ние живеем в свят, състоящ се от кристали, ние строим с тях, обработваме ги, ядем ги, лекуваме с тях... Науката кристалография се занимава с изучаването на разнообразието от кристали. Тя изчерпателно изследва кристалните вещества, изучава техните свойства и структура. В древни времена кристалите са били смятани за рядкост. Наистина откриването на големи хомогенни кристали в природата е рядко явление. Фино кристалните вещества обаче са доста често срещани. Например, почти всички скали: гранит, пясъчник, варовик са кристални. Дори някои части на тялото са кристални, например роговицата на окото, витамините и обвивката на нервите. Дългият път на търсения и открития, от измерването на външната форма на кристалите до тънкостите на тяхната атомна структура, все още не е завършен. Но сега изследователите са проучили структурата му доста добре и се учат да контролират свойствата на кристалите.

В резултат на извършената работа мога да направя следните изводи:

1. Кристалът е твърдо агрегатно състояние. Има определена форма и определен брой ръбове.

2. Кристалите се предлагат в различни цветове, но повечето са прозрачни.

3. Кристалите изобщо не са музейна рядкост. Кристалите ни заобикалят навсякъде. Твърдите вещества, от които строим къщи и правим машини, веществата, които използваме в ежедневието - почти всички те принадлежат към кристалите. Пясък и гранит, готварска сол и захар, диамант и изумруд, мед и желязо - всичко това са кристални тела.

4. Най-ценните сред кристалите са скъпоценните камъни.

5. Отгледах кристал у дома от наситен разтвор на меден сулфат.

Така целите и задачите, които набелязах в началото на работата си, бяха постигнати. В резултат на работата експериментално намерих доказателства за предположението на английския кристалограф Франк за стъпаловиден растеж на кристалите.

Свършената работа беше много интересна и забавна. Бих искал да отгледам кристали и от други вещества, защото има толкова много от тях около нас...

Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

Твърди кристали: структура, растеж, свойства. „Наличието на ред“ в пространствената ориентация на молекулите като свойство на течните кристали. Линейно поляризирана светлина. Нематични, смектични и холестерични кристали. Общо понятие за сегнетоелектрици.

курсова работа, добавена на 17.11.2012 г


Примери за използване на монокристали. Седем кристални системи: триклинна, моноклинна, ромбична, тетрагонална, ромбоедрична, хексагонална и кубична. Прости кристални форми. Получаване на пренаситен разтвор и отглеждане на кристал.

презентация, добавена на 04/09/2012


Историята на откриването на течни кристали, характеристики на тяхната молекулна структура, структура. Класификация и видове течни кристали, техните свойства, оценка на предимствата и недостатъците на практическото използване. Методи за управление на течни кристали.

курсова работа, добавена на 05/08/2012


основни характеристикиповърхностни явления в течни кристали. Разглеждане отличителни чертисмектични течни кристали, различни степени на тяхното подреждане. Изследване на анизотропията на физичните свойства на мезофазата, степента на подреждане.

резюме, добавено на 10.10.2015 г


Течнокристално (мезоморфно) състояние на материята. Образуване на нова фаза. Видове течни кристали: смематични, нематични и холестерични. Термотропни и лиотропни течни кристали. Работата на Д. Форландер, която допринесе за синтеза на съединения.

презентация, добавена на 27.12.2010 г


История на откриването на течните кристали. Тяхната класификация, молекулярна структура и структура. Термотропни течни кристали: смектичен, нематичен и холестеричен тип. Лиотропни течни кристали. Анизотропия на физичните свойства. Как да контролираме течните кристали.

резюме, добавено на 27.05.2010 г


Концепцията за структурата на материята и основните фактори, влияещи върху нейното образуване. Основни характеристики на аморфни и кристални вещества, видове кристални решетки. Влияние на вида на връзката върху структурата и свойствата на кристалите. Същност на изоморфизма и полиморфизма.

тест, добавен на 26.10.2010 г


Физични и физико-химични свойства на феритите. Строеж на нормален и обратен шпинел. Преглед на метода на синтероване и горещо пресоване. Магнитни кристали с шестоъгълна структура. Приложение на феритите в радиоелектрониката и компютърната техника.

курсова работа, добавена на 12.12.2016 г


Епитаксията е ориентирано израстване на един кристал върху повърхността на друг (субстрат). Изследване на формите на кристалите NaCl, образувани при сублимация от воден разтвор; структурно съответствие на епитаксиални двойки по нарастващи лица и отделни редове.

курсова работа, добавена на 04.04.2011 г


Изучаване на концепцията, видовете и методите за образуване на кристали - твърди тела, в които атомите са подредени закономерно, образувайки триизмерно периодично пространствено разположение - кристална решетка. Образуване на кристали от стопилка, разтвор, пара.

Човечеството използва кристали от древни времена. Първоначално това са естествени кристали, които се използват като инструмент и средство за лечение и медитация. По късно редки камъниИ скъпоценни метализапочна да действа като пари в брой. Фундаменталните научни изследвания и открития на 20-ти век позволиха да се разработят методи за производство на изкуствени кристали и значително да се разшири обхватът на тяхното приложение.

Единичен кристал е хомогенен кристал, който има непрекъсната кристална решетка и анизотропия на свойствата. Външната форма на единичен кристал зависи от атомната кристална структура и условията на кристализация. Примери за единични кристали включват монокристали от кварц, каменна сол, исландски шпат, диамант и топаз.

Ако скоростта на растеж на кристалите е висока, тогава ще се образуват поликристали, които имат голям бройединични кристали. Монокристалите на вещества с висока чистота имат еднакви свойства, независимо от метода на производство.

Днес има около 150 метода за производство на монокристали: парна фаза, течна фаза (разтвори и стопи) и твърда фаза.

В Катедрата по високотемпературни материали и прахова металургия използвам най-новия метод за отглеждане на монокристали от лантанов хексаборид и различни евтектични сплави на негова основа. Единични кристали от тези съединения се използват за направата на катоди, използвани в емисионната технология.

Благодарение на развитието на електротехниката и електрониката, използването на монокристали нараства от година на година. Части, изработени от монокристални материали с висока чистота, могат да се видят във всички нови модели електронни устройства, от радиостанции до големи електронни изчислителни машини.

В технологията липсва набор от свойства на естествените кристали, така че учените са разработили сложен технологичен метод за създаване кристалоподобенвещества с междинни свойства, чрез отглеждане на ултратънки слоеве (няколко до десетки нанометра) от редуващи се кристали с подобни кристални решетки - методът на епитаксия. Тези кристали се наричат ​​фотонни кристали.

Фотонните кристали имат забранени енергийни ленти - това са енергийните стойности на фотоните, които не могат да проникнат в кристала и да се разтворят в него. Ако енергията на светлинния квант има приемлива стойност, тогава той успешно ще премине през кристала. Тоест фотонните кристали могат да действат като светлинен филтър, който предава фотони с определени енергийни стойности и филтрира всички останали.

Фотонните кристали имат 3 групи, които се определят от броя на пространствените оси, в които се променя показателят на пречупване. Според този критерий кристалите се делят на едно-, дву- и триизмерни.

Добре познат представител на фотонните кристали е опалът, който има удивителен цветен модел, който се появява именно поради наличието на забранени енергийни зони.

Монокристалите от изкуствени сапфири са само малко по-ниски от твърдостта на диаманта и имат висока устойчивост на надраскване, което им позволява да се използват като защитни екрани в електронни устройства (таблети, смартфони и др.). Използването на метода на Чохралски дава възможност да се получат огромни единични кристали от изкуствени сапфири.

В наши дни учените все повече говорят за нанокристали. Нанокристалите могат да имат размер от 1 до 10 nm, което зависи от вида на нанокристалите, както и от метода на тяхното производство. Те обикновено са 100 nm за керамика и метали, 50 nm за диамант и графит и 10 nm за полупроводници. Размерът на нанокристалите влияе върху появата на необичайни свойства в обичайните вещества.

(Посетен 1333 пъти, 1 посещения днес)

Изкуствени кристали

От дълго време човекът мечтае да синтезира камъни, които са също толкова скъпоценни, колкото тези, които се срещат в природата. До 20 век подобни опити са били неуспешни. Но през 1902 г. е възможно да се получат рубини и сапфири, които имат свойствата на естествените камъни. Сега такива минерали се произвеждат в милиони карати годишно!

По-късно, в края на 40-те години, са синтезирани изумруди, а през 1955 г. General Electric и Физическият институт на Академията на науките на СССР съобщават за производството на изкуствени диаманти.

Много технологични нужди от кристали са стимулирали изследване на методи за отглеждане на кристали с предварително определени химични, физични и електрически свойства. Усилията на изследователите не бяха напразни и бяха открити методи за отглеждане на големи кристали от стотици вещества, много от които нямат естествен аналог. В лабораторията кристалите се отглеждат при внимателно контролирани условия, за да се осигурят желаните свойства, а лабораторните кристали се образуват по същия начин, както в природата – от разтвор, стопилка или пара.

Приложение на изкуствени кристали

Приложенията на кристалите в науката и технологиите са толкова многобройни и разнообразни, че е трудно да се изброят. Затова ще се ограничим до няколко примера.

Най-твърдият и най-редкият естествен минерал е диамантът. Днес диамантът е преди всичко камък за обработка, а не камък за декорация. Поради изключителната си твърдост, диамантът играе огромна роля в технологиите. Диамантените триони се използват за рязане на камъни. Диамантеният трион е голям (до 2 метра в диаметър) въртящ се стоманен диск, по краищата на който се правят разрези или нарези. В тези разфасовки се втрива фин диамантен прах, смесен с малко лепило. Такъв диск, въртящ се с висока скорост, бързо реже всеки камък. Диамантът е от огромно значение при пробиване на скали и при минни операции. Диамантеният прах се използва за шлайфане и полиране на твърди камъни и закалена стомана. Самият диамант може да бъде само шлифован, полиран и гравиран с диамант. Най-критичните части на двигателя в производството на автомобили и самолети се обработват с диамантени фрези и свредла.

Рубинът и сапфирът са сред най-красивите и най-скъпите скъпоценни камъни. Всички тези камъни имат други качества, по-скромни, но полезни.

Те също имат напълно незабележим брат: кафяв, непрозрачен, фин корунд - шмиргел, който се използва за почистване на метал, от който се прави шкурка. Корундът с всичките му разновидности е един от най-твърдите камъни на Земята, най-твърдият след диаманта. Корундът може да се използва за пробиване, шлайфане, полиране, заточване на камък и метал. Шлифовъчните колела, точилните камъни и шлифовъчните прахове са направени от корунд и шмиргел.

Цялата часовникарска индустрия работи върху изкуствени рубини. Нов живот ruby е лазер, прекрасно устройство на наши дни. През 1960г Създаден е първият рубинен лазер. Оказа се, че рубинения кристал усилва светлината. Лазерът свети по-ярко от хиляди слънца. Мощен лъч - огромна сила. Лесно пропича ламарина, заварява метални проводници, пропича метални тръби и пробива най-тънките отвори в твърди сплави и диамант. Тези функции се изпълняват от солиден лазер, използващ рубин и гранат. В очната хирургия най-често се използват рубинени лазери.

Сапфирът е прозрачен, така че от него се правят пластини за оптични инструменти.

Кремък, аметист, яспис, опал, халцедон са всички разновидности на кварца. Малките зърна кварц образуват пясък. А най-красивата, най-прекрасната разновидност на кварца е планинският кристал, т.е. прозрачни кварцови кристали. Следователно лещите, призмите и другите части на оптичните инструменти се правят от прозрачен кварц. Електрическите свойства на кварца са особено удивителни. Ако компресирате или разтегнете кварцов кристал, по краищата му се появяват електрически заряди.

Кристалите се използват широко и за възпроизвеждане, записване и предаване на звук. Съществуват и кристални методи за измерване на кръвното налягане в човешките кръвоносни съдове и налягането на соковете в стъблата и стволовете на растенията. Електрооптичната индустрия е кристална индустрия. Тя е много голяма и разнообразна; нейните фабрики отглеждат и обработват стотици видове кристали за използване в оптиката, акустиката, радиоелектрониката и лазерната технология.

Поликристалният материал Polaroid също намери своето приложение в технологиите. Полароидните филми се използват в полароидни очила. Полароидите премахват отблясъците на отразената светлина, позволявайки на цялата друга светлина да премине. Те са незаменими за полярните изследователи, които постоянно трябва да гледат ослепителното отражение на слънчевите лъчи от ледено снежно поле.

Очилата Polaroid ще помогнат за предотвратяване на сблъсъци с насрещни автомобили, които много често се случват поради факта, че светлините на насрещната кола заслепяват водача и той не вижда тази кола. Ако предните стъкла на автомобилите и стъклото на автомобилните фарове са направени от Polaroid, тогава предното стъкло няма да пропуска светлината на фаровете на идваща кола и ще я „загаси“.