Nikolay Fetisov

Dunia di sekitar kita terdiri dari kristal; kita dapat mengatakan bahwa kita hidup di dunia kristal. Bangunan tempat tinggal dan bangunan industri, pesawat terbang dan roket, kapal motor dan lokomotif diesel, batuan dan mineral tersusun dari kristal. Kita memakan kristal, kita menyembuhkannya, dan sebagian kita terbuat dari kristal.

Jadi apa itu kristal? Properti apa yang mereka miliki? Bagaimana kristal tumbuh? Bagaimana dan di mana penggunaannya saat ini dan bagaimana prospek penggunaannya di masa depan? Pertanyaan-pertanyaan ini menarik minat saya, dan saya mencoba menemukan jawabannya.

Unduh:

Pratinjau:

KONFERENSI ILMIAH DAN PRAKTIS KABUPATEN KUZNETSK KE-11 “DUNIA TERBUKA”

BAGIAN FISIKA

Aplikasi utama kristal buatan

Diselesaikan oleh siswa kelas 8

Nikolay Fetisov

Kepala Sizochenko A.I.,

Guru fisika

Pendidikan menengah kota

Pembentukan

“Pendidikan dasar umum

Sekolah No.24"

Novokuznetsk, 2014

Pendahuluan................................................................................2

1. Bagian utama

1.1. Konsep kristal………………..……..4

1.2. Kristal tunggal dan polikristal........................4

1.3. Metode menumbuhkan kristal……….…5

1.4. Penerapan kristal…………………..………7

2. Bagian praktis

2.1. Menanam kristal di rumah

Ketentuan………………………………………...9

3. Kesimpulan……………………………………….…11

Daftar Pustaka.....................................................................................................13

Aplikasi………………….………………………..14-15

Perkenalan

Seperti pematung ajaib

Tepi kristal yang ringan

Membuat larutan tidak berwarna.

N.A.Morozov

Dunia di sekitar kita terdiri dari kristal; kita dapat mengatakan bahwa kita hidup di dunia kristal. Bangunan tempat tinggal dan bangunan industri, pesawat terbang dan roket, kapal motor dan lokomotif diesel, batuan dan mineral tersusun dari kristal. Kita memakan kristal, kita menyembuhkannya, dan sebagian kita terbuat dari kristal.

Kristal adalah zat yang partikel terkecilnya “dikemas” dalam urutan tertentu. Akibatnya, seiring pertumbuhan kristal, permukaan datar secara spontan muncul di permukaannya, dan kristal itu sendiri mengambil berbagai bentuk geometris.

Pernyataan Akademisi A.E. Fersman “Hampir seluruh dunia berbentuk kristal. Dunia diatur oleh kristal dan hukum-hukumnya yang solid dan linier” konsisten dengan minat ilmiah para ilmuwan di seluruh dunia terhadap objek penelitian ini.

Industri modern tidak dapat hidup tanpa beragam kristal. Mereka digunakan dalam jam tangan, radio transistor, komputer, laser dan banyak lagi. Laboratorium besar - alam - tidak dapat lagi memenuhi permintaan teknologi yang berkembang, sehingga kristal buatan ditanam di pabrik khusus: kecil, hampir tidak terlihat, dan besar dengan berat beberapa kilogram.

Orang-orang telah belajar mendapatkan banyak batu berharga secara artifisial. Misalnya, bantalan untuk jam tangan dan instrumen presisi lainnya telah lama dibuat dari batu rubi buatan. Kristal indah juga diperoleh secara artifisial, yang tidak ada sama sekali di alam - zirkonia kubik. Sulit untuk membedakan zirkonia kubik dari berlian dengan mata - mereka bermain sangat indah dalam cahaya.

Jadi apa itu kristal? Properti apa yang mereka miliki? Bagaimana kristal tumbuh? Bagaimana dan di mana penggunaannya saat ini dan bagaimana prospek penggunaannya di masa depan? Pertanyaan-pertanyaan ini menarik minat saya, dan saya mencoba menemukan jawabannya.

Pekerjaan saya adalah penelitian, karena pelaksanaannya menggunakan pengetahuan beberapa mata pelajaran: fisika, kimia, biologi, ilmu komputer. Sebagai hasil dari kegiatan tersebut, saya membuat presentasi “Kristal dan Aplikasinya”, yang dapat digunakan dalam pelajaran fisika dan kimia sebagai alat bantu visual, dan kristal yang ditumbuhkan dari tembaga sulfat dan garam meja.

Target:

Tentukan area utama penerapan kristal buatan dan uji secara eksperimental kemungkinan menumbuhkan kristal garam meja dan tembaga sulfat tanpa menggunakan peralatan khusus.

Untuk mencapai tujuan ini, saya menghadapi hal berikut

tugas:

• Kumpulkan materi tentang kristal dan sifat-sifatnya dari sumber sastra dan internet.
• Melakukan percobaan menumbuhkan kristal tembaga sulfat dan garam meja.
• Sistematisasikan materi tentang kristal: penggunaan kristal buatan dan metode budidayanya.
• Buat presentasi “Kristal dan aplikasinya” untuk tujuan pendidikan.

1. Bagian utama

1. Konsep kristal

Kristal (dari bahasa Yunani krystallos - "es transparan") awalnya disebut kuarsa transparan (kristal batu), ditemukan di Pegunungan Alpen. Kristal batu disalahartikan sebagai es, mengeras karena suhu dingin sedemikian rupa sehingga tidak lagi meleleh. Awalnya, ciri utama kristal terlihat pada transparansinya, dan kata ini digunakan untuk semua padatan alami transparan. Belakangan mereka mulai memproduksi kaca yang kecemerlangan dan transparansinya tidak kalah dengan bahan alami. Benda yang terbuat dari kaca semacam itu disebut juga “kristal”. Bahkan saat ini, kaca dengan transparansi khusus disebut kristal, dan bola “ajaib” para peramal disebut bola kristal.

Ciri luar biasa dari kristal batu dan banyak mineral transparan lainnya adalah tepiannya yang halus dan rata. Pada akhir abad ke-17. telah diketahui bahwa terdapat simetri tertentu dalam susunannya dan ditemukan bahwa beberapa mineral buram memiliki potongan alami yang teratur. Muncul dugaan bahwa bentuknya mungkin ada hubungannya dengan struktur internal. Akhirnya, kristal kemudian disebut sebagai semua padatan yang memiliki potongan datar alami.

Di gudang senjata ada pakaian dan mahkota tsar Rusia, seluruhnya bertabur kristal - permata - batu kecubung. Di gereja, ikon dan altar dihiasi dengan batu kecubung.

Kristal yang paling terkenal adalah berlian, yang setelah dipotong, berubah menjadi berlian. Orang-orang telah mencoba mengungkap misteri batu-batu ini selama berabad-abad, dan ketika mereka menetapkan bahwa berlian adalah sejenis karbon, tidak ada yang mempercayainya.

Eksperimen yang menentukan dilakukan pada tahun 1772 oleh ahli kimia Perancis Lavoisier. Di alam, berlian terbentuk di kedalaman bumi pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Para ilmuwan mampu menciptakan kondisi di laboratorium di mana berlian dapat diperoleh dari grafit hanya 200 tahun kemudian. Puluhan ton berlian buatan kini diproduksi. Diantaranya ada berlian untuk keperluan perhiasan, namun sebagian besar digunakan untuk membuat berbagai perkakas.

1. Kristal tunggal dan polikristal

Badan kristal dapat berupa kristal tunggal atau polikristal. Kristal tunggal disebut kristal tunggal, yang memiliki kisi kristal terurut makroskopis. Mereka memiliki bentuk luar yang teratur secara geometris, tetapi fitur ini tidak wajib.

Polikristal adalah kristal kecil yang berorientasi kacau yang menyatu - kristalit.

1. Metode penanaman kristal

Di laboratorium, kristal ditanam dalam kondisi yang dikontrol dengan cermat untuk memastikan sifat yang diinginkan, namun pada prinsipnya, kristal laboratorium terbentuk dengan cara yang sama seperti di alam - dari larutan, lelehan, atau uap. Jadi, kristal piezoelektrik garam Rochelle ditumbuhkan dari larutan berair pada tekanan atmosfer. Kristal besar kuarsa optik juga ditumbuhkan dari larutan, tetapi pada suhu 350–450 HAI C dan tekanan 140 MPa. Rubi disintesis pada tekanan atmosfer dari bubuk aluminium oksida yang dilebur pada suhu 2050 HAI C. Kristal silikon karbida yang digunakan sebagai bahan abrasif diperoleh dari asap tungku listrik.

Kristal tunggal pertama yang diperoleh di laboratorium adalah ruby. Untuk mendapatkan rubi, campuran alumina anhidrat yang mengandung campuran kalium kaustik dengan barium fluorida dan garam dikromopotassium lebih besar atau lebih kecil dipanaskan. Yang terakhir ditambahkan untuk mewarnai rubi, dan sejumlah kecil aluminium oksida diambil. Campuran ditempatkan dalam wadah tanah liat dan dipanaskan (dari 100 jam hingga 8 hari) dalam tungku reverberatori pada suhu hingga 1500 HAI C. Di akhir percobaan, massa kristal muncul di wadah, dan dindingnya ditutupi dengan kristal rubi berwarna merah muda yang indah.

Metode umum kedua untuk menumbuhkan kristal batu permata sintetis adalah metode Czochralski. Cara kerjanya adalah sebagai berikut: lelehan zat yang akan dijadikan batu untuk mengkristal ditempatkan dalam wadah tahan api yang terbuat dari logam tahan api (platinum, rhodium, iridium, molibdenum, atau tungsten) dan dipanaskan dalam induktor frekuensi tinggi. . Benih dari bahan kristal masa depan diturunkan ke dalam lelehan pada poros pembuangan, dan bahan sintetis ditanam di atasnya hingga ketebalan yang dibutuhkan. Batang yang berisi benih ditarik ke atas secara bertahap dengan kecepatan 1-50 mm/jam dengan pertumbuhan simultan pada kecepatan putaran 30-150 rpm. Putar poros untuk menyamakan suhu lelehan dan memastikan distribusi kotoran yang merata. Diameter kristal mencapai 50 mm, panjang hingga 1 m Korundum sintetis, spinel, garnet, dan batu buatan lainnya ditanam menggunakan metode Czochralski.

Kristal juga dapat tumbuh ketika uap mengembun - ini adalah bagaimana pola kepingan salju diperoleh pada kaca dingin. Ketika logam dipindahkan dari larutan garam dengan bantuan logam yang lebih aktif, kristal juga terbentuk. Misalnya, celupkan paku besi ke dalam larutan tembaga sulfat; maka akan tertutup lapisan tembaga merah. Namun kristal tembaga yang dihasilkan berukuran sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat di bawah mikroskop. Tembaga dilepaskan ke permukaan kuku dengan sangat cepat, sehingga kristalnya terlalu kecil. Namun jika prosesnya diperlambat, kristalnya akan menjadi besar. Untuk melakukan ini, tutupi tembaga sulfat dengan lapisan garam meja yang tebal, letakkan lingkaran kertas saring di atasnya, dan di atasnya - pelat besi dengan diameter sedikit lebih kecil. Yang tersisa hanyalah menuangkan larutan garam meja jenuh ke dalam wadah. Tembaga sulfat akan mulai larut perlahan dalam air garam. Ion tembaga (dalam bentuk anion kompleks berwarna hijau) akan berdifusi ke atas dengan sangat lambat selama beberapa hari; prosesnya dapat diamati dari pergerakan batas berwarna. Setelah mencapai pelat besi, ion tembaga direduksi menjadi atom netral. Namun karena proses ini terjadi sangat lambat, atom-atom tembaga tersusun menjadi kristal-kristal indah berkilau. Terkadang kristal ini membentuk cabang - dendrit.

1. Penerapan kristal.

Kristal alami selalu membangkitkan rasa penasaran masyarakat. Warna, kilau dan bentuknya menyentuh rasa keindahan manusia, dan orang-orang menghiasi diri mereka sendiri dan rumah mereka dengan mereka. Sejak lama, takhayul telah dikaitkan dengan kristal; seperti jimat, mereka tidak hanya seharusnya melindungi pemiliknya dari roh jahat, tetapi juga memberi mereka kekuatan gaib. Belakangan, ketika mineral yang sama mulai dipotong dan dipoles seperti batu mulia, banyak takhayul yang tersimpan dalam jimat “keberuntungan” dan “batu milik sendiri” yang sesuai dengan bulan kelahiran. Semua batu permata alami kecuali opal berbentuk kristal, dan banyak di antaranya, seperti berlian, rubi, safir, dan zamrud, ditemukan dalam bentuk kristal yang dipotong dengan indah.Perhiasan kristalsama populernya sekarang seperti pada masa Neolitikum.

Berdasarkan hukum optik, para ilmuwan mencari mineral transparan, tidak berwarna, dan bebas cacat yang dapat digunakan untuk membuat lensa dengan cara menggiling dan memoles. Kristal kuarsa yang tidak berwarna memiliki sifat optik dan mekanik yang diperlukan, danlensa pertama, termasuk untuk kacamata, dibuat dari mereka. Bahkan setelah munculnya kaca optik buatan, kebutuhan akan kristal tidak sepenuhnya hilang; Kristal kuarsa, kalsit, dan zat transparan lainnya yang memancarkan radiasi ultraviolet dan inframerah masih digunakan untuk membuat prisma dan lensa perangkat optik.

Kristal memainkan peran penting dalam banyak inovasi teknis pada abad ke-20. Beberapa kristal menghasilkan muatan listrik ketika berubah bentuk. Penggunaan signifikan pertama mereka adalahproduksi generator frekuensi radio dengan stabilisasi oleh kristal kuarsa.Dengan memaksa pelat kuarsa bergetar di medan listrik rangkaian osilasi frekuensi radio, frekuensi penerima atau transmisi dapat distabilkan.

Dioda semikonduktor digunakan dalam komputer dan sistem komunikasi, transistor telah menggantikan tabung vakum dalam teknik radio, dan panel surya yang ditempatkan di permukaan luar pesawat ruang angkasa mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Semikonduktor juga banyak digunakan pada konverter AC-DC.

Kristal dengan sifat piezoelektrik digunakan pada penerima dan pemancar radio, pada kepala pickup dan sonar. Beberapa kristal memodulasi berkas cahaya, sementara yang lain menghasilkan cahaya di bawah pengaruh tegangan yang diberikan. Daftar kegunaan kristal sudah cukup panjang dan terus bertambah.

Kristal buatan.Sejak lama, manusia bermimpi mensintesis batu yang sama berharganya dengan yang ditemukan di alam. Sampai abad ke-20 upaya seperti itu tidak berhasil. Namun pada tahun 1902berhasil mendapatkan rubi dan safir, memiliki sifat batu alam. Kemudian, pada akhir tahun 1940-an adazamrud disintesis, dan pada tahun 1955 perusahaan General Electric dan Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet melaporkan produksinyaberlian buatan.

Banyaknya kebutuhan teknologi akan kristal telah mendorong penelitian tentang metode menumbuhkan kristal dengan sifat kimia, fisik, dan listrik yang telah ditentukan. Upaya para peneliti tidak sia-sia, dan ditemukan metode untuk menumbuhkan kristal besar dari ratusan zat, banyak di antaranya tidak memiliki analogi alami. Di alam, seringkali terdapat benda padat yang berbentuk polihedra beraturan. Benda-benda seperti itu disebut kristal. Studi tentang sifat fisik kristal telah menunjukkan bahwa bentuk geometris yang benar bukanlah ciri utamanya.

Hal ini sepenuhnya konsisten dengan minat ilmiah yang tiada henti dari para ilmuwan di seluruh dunia dan semua bidang pengetahuan terhadap objek penelitian ini. Pada akhir tahun 60an abad terakhir, terobosan ilmiah yang serius dimulai di bidang inikristal cair, yang memunculkan “revolusi indikator” untuk menggantikan mekanisme penunjuk dengan cara menampilkan informasi secara visual. Belakangan, konsep kristal biologis (DNA, virus, dll.) memasuki sains, dan pada tahun 80-an abad kedua puluh - kristal fotonik.

1. Bagian praktis

1. Menanam kristal di rumah

Menumbuhkan kristal adalah proses yang sangat menarik, tetapi cukup panjang dan melelahkan.

Penting untuk mengetahui proses apa yang mengendalikan pertumbuhannya; mengapa zat yang berbeda membentuk kristal dengan bentuk yang berbeda, dan beberapa tidak membentuknya sama sekali; apa yang perlu dilakukan untuk menjadikannya besar dan cantik.

Saya mencoba menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini dalam pekerjaan saya.

Jika kristalisasi berlangsung sangat lambat, diperoleh satu kristal besar (atau kristal tunggal); jika cepat, diperoleh banyak kristal kecil.

Saya menanam kristal di rumah dengan berbagai cara.

Metode 1 . Mendinginkan larutan tembaga sulfat jenuh. Dengan menurunnya suhu, kelarutan zat berkurang dan zat tersebut mengendap. Pertama, inti kristal kecil muncul di larutan dan di dinding bejana. Ketika pendinginan berlangsung lambat dan tidak ada pengotor padat dalam larutan, banyak inti terbentuk, dan lambat laun berubah menjadi kristal indah dengan bentuk biasa. Dengan pendinginan yang cepat, banyak kristal kecil yang muncul, hampir tidak ada satupun yang bentuknya benar, karena banyak yang tumbuh dan saling mengganggu.

Untuk menumbuhkan kristal dari tembaga sulfat, saya membuat larutan lewat jenuh:

1. Untuk melakukan ini, saya mengambil air hangat, melarutkan vitriol di dalamnya dan menambahkannya sampai berhenti larut.

2. Tuang melalui saringan (kasa) ke dalam wadah bersih lainnya. Saya menuangkan air mendidih ke atas wadah untuk mencegah kristalisasi larutan secara cepat pada dinding yang kotor.

3. Siapkan benih.

4. Saya mengikatnya ke seutas benang dan menurunkannya ke dalam larutan.

Agar kristal tumbuh merata di semua sisi, sebaiknya benih (kristal kecil) tetap tersuspensi dalam larutan. Untuk melakukan ini, saya membuat pelompat dari batang kaca. Ngomong-ngomong, disarankan untuk mengambil benang yang halus dan tipis, mungkin sutra, agar kristal kecil yang tidak perlu tidak terbentuk di atasnya. Selanjutnya, saya menaruh solusi saya di tempat yang hangat. Pendinginan lambat sangat penting (untuk mendapatkan kristal besar). Kristalisasi dapat terlihat dalam beberapa jam. Secara berkala Anda perlu mengubah atau memperbarui larutan jenuh, dan juga membersihkan kristal kecil dari benang. (Lampiran 1)

Metode 2 - penghilangan air secara bertahap dari larutan jenuh.

Dalam hal ini, semakin lambat air dikeluarkan, semakin baik hasilnya. Saya meninggalkan wadah terbuka dengan larutan garam meja (garam meja) pada suhu kamar selama 14 hari, menutupinya dengan selembar kertas - air menguap perlahan dan debu tidak masuk ke dalam larutan. Kristal yang tumbuh disuspensikan dalam larutan jenuh pada benang tipis dan kuat. Kristal itu ternyata besar, tetapi tidak berbentuk - amorf. (Lampiran 1)

Menumbuhkan kristal adalah proses yang menarik, tetapi membutuhkan pendekatan yang cermat dan hati-hati dalam pekerjaannya. Secara teoritis, ukuran kristal yang dapat ditanam di rumah dengan cara ini tidak terbatas. Ada kasus yang diketahui ketika para peminat menerima kristal dengan ukuran sedemikian rupa sehingga hanya dapat diangkat dengan bantuan rekan-rekan mereka.

Namun sayangnya, ada beberapa kekhasan dalam penyimpanannya. Misalnya, jika kristal tawas dibiarkan terbuka di udara kering, lambat laun kristal tersebut akan kehilangan air yang dikandungnya dan berubah menjadi bubuk abu-abu yang tidak mencolok. Untuk melindunginya dari kehancuran, Anda bisa melapisinya dengan pernis tidak berwarna. Tembaga sulfat dan garam meja lebih stabil dan Anda dapat menggunakannya dengan aman.

Tahun lalu, di kelas 7, dalam pelajaran kimia, saat mempelajari topik “Fenomena yang terjadi pada zat”, kami menumbuhkan kristal, banyak orang tidak berhasil dalam eksperimen ini. Tahun ini saya memberi tahu anak-anak kelas 7 bagaimana melakukan tugas ini dengan benar dan inilah yang mereka lakukan (lihat Lampiran 2).

Kesimpulan

Semua sifat fisik yang menyebabkan kristal digunakan secara luas bergantung pada strukturnya - kisi spasialnya.

Selain kristal padat, kristal cair saat ini banyak digunakan, dan dalam waktu dekat kita akan menggunakan perangkat yang dibuat berdasarkan kristal fotonik.

Saya memilih metode yang paling cocok untuk menanam kristal di rumah dan menumbuhkan kristal garam dan tembaga sulfat. Saat kristal tumbuh, dia melakukan observasi dan mencatat perubahan.

Kristal itu indah, bisa dikatakan semacam keajaiban, mereka menarik perhatian Anda; Mereka mengatakan “seorang pria berjiwa kristal” tentang seseorang yang memiliki jiwa murni. Kristal artinya bersinar dengan cahaya seperti berlian. Dan jika kita berbicara tentang kristal dengan sikap filosofis, maka kita dapat mengatakan bahwa ini adalah bahan yang menjadi penghubung antara benda hidup dan benda mati. Kristal dapat terbentuk, menua, dan runtuh. Sebuah kristal, ketika tumbuh pada benih (pada embrio), mewarisi cacat dari embrio ini. Tetapi jika kita berbicara cukup serius, sekarang, mungkin, tidak mungkin untuk menyebutkan satu disiplin ilmu pun, tidak ada satu bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang dapat hidup tanpa kristal. Dokter tertarik pada lingkungan di mana kristalisasi batu ginjal terjadi, dan apoteker tertarik pada tablet yang merupakan kristal terkompresi. Penyerapan dan pembubaran tablet bergantung pada tepi mana mikrokristal tersebut ditutupi. Vitamin, selubung mielin saraf, protein, dan virus semuanya berbentuk kristal.

Kristal memiliki sifat ajaib; ia melakukan berbagai fungsi. Sifat-sifat ini melekat pada strukturnya, yang memiliki struktur kisi tiga dimensi. Kristalografi bukanlah ilmu baru. M.V. Lomonosov berdiri pada asal-usulnya. Pertumbuhan kristal menjadi mungkin berkat studi data mineralogi pembentukan kristal dalam kondisi alami. Dengan mempelajari sifat kristal, mereka menentukan komposisi pertumbuhannya dan kondisi pertumbuhannya. Dan sekarang proses ini ditiru, memperoleh kristal dengan sifat tertentu. Ahli kimia dan fisikawan mengambil bagian dalam produksi kristal. Jika yang pertama mengembangkan teknologi pertumbuhan, maka yang terakhir menentukan sifat-sifatnya. Bisakah kristal buatan dibedakan dari kristal alami? Misalnya, berlian buatan masih kalah dengan berlian alami dalam hal kualitas, termasuk kecemerlangannya. Berlian buatan tidak menimbulkan kegembiraan dalam perhiasan, tetapi cukup cocok untuk digunakan dalam teknologi, dan dalam hal ini berlian setara dengan berlian alami. Sekali lagi, para petani yang kurang ajar (yang disebut ahli kimia yang menanam kristal buatan) telah belajar menumbuhkan jarum kristal terbaik dengan kekuatan yang sangat tinggi. Hal ini dicapai dengan memanipulasi kimia medium, suhu, tekanan, dan paparan beberapa kondisi tambahan lainnya. Dan ini sudah merupakan keseluruhan seni, kreativitas, penguasaan - ilmu eksakta tidak akan membantu di sini.

Topik "Kristal" relevan, dan jika Anda mempelajarinya dan mempelajarinya lebih dalam, topik itu akan menarik bagi semua orang, ini akan memberikan jawaban atas banyak pertanyaan, dan yang paling penting - penggunaan kristal tanpa batas. Kristal pada hakikatnya misterius dan sangat luar biasa sehingga dalam karya saya, saya hanya menceritakan sebagian kecil dari apa yang diketahui tentang kristal dan kegunaannya saat ini. Bisa jadi wujud materi kristalin merupakan langkah yang menyatukan dunia anorganik dengan dunia materi hidup. Masa depan teknologi terbaru adalah milik kristal dan agregat kristal!

Berdasarkan penelitian saya, saya sampai pada kesimpulan berikut: kesimpulan:

• Kristal yang ditanam secara artifisial digunakan dalam berbagai bidang: kedokteran, teknik radio, konstruksi pesawat terbang, optik, dan banyak lainnya.
• Jangka waktu memperoleh kristal buatan jauh lebih singkat dibandingkan proses pembentukan alaminya. Yang membuatnya lebih mudah diakses untuk digunakan.
• Anda bisa menanam kristal di rumah meski dalam waktu singkat.

Bibliografi

1. Kimia. Kursus pengantar. kelas 7: mendidik. Manfaat / O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov, A.K. Akhlebinin. – edisi ke-6, M.: Bustard, 2011.
2. Kimia. kelas 7: buku kerja untuk buku teks O.S. Gabrielyan dkk. “Kimia. Kursus pengantar. kelas 7”/ O.S. Gabrielyan, G.A. Shipareva. – edisi ke-3, - M.: Bustard, 2011.
3. Landau L.D., Kitaygorodsky A.I. Fisika untuk semua orang, Buku 2. Molekul. - M., 1978.
4. Kamus ensiklopedis seorang ahli kimia muda. / Komp. V.A. Kritsman, V.V.Stanzo.-M., 1982.
5. Ensiklopedia untuk anak-anak. Jilid 4. Geologi. / Komp. S.T. Ismailova.-M., 1995.
6. Sumber daya internet:

http://www.krugosvet.ru – Ensiklopedia di Seluruh Dunia.

http://ru.wikipedia.org/ - Ensiklopedia Wikipedia.

http://www.kristallikov.net/page6.html - cara menumbuhkan kristal.

Lampiran 1.

Buku harian observasi

Lampiran 2

Kristal ditanam oleh siswa kelas tujuh

Keterangan slide:

Aplikasi kristal
Dekorasi
Lensa
Siapkan benihnya

Target
: menentukan area utama penerapan kristal buatan dan menguji secara eksperimental kemungkinan menumbuhkan kristal garam meja dan tembaga sulfat tanpa menggunakan peralatan khusus.
Tugas:

Kumpulkan materi tentang kristal dan sifat-sifatnya.
Melakukan percobaan menumbuhkan kristal tembaga sulfat dan garam meja.
Sistematisasikan materi tentang kristal: sifat fisik kristal dan aplikasinya.
Buat presentasi “Kristal dan aplikasinya.”
2. Perpindahan logam dari larutan garam menggunakan logam yang lebih aktif.
Melewati solusi melalui filter
Terima kasih atas perhatian Anda
Aplikasi utama kristal buatan
Diselesaikan oleh siswa kelas 8
Nikolay Fetisov
Pengawas
Sizochenko
A.I. ,
Guru fisika
Pendidikan menengah kota
Pembentukan
“Pendidikan dasar umum
Sekolah No.24"
Novokuznetsk, 2014
kesimpulan
Kristal yang ditanam secara artifisial digunakan dalam berbagai bidang: kedokteran, teknik radio,
pesawat mobil
struktur, optik dan banyak lainnya.
Jangka waktu memperoleh kristal buatan jauh lebih singkat dibandingkan proses pembentukan alaminya. Yang membuatnya lebih mudah diakses untuk digunakan.
Anda bisa menanam kristal di rumah meski dalam waktu singkat.
Metode penanaman kristal
metode
Czochralski
- wadah
metode:
meleleh
zat dari mana
seharusnya mengkristal
batu ditempatkan di tempat tahan api
percobaan
terbuat dari logam tahan api (platinum, rhodium,
iridium
, molibdenum, atau tungsten) dan dipanaskan
frekuensi tinggi
induktor.
(Batu permata: rubi)
wadah tanah liat
Menanam kristal di rumah
Metode 1
: Pendinginan lambat dari larutan jenuh
Mempersiapkan larutan lewat jenuh
Polikristal
Monokristal
Kristal ditanam oleh siswa kelas tujuh
Kristal cair
Kristal
- ini padat
zat,

memiliki alami
bentuk eksternal
polihedra simetris beraturan
, berdasarkan
pada
internal mereka
struktur
Dioda semikonduktor, transistor, panel surya
Metode 2:
Penghapusan air secara bertahap dari larutan jenuh

DI DALAM
Dalam hal ini, semakin lambat air dikeluarkan, semakin baik hasilnya.

Anda harus meninggalkan kapal
dengan solusi tabel
garam,
menutupinya dengan selembar kertas, sambil air
menguap
perlahan-lahan, dan debu tidak masuk ke dalam larutan
hits.

Kristal
Ternyata besar, tapi tidak berbentuk - amorf.

Bisnis menjanjikan yang membutuhkan sedikit modal awal dan dapat menghasilkan pendapatan stabil adalah budidaya kristal buatan untuk perhiasan. Mereka banyak digunakan dalam perhiasan modern, organisasi liburan dan memiliki keunggulan signifikan dibandingkan batu alam. Mereka tahan lama, penampilan menarik, dan lebih murah. Bagaimana Anda bisa mulai menanam kristal dan seberapa menguntungkannya?

Berdasarkan undang-undang Rusia, bisnis ini tidak memerlukan izin atau lisensi. Produksi mereka minimal mahal. Popularitas produk ini terus meningkat karena harganya terjangkau bagi pembeli massal, tidak seperti batu alam.

Kristal seperti itu ideal untuk tujuan dekoratif: membuat hiasan pohon Tahun Baru, kepingan salju, dekorasi sebagai pengganti hujan. Mereka bisa digunakan untuk menghias kostum liburan. Ada peluang nyata untuk menentukan bentuk produk kristal masa depan.

Menumbuhkan kristal - perhitungan profitabilitas

Sekitar 21 rubel. akan membutuhkan bahan mentah yang diperlukan untuk membuat kristal yang mirip dengan rubi: aluminium oksida - 7 g, kromium oksida - 0,3 g Untuk memanaskan air, 3 kW / jam akan dihabiskan selama 1,5 jam. Harganya sekitar 5 rubel. Total biaya produksi satu kristal adalah 26 rubel. Hasilnya, Anda bisa mendapatkan produksi kristal yang sangat menguntungkan dengan menjual permata buatan ini dengan harga yang jauh lebih tinggi daripada biayanya.

Menanam kristal di rumah membutuhkan banyak kesabaran dan banyak waktu. Namun semua itu akan terbayar dengan penghasilan yang lumayan.

Cara menumbuhkan kristal buatan yang indah

Bahan baku awal untuk produk jadi adalah garam meja biasa, tembaga sulfat, boraks dan zat lainnya.

Teknologi pembuatan permata seperti itu sangat sederhana.

1. Larutan garam yang sangat jenuh perlu dibuat dalam toples kaca agar kristal zat berhenti larut.

2. Panaskan sedikit hingga garam benar-benar larut, masukkan toples berisi larutan garam ke dalam wadah berisi air hangat.

3. Tuang larutan ke dalam toples lain. Tempatkan jembatan di lehernya, tempelkan kristal garam kecil yang sudah jadi pada seutas benang. Dalam tiga hari, kristal buatan baru akan tumbuh di atasnya.

4. Untuk mendapatkan bentuk kristal yang diinginkan, Anda perlu mengikatkan blanko berupa kepingan salju atau produk lain ke pensil dan menurunkannya ke dalam larutan. Bentuknya harus menggantung bebas tanpa menyentuh bagian bawah.

5. Bejana ini tidak boleh diguncang, diputar atau diangkat. Itu harus di tempat yang hangat.

6. Ketika kristal mencapai ukuran yang diinginkan, kristal harus dikeluarkan dan dikeringkan secara menyeluruh menggunakan serbet kertas atau kain lembut.

7. Kemudian benang dipotong dan kristalnya dilapisi dengan pernis tidak berwarna.

Untuk mendapatkan kristal dengan kualitas lebih tinggi, mirip dengan kristal asli, Anda perlu menggunakan benih yang ditempatkan dalam larutan (alumunium atau kalium kromium tawas).

Kristal yang tumbuh - nuansa

Batu buatan bisa memiliki warna berbeda

1. Dari garam meja dan gula Anda akan mendapatkan kristal tidak berwarna.

2. Cara terbaik adalah menggunakan tembaga sulfat untuk mendapatkan kristal untuk mendapatkan kristal berwarna biru cerah, mirip dengan pirus. Bahan murah ini dapat dengan mudah dibeli di toko berkebun dan hortikultura mana pun. Ini digunakan untuk mengendalikan hama tanaman dan harganya sangat murah.

3. Saat menggunakan tawas kalium kromium, diperoleh kristal ungu yang menakjubkan, mirip dengan batu kecubung.

Untuk membuat permata buatan yang mungkin diminati oleh pembuat perhiasan profesional, Anda harus membeli peralatan yang diperlukan. Dengan cara ini, permata buatan hingga 400 karat dapat diproduksi.

Jika Anda kreatif, menanam kristal bisa menjadi usaha menarik yang bisa menghasilkan penghasilan besar.

Menumbuhkan kristal asli cukup sederhana, menarik, dan mendidik. Artikel ini membahas tentang cara melakukan ini di rumah.

Kristal terbentuk dari zat apa pun yang atom dan molekulnya dikelompokkan menjadi struktur yang teratur. Untuk membudidayakannya tidak memerlukan laboratorium atau peralatan khusus. Reagen paling sederhana yang selalu tersedia bisa digunakan.

Menumbuhkan kristal adalah salah satu eksperimen kimia termudah dan teraman yang tersedia di rumah. Bahkan seorang anak usia sekolah dasar pun dapat melaksanakannya di bawah pengawasan orang dewasa.

Imbalan atas usaha Anda adalah sebuah objek dengan keindahan luar biasa yang Anda ciptakan dengan tangan Anda sendiri.

Jenis kristal

1. Monokristal adalah kristal tunggal yang besar, misalnya batu buatan. Ini terbentuk ketika proses kristalisasi terjadi sangat lambat.
2. Polikristal terbentuk ketika kristalisasi terjadi dengan cepat. Dalam hal ini, banyak kristal kecil terbentuk. Beginilah perilaku logam.

Cara menanam kristal di rumah

Salah satu cara paling sederhana untuk menumbuhkan kristal adalah dengan mendinginkan larutan jenuh. Proses apa yang terjadi pada kasus tersebut?

1. Dalam air hangat, zat yang dipilih untuk percobaan (misalnya garam) larut sempurna.
2. Suhu larutan diturunkan: hal ini mengurangi kelarutan garam. Garam yang tidak larut terbentuk dan mengendap.
3. Terbentuknya endapan diawali dengan terbentuknya butiran-butiran kecil baik pada larutan itu sendiri maupun pada permukaan wadah tempatnya ditempatkan.
4. Jika tidak ada inklusi asing dalam larutan (setitik debu biasa, bulu halus, dll.), dan pendinginan terjadi secara bertahap, butiran-kristal ini tumbuh bersama menjadi kristal yang lebih besar dan lebih teratur.
5. Pendinginan yang cepat menyebabkan terbentuknya banyak kristal kecil yang bentuknya tidak beraturan sekaligus, yang tidak saling terhubung dan menghambat pertumbuhan satu sama lain.

Kristal juga akan tumbuh jika pelarut (air) dihilangkan secara bertahap dari larutan jenuhnya. Bagaimana melakukan ini dan apa yang akan terjadi di dalam kapal?

1. Piring dengan larutan jenuh harus disimpan dalam waktu lama pada suhu konstan.
2. Penting untuk mengecualikan masuknya sampah dan debu, dan juga memperlambat penguapan air (untuk melakukan ini, cukup tutupi wadah dengan kertas).
3. Anda dapat menumbuhkan kristal pada semacam suspensi di tengah wadah (kemudian bentuknya akan benar), atau di bagian bawah wadah.
4. Jika kristal tumbuh di bagian bawah, maka harus diputar secara berkala untuk mencapai simetri.
5. Sebagai pengganti air yang diuapkan, tambahkan larutan dengan konsistensi yang sama seperti pada awal percobaan.

Prinsip dasar dalam hal ini tetap sama: semakin lambat proses yang mempengaruhi kristalisasi, semakin indah, besar dan teratur kristal tersebut. Jika kristal asli yang menjadi dasar pertumbuhan mempunyai bentuk yang tidak beraturan, ia akan melengkapi bagian-bagian yang hilang seiring pertumbuhannya dan mengambil konfigurasi yang khas dari sifat substansinya. Jadi tembaga sulfat pada akhirnya akan tumbuh menjadi belah ketupat, dan garam kromium-kalium tawas akan membentuk segi delapan.

Dipercaya bahwa hanya kristal kecil yang dapat tumbuh di rumah dari cara improvisasi. Ini tidak benar: dengan perhatian yang tepat, ada kemungkinan menumbuhkan kristal dengan ukuran dan berat apa pun di rumah. Padahal, untuk melakukan ini, cukup melanjutkan prosedur kristalisasi hingga hasil yang diinginkan tercapai. Tentunya Anda harus segera memilih wadah yang sesuai ukurannya.

Keamanan kristal

Kegagalan untuk mematuhi kondisi penyimpanan dapat menyebabkan kerusakan kristal. Penting untuk membiasakan diri Anda dengan karakteristik zat yang dipilih terlebih dahulu untuk menghindari kekecewaan di akhir pekerjaan yang panjang dan melelahkan.

Dengan demikian, tepi kristal tawas yang dipahat di bawah pengaruh udara kering biasa akan memudar karena hilangnya kelembapan dan hancur, membentuk bubuk abu-abu. Hal yang sama akan terjadi pada natrium sulfat dan tiosulfat, mangan, seng, garam nikel, dan garam Rochelle. Satu-satunya jalan keluar adalah dengan menempatkan kristal dalam wadah transparan yang tertutup rapat. Beberapa orang menyarankan untuk menutupi kristal dengan pernis bening, tetapi ini hanya menunda kematian. Selain itu, tepi yang dipernis kehilangan kilau aslinya dan terlihat buatan.

Suhu tinggi menghancurkan kristal yang tumbuh dari tembaga sulfat dan kalium tawas. Umur kristal tersebut dapat diperpanjang dengan menyimpannya di lemari es rumah tangga. Namun, di sini pun mereka akan bertahan sekitar 2 tahun.

Masalah lain dengan kristal zat yang larut dalam air adalah bahwa kristal tersebut dihancurkan oleh perubahan suhu karena kelembapan, yang tertinggal dalam jumlah kecil di dalamnya. Karena alasan ini, bintik-bintik muncul, keripik muncul, tepinya memudar, dan terjadi hilangnya kilau.

Mungkin zat paling stabil yang populer untuk menumbuhkan kristal adalah garam meja.

rehovot

(Publikasi berisi sebagian materi.
Bagi yang berminat melanjutkan silahkan hubungi telp. 050-9455328)

Sedikit sejarah

Materi, seperti diketahui, dapat berada dalam tiga keadaan agregasi - gas, cair dan padat, berbeda satu sama lain dalam berbagai tingkat tarik-menarik molekul, atom, dan ion. Dalam gas, partikel material bergerak terus menerus. Dalam padatan mereka “terikat”, dan tergantung pada apakah partikel-partikel tersebut tersusun secara acak atau teratur, padatan amorf dan kristal dibedakan. Nama kristal (dalam bahasa Yunani "kristallos", beku dalam dingin) pada zaman kuno mengacu pada kristal heksagonal transparan - kuarsa (kristal batu). Itu dianggap sebagai “kelembapan surgawi”, yang terbentuk dari es yang didinginkan sedemikian rupa sehingga nyala api yang kuat pun tidak mampu mengembalikannya ke keadaan semula.

Polihedra dan simetri

Sejak dahulu kala, pada masa penambangan, masyarakat telah menemukan mineral berbentuk polihedra. Belakangan, semua polihedra mulai disebut kristal. Bahkan ada ilmu pengetahuan yang muncul - kristalografi, yang berhubungan dengan deskripsi geometris berbagai bentuk kristal. Dorongan bagi asal usul dan perkembangan kristalografi di zaman kuno adalah penemuan mineral alami dengan bentuk segi yang sangat berbeda. Menurut filsuf Yunani kuno, bentuk dengan wajah yang identik, simpul yang identik, dan tepi yang identik melambangkan elemen dasar alam: api digambarkan. sebagai tetrahedron (tetrahedron), udara sebagai segi delapan (delapan sisi), air - sebuah ikosahedron (dua puluh sisi) dan bumi - sebuah kubus (hexahedron). Seringkali polihedra tidak memiliki permukaan yang identik; mereka terdiri dari beberapa bentuk permukaan. Nama-nama bentuk kristal tersebut masih dipertahankan dan masih digunakan sampai sekarang. .Studi tentang polihedra juga dikaitkan dengan penemuan hukum simetri. Kata "simetri" dalam terjemahan tepat dari bahasa Yunani berarti "proporsionalitas". Di salah satu relung bangunan galeri seni Prado terkenal di Madrid terdapat patung marmer bergambar wanita cantik. Prasasti di bagian dasarnya menunjukkan bahwa ini adalah patung dewi simetri. Keberadaan patung semacam itu menjadi bukti bahwa konsep simetri muncul pada zaman yang sangat kuno, jauh sebelum simetri menjadi pokok bahasan ilmu kristalografi. Kata simetri rupanya sebelumnya diidentikkan dengan kata “keindahan”. “Pendewaan” simetri dengan jelas menunjukkan bahwa di zaman kuno, seperti sekarang, simetri memainkan peran besar dalam seni. Biasanya, tidak ada yang mengetahui nama ilmuwan yang memperkenalkan konsep atau istilah baru. Konsep-konsep tersebut khususnya mencakup konsep unsur-unsur simetri, yang tanpanya mustahil membayangkan ilmu kristalografi, yaitu bidang simetri, sumbu dan pusat simetri. Mengenai unsur simetri yang paling sederhana dan terpenting – bidang simetri, dapat dikatakan dengan pasti bahwa gagasannya telah terbentuk pada manusia sejak dahulu kala, karena dapat ditemukan langsung pada gambar binatang, burung, serangga. , manusia itu sendiri dan berbagai macam objek paling biasa. Lebih sulit untuk sampai pada gagasan tentang sumbu simetri sebagai garis lurus, ketika diputar di mana gambar tersebut digabungkan dengan dirinya sendiri beberapa kali hingga berada pada posisi semula. Merupakan kebiasaan untuk menyebut sumbu simetri sebagai sumbu orde ke-n jika suatu bangun datar yang memiliki sumbu ini sejajar dengan dirinya sendiri setelah berputar penuh mengelilingi sumbu ke-n kali. Urutan sumbu kristal kecil - 1, 2, 3, 4, 6. Pusat simetri adalah suatu titik, di kedua sisinya ke segala arah terdapat titik, permukaan, dan tepi gambar yang identik.

Misteri sifat kristal

Sulit membayangkan seseorang yang belum pernah menjumpai kristal dalam kehidupan sehari-hari. Mereka ada di alam, dalam kehidupan sehari-hari dan bahkan di tubuh manusia. Semua orang tahu kristal air - es, salju, kepingan salju; kita sering menjumpai proses pembuatan selai gula, madu (kristal sukrosa), dengan munculnya kristal asam tartarat, dengan pembentukan kristal di hati atau ginjal manusia. Dan batu mulia: berlian, thoraz, zamrud, rubi, dll. Berapa banyak legenda dan cerita detektif yang telah diciptakan tentang sifat mistik perhiasan terkenal yang dikaitkan dengan kristal tersebut; Keindahan, warna dan simetri kristal (termasuk yang diproses secara khusus) telah digunakan sejak zaman kuno sebagai dekorasi dan jimat. Ahli mineralogi memandang kristal sebagai ciptaan alam yang abadi, beku dan tidak berubah, yang harus disimpan di museum, dan sangat berbeda dari alam yang hidup - tumbuhan, hewan. Baru pada abad 11 - 11 pandangan ilmiah pertama tentang sifat kristal muncul . Diasumsikan bahwa kristal itu dibangun dari “batu bata” terkecil. Dengan memeriksa pecahan kristal secara cermat, seseorang dapat menemukan bahwa pecahan tersebut memiliki bentuk yang teratur, mirip dengan bentuk kristal besar (“induknya”). Saya berasumsi bahwa bentuknya tetap dipertahankan bahkan pada bangunan yang tidak terlihat oleh mata. Rahasia “batu bata” kecil yang tak kasat mata ini ditemukan ketika mempelajari fenomena difraksi sinar-X hanya pada awal abad ke-20 (M. Laue, 1912). Metode ini memungkinkan untuk mengukur jarak antara partikel material yang membentuk kisi spasial yang teratur. Penemuan difraksi sinar-X (juga disebut sinar-X) merevolusi kristalografi. Bidang baru kimia kristal telah muncul - analisis difraksi sinar-X, yang memungkinkan mempelajari struktur kristal pada tingkat atom. Untuk penelitian semacam itu, diperlukan kristal tunggal, yaitu. kristal yang terdiri dari satu individu, meskipun ukurannya kecil. Pelopor studi struktur atom kristal adalah ayah dan anak Braggy, yang menentukan struktur garam meja, berlian, dan beberapa mineral lainnya. Ada kebutuhan akan objek baru - kristal tunggal yang tidak ditemukan di alam.

Perkembangan lebih lanjut dari kristalografi mengikuti tiga arah:

1. Studi tentang struktur atom kristal.

2. Mempelajari proses nukleasi dan pertumbuhan kristal, menemukan metode pertumbuhannya.

3. Kajian sifat fisik baru kristal yang berkaitan dengan struktur atomnya, dan penggunaan kristal yang diperoleh secara artifisial dengan sifat tertentu dalam berbagai cabang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Kristal buatan

Jadi, kristal buatan. Mereka juga disebut sintetis untuk menekankan bahwa kristal tersebut, tidak seperti mineral alami, diperoleh dalam kondisi laboratorium. Sulit untuk mengatakan kapan mereka ditemukan; bahwa kristal dapat berinti dan tumbuh selama penguapan larutan gula, hiposulfit, atau garam meja. Bagaimanapun, fakta-fakta seperti itu sudah diketahui bahkan sebelum munculnya ilmu kimia, mineralogi, dan kristalografi. Menariknya, sebelum awal abad kedua puluh, ahli kimia telah belajar memurnikan berbagai zat menggunakan rekristalisasi berulang, dan ahli kristalologi dapat memperoleh kristal kecil yang terbentuk dengan baik dari larutan untuk mempelajari sifat optik dan sifat lainnya. seolah-olah bentuk luar kristal yang membeku dan benar secara geometris bertentangan dengan konsep kehidupan sebagai sesuatu yang tidak stabil, yang terus-menerus mengubah penampilannya. Namun, penelitian di bidang kristalisasi telah menunjukkan bahwa setiap kristal, seperti segala sesuatu yang ada di alam, mengalami sejumlah perubahan seiring berjalannya waktu, sehingga membentuk apa yang secara konvensional disebut “kehidupan”.

Kristal lahir, tumbuh, makan, runtuh, mengalami regenerasi, penuaan, kelelahan, tumbuh bersama dan bahkan saling melahap. Semua istilah ini, yang diambil dari biologi, secara historis mencerminkan ketidaksepakatan para naturalis abad ke-19 dengan para pendahulu mereka yang menganggap kristal sebagai ciptaan alam yang abadi dan tidak berubah, namun tidak hanya para naturalis klasik, tetapi juga para ilmuwan generasi selanjutnya yang membatasi diri. sebagai aturan, untuk eksperimen observasi dan penilaian umum. Tahap deskriptif baru mulai surut pada tahun 20-30an. abad XX.

Statistik menunjukkan hal yang sama: hingga tahun 1970, jumlah publikasi tentang pertumbuhan kristal tumbuh secara eksponensial. Jika kita mengekstrapolasi secara eksponensial kembali ke masa ketika jumlah publikasi sama dengan satu publikasi per tahun, kita sampai pada sekitar tahun 1915. Kini beberapa ribu publikasi diterbitkan setiap tahunnya. Mereka mempelajari proses nukleasi kristal, struktur permukaannya, proses pertumbuhan dari gas, larutan, lelehan, selama reaksi kimia dan elektrolisis, dan pembentukan cacat pada kristal yang sedang tumbuh. Penelitian ilmiah ini sangat diperlukan untuk praktik - industri ini memproduksi ribuan ton kristal untuk elektronik, teknologi komputer, optik, dan akustik. Perkembangan kristalografi dan dua cabangnya - fisika kristal - studi tentang sifat fisik kristal, dan kimia kristal - studi tentang struktur kristal - sekarang sangat bergantung pada ketersediaan kristal sintetis baru.

Mendapatkan kristal kecil dengan kualitas yang tidak terkendali bukanlah masalah yang sulit. Namun mencapai sifat yang diinginkan dalam kristal yang sangat besar atau bahkan kecil sangatlah sulit, dan proses ini terkadang memakan waktu puluhan tahun.

Bagaimana kristal diperoleh (ditumbuhkan)?

Ukuran formasi kristal tunggal yang ditangani oleh para ilmuwan dan pekerja industri berkisar dari nanometer (10-9 m) hingga panjang 1 meter dan radius 0,5 meter. Di bawah ini adalah metode untuk menumbuhkan kristal masif yang terlihat dengan mata telanjang. Untuk mendapatkan kristal tunggal dengan ketebalan kecil (film) atau formasi nanometer (fulerene, nanotube), metode lain digunakan. Menumbuhkan kristal adalah proses fisikokimia yang kompleks, yang jalannya bergantung pada banyak faktor berbeda, dan di mana sifat atomnya substansinya terlihat jelas. Proses kristalisasi adalah transformasi fase yang berhubungan dengan transisi atom dari suatu zat dengan konfigurasi yang tidak teratur seluruhnya atau sebagian (uap, cair, keadaan amorf) menjadi suatu zat dengan konfigurasi kisi kristal yang teratur. Jumlah metode untuk menumbuhkan kristal tunggal dibatasi oleh jumlah kemungkinan transisi ke keadaan kristal.

Pertumbuhan dari fase gas

Kristalisasi banyak zat yang praktis penting selama kondensasi fisik dari uap yang terdiri dari atom atau molekul unsur yang membentuk kristal sulit dilakukan karena laju pertumbuhan yang rendah dan tekanan uap yang rendah dari komponen yang diinginkan. Pertumbuhan dari fase gas yang melibatkan reaksi kimia, ketika gas terdiri dari berbagai senyawa kimia atom yang membentuk kristal, telah banyak diterapkan, terutama dalam produksi film, kumis, dan nanokristal.

Pertumbuhan dari solusi

Menumbuhkan kristal dari larutan dianggap sebagai metode paling universal. Zat yang mengkristal berada dalam pelarut murni atau dalam pelarut yang mengandung bahan tambahan. Karena tingkat pertumbuhan yang rendah, kristal dalam larutan biasanya tumbuh berbentuk segi, yaitu. ditutupi dengan permukaan yang halus secara atom. Pelarut dan kondisi untuk pertumbuhan kristal (komposisi, suhu, tekanan) dipilih berdasarkan data fisikokimia dari zat yang mengkristal. Pelarut dapat berupa senyawa yang bukan merupakan bagian dari kristal, maupun senyawa dari komponen kristal yang ditumbuhkan. Paling sering, air digunakan sebagai pelarut, yang melarutkan banyak zat anorganik yang tidak larut dalam air, mengkristal dari larutan organik. Kasus khusus pertumbuhan kristal dari larutan dikaitkan dengan penerapan tekanan dalam volume tertutup (alat khusus - autoklaf), atau dengan suhu tinggi, ketika zat cair digunakan sebagai pelarut. Yang pertama disebut larutan hidrotermal, yang kedua adalah larutan bersuhu tinggi (larutan dalam lelehan).

Israel, Rehovot, Juni 2009

Hak Cipta © Dr.V.Lyakhovitskaya 

Kristal buatan

Sejak lama, manusia bermimpi mensintesis batu yang sama berharganya dengan yang ditemukan di alam. Sampai abad ke-20 upaya seperti itu tidak berhasil. Namun pada tahun 1902 batu rubi dan safir dapat diperoleh yang memiliki khasiat seperti batu alam. Kemudian, pada tahun 1940-an, zamrud disintesis, dan pada tahun 1955, General Electric dan Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet melaporkan produksi berlian buatan.

Banyaknya kebutuhan teknologi akan kristal telah mendorong penelitian tentang metode menumbuhkan kristal dengan sifat kimia, fisik, dan listrik yang telah ditentukan. Upaya para peneliti tidak sia-sia, dan ditemukan metode untuk menumbuhkan kristal besar dari ratusan zat, banyak di antaranya tidak memiliki analogi alami. Di laboratorium, kristal ditanam dalam kondisi yang dikontrol dengan cermat untuk memastikan sifat yang diinginkan, namun pada prinsipnya, kristal laboratorium terbentuk dengan cara yang sama seperti di alam - dari larutan, lelehan, atau uap. Jadi, kristal piezoelektrik garam Rochelle ditumbuhkan dari larutan berair pada tekanan atmosfer. Kristal kuarsa optik berukuran besar juga ditumbuhkan dari larutan, tetapi pada suhu 350-450 o C dan tekanan 140 MPa. Rubi disintesis pada tekanan atmosfer dari bubuk aluminium oksida, dilebur pada suhu 2050 o C. Kristal silikon karbida, yang digunakan sebagai bahan abrasif, diperoleh dari uap dalam tungku listrik.

Penerapan kristal cair pada perangkat

tampilan informasi

Pada saat itu, keberadaan kristal cair tampak seperti sebuah keingintahuan, dan tidak ada yang bisa membayangkan bahwa hampir seratus tahun kemudian mereka akan memiliki masa depan yang cerah dalam aplikasi teknis. Oleh karena itu, setelah beberapa ketertarikan pada kristal cair segera setelah penemuannya, kristal tersebut praktis dilupakan setelah beberapa waktu.

Pada akhir abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh, banyak ilmuwan terkemuka yang sangat skeptis terhadap penemuan Reinitzer dan Lehmann. Faktanya adalah bahwa tidak hanya sifat-sifat kontradiktif yang dijelaskan dari kristal cair yang tampak sangat meragukan bagi banyak pihak yang berwenang, tetapi juga bahwa sifat-sifat berbagai zat kristal cair ternyata sangat berbeda. Beberapa kristal cair memiliki viskositas yang sangat tinggi, sementara yang lain memiliki viskositas yang rendah. Waktu berlalu, fakta tentang kristal cair secara bertahap terakumulasi, tetapi tidak ada prinsip umum yang memungkinkan kita membangun semacam sistem dalam gagasan tentang kristal cair. Penghargaan atas penciptaan dasar klasifikasi modern kristal cair adalah milik ilmuwan Prancis J. Friedel. Pada tahun 20-an, Friedel mengusulkan pembagian semua kristal cair menjadi dua kelompok besar. Dia menyebut satu kelompok nematik, kelompok lainnya smectic. Ia juga mengusulkan istilah umum untuk kristal cair (fase mesomorfik). Friedel ingin menekankan bahwa kristal cair menempati posisi perantara antara kristal sejati dan cairan, baik dalam suhu maupun sifat fisiknya. Kristal cair nematik dalam klasifikasi Friedel termasuk kristal cair kolesterik yang telah disebutkan di atas sebagai satu kelas. Yang paling “kristal” di antara kristal cair adalah smematis. Kristal smatic dicirikan oleh tatanan dua dimensi. Molekul ditempatkan sedemikian rupa sehingga sumbunya sejajar. Selain itu, mereka “memahami” perintah “menjadi setara” dan ditempatkan dalam barisan yang teratur, dikemas pada bidang smatic, dan dalam barisan pada bidang nematik.

Aplikasi

Susunan molekul dalam kristal cair berubah di bawah pengaruh faktor-faktor seperti suhu, tekanan, medan magnet listrik; Perubahan susunan molekul menyebabkan perubahan sifat optik, seperti warna, transparansi dan kemampuan memutar bidang polarisasi cahaya yang ditransmisikan. Ini adalah dasar bagi berbagai aplikasi kristal cair. Misalnya, ketergantungan warna pada suhu digunakan dalam diagnosa medis. Dengan mengoleskan bahan kristal cair tertentu ke tubuh pasien, dokter dapat dengan mudah mengidentifikasi jaringan yang terkena penyakit melalui perubahan warna di tempat jaringan tersebut menghasilkan peningkatan jumlah panas. Ketergantungan warna pada suhu juga memungkinkan Anda mengontrol kualitas produk tanpa merusaknya. Jika produk logam dipanaskan, cacat internalnya akan mengubah distribusi suhu di permukaan. Cacat ini diidentifikasi dengan perubahan warna yang diterapkan pada permukaan bahan kristal cair. Kristal cair banyak digunakan dalam produksi jam tangan dan kalkulator. Televisi layar datar dengan layar kristal cair tipis sedang dibuat. Relatif baru-baru ini, serat karbon dan polimer berdasarkan matriks kristal cair telah diperoleh.

Penerapan Kristal Cair di Masa Depan

Transparansi optik terkontrol. Diketahui bahwa pembuatan massal layar datar besar pada kristal cair menghadapi kesulitan yang bersifat teknologi daripada yang mendasar. Meskipun kemungkinan pembuatan layar seperti itu pada prinsipnya telah dibuktikan, karena kerumitan produksinya dengan teknologi modern, biayanya ternyata sangat tinggi. Oleh karena itu, muncullah ide untuk membuat alat proyeksi kristal cair, dimana gambar yang diperoleh pada layar kristal cair kecil dapat diproyeksikan dalam bentuk yang diperbesar ke layar biasa, mirip dengan yang terjadi di bioskop dengan bingkai film. Ternyata perangkat tersebut dapat diimplementasikan pada kristal cair jika kita menggunakan struktur sandwich yang didalamnya terdapat lapisan fotosemikonduktor dengan lapisan kristal cair. Suatu gambar direkam dalam kristal cair menggunakan fotosemikonduktor dengan menggunakan berkas cahaya. Prinsip perekaman gambar sangat sederhana. Dengan tidak adanya penerangan fotosemikonduktor, konduktivitasnya sangat kecil, oleh karena itu, hampir seluruh perbedaan potensial yang diterapkan pada elektroda sel optik, di mana lapisan fotosemikonduktor juga dimasukkan, jatuh pada lapisan fotosemikonduktor ini. Dalam hal ini, keadaan lapisan kristal cair berhubungan dengan tidak adanya tegangan di atasnya. Ketika fotosemikonduktor disinari, konduktivitasnya meningkat tajam, karena cahaya menciptakan pembawa arus tambahan (elektron bebas dan lubang) di dalamnya. Akibatnya, terjadi redistribusi tegangan listrik di dalam sel - sekarang hampir seluruh tegangan turun melintasi lapisan kristal cair, dan keadaan lapisan, khususnya karakteristik optiknya, berubah sesuai dengan besarnya tegangan yang diberikan. Dengan demikian, karakteristik optik lapisan kristal cair berubah sebagai akibat dari aksi lapisan tersebut.

Kacamata untuk astronot

Berkenalan dengan masker untuk tukang las listrik dan kacamata untuk televisi stereo, kami memperhatikan bahwa pada perangkat ini filter kristal cair yang dikontrol segera menghalangi seluruh bidang pandang salah satu atau kedua mata. Ada situasi ketika tidak mungkin untuk memblokir seluruh bidang penglihatan seseorang dan pada saat yang sama perlu untuk memblokir bagian-bagian tertentu dari bidang penglihatan.

Misalnya, kebutuhan seperti itu mungkin timbul bagi para astronot ketika bekerja di luar angkasa di bawah sinar matahari yang sangat terang. Masalah ini, seperti halnya masker untuk tukang las listrik atau kacamata untuk televisi stereo, dapat diatasi dengan filter kristal cair yang dapat dikontrol. Dalam kacamata ini, bidang pandang setiap mata kini harus diblokir bukan oleh satu filter, tetapi oleh beberapa filter yang dikontrol secara independen. Misalnya, filter dapat dibuat dalam bentuk cincin konsentris yang berpusat di tengah kacamata, atau dalam bentuk garis-garis pada kacamata, yang masing-masing bila dihidupkan hanya menghalangi sebagian penglihatan mata.

Kacamata seperti itu dapat berguna tidak hanya bagi astronot, tetapi juga bagi orang-orang dari profesi lain, misalnya, bagi pilot pesawat modern, yang memiliki banyak instrumen. Kacamata seperti itu juga akan sangat berguna dalam studi biomedis pekerjaan operator yang berhubungan dengan persepsi informasi visual dalam jumlah besar.

Filter jenis ini dan indikator kristal cair pasti akan menemukan (dan sudah menemukan) aplikasi luas dalam peralatan film dan fotografi. Untuk tujuan ini, mereka menarik karena memerlukan sedikit energi untuk mengendalikannya, dan dalam beberapa kasus mereka memungkinkan bagian-bagiannya dihilangkan dari peralatan; melakukan gerakan mekanis. Bagian mekanis pada film dan peralatan fotografi apa yang dimaksud? Ini adalah bukaan, filter - peredam fluks cahaya, dan terakhir, pengganggu fluks cahaya dalam kamera film, yang disinkronkan dengan pergerakan film fotografi dan memastikan eksposur bingkai demi bingkai.

Kristal fotonik– salah satu objek nanoteknologi, bidang interdisipliner yang menjadi basis teknologi di abad ke-21. di semua bidang aktivitas manusia (ilmu komputer, kedokteran, teknologi logam, dll.). Istilah "kristal fotonik" muncul pada tahun 80-an abad ke-20.

Selama 10 tahun terakhir, telah terjadi peningkatan minat terhadap kristal fotonik dan perangkat yang berbahan dasar kristal tersebut, baik di kalangan fisikawan maupun di perusahaan teknologi tinggi terkemuka serta perusahaan kompleks industri militer. Situasi tersebut dibandingkan dengan periode perkembangan pesat mikroelektronika terintegrasi pada tahun 1960-an, dan hal ini ditentukan oleh kemungkinan pembuatan sirkuit mikro optik dengan analogi dengan sirkuit mikroelektronika klasik. Kemungkinan cara-cara baru yang mendasar dalam menyimpan, mentransmisikan, dan memproses informasi berdasarkan bahan jenis baru (fotonik) telah terbuka. Direncanakan untuk membuat laser jenis baru, dengan ambang batas penguat rendah, dan sakelar optik. Namun, penciptaan kristal fotonik tiga dimensi (yang seharusnya mengarah pada perubahan mendasar dalam teknologi) adalah tugas yang agak sulit.

Kristal fotonik telah membuka peluang luar biasa untuk menyimpan dan memproses informasi - menciptakan perangkap foton. Ini adalah wilayah dalam kristal di mana foton dilarang keluar karena tidak adanya pita konduksi fotonik pada material di sekitarnya. Situasi ini dibandingkan dengan konduktor bermuatan yang dikelilingi oleh dielektrik. Situasi paradoks “menghentikan foton” yang massanya nol tidak bertentangan dengan hukum fisika, karena kita tidak berbicara tentang foton bebas yang berinteraksi dengan struktur periodik. Ia telah dijuluki sebagai foton berat. Foton berat rencananya akan digunakan dalam elemen memori, transistor optik, dll.

Yang kedua, yang sudah nyata dalam waktu dekat, penerapan kristal fotonik adalah untuk meningkatkan efisiensi lampu pijar dengan urutan besarnya. Kedepannya direncanakan untuk beralih ke komputer berbasis fotonik saja, yang memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan komputer berbasis elektronik.

Pada tahun 2004, muncul pesan tentang pembuatan laser berdasarkan opal terbalik buatan. Partikel koloid kadmium selenida dengan diameter 4,5 nm dimasukkan ke dalam bola berongga yang terletak pada jarak 240-650 mm. Dengan menggunakan pulsa laser, “atom buatan” ini dipindahkan ke keadaan tereksitasi, dan waktu emisi dapat dikontrol. Perhatikan bahwa laser dengan emisi yang tertunda bermanfaat untuk digunakan, misalnya, untuk sel surya, dan laser dengan emisi yang dipercepat bermanfaat untuk laser mini dan LED.

Asal dan struktur batu mulia

Semua batu mulia, dengan pengecualian langka, termasuk dalam dunia mineral. Mari kita ingat asal usul dan strukturnya. Tentang syarat-syarat terbentuknya batu mulia yang bukan mineral dalam arti sebenarnya (misalnya ambar, koral, dan mutiara).

Mineral dapat terjadi dalam berbagai cara. Ada yang terbentuk dari lelehan cairan dan gas yang membara di dalam perut bumi atau dari lava vulkanik yang meletus ke permukaannya (mineral beku). Yang lain keluar dari larutan air atau tumbuh dengan bantuan organisme di (atau dekat) permukaan bumi (mineral sedimen). Terakhir, mineral baru terbentuk melalui rekristalisasi mineral yang ada di bawah pengaruh tekanan tinggi dan suhu tinggi di lapisan dalam kerak bumi (mineral metamorf).

Komposisi kimia mineral dinyatakan dengan rumus. Kotoran tidak diperhitungkan, meskipun menyebabkan munculnya corak warna, hingga perubahan warna mineral sepenuhnya. Hampir semua mineral mengkristal dalam bentuk tertentu. Artinya, mereka adalah kristal dengan komposisi tubuh homogen dengan susunan atom yang teratur dalam kisi. Kristal tersebut dicirikan oleh bentuk geometris yang ketat dan dibatasi oleh tepi yang sebagian besar halus dan rata. Kebanyakan kristal berukuran kecil, tetapi ada juga spesimen raksasa. Struktur internal kristal menentukan sifat fisiknya, termasuk bentuk luar, kekerasan dan kemampuan membelah, pola patah, kepadatan, dan fenomena optik.

Konsep dasar

Batu permata atau batu mulia. Seluruh kelompok batu ini memiliki satu kesamaan - keindahan yang istimewa. Sebelumnya, hanya sedikit batu yang disebut permata. Saat ini jumlah mereka meningkat tajam dan terus bertambah. Kebanyakan dari mereka adalah mineral, apalagi batu. Batu mulia juga mencakup beberapa mineral yang berasal dari organik: amber, koral, dan mutiara. Bahkan sisa-sisa organik yang membatu (fosil) digunakan sebagai dekorasi. Dari segi kegunaannya, sejumlah bahan perhiasan lain yang mirip dengan batu mulia: kayu, tulang, kaca, dan logam.

Batu semimulia - konsep ini masih umum dalam perdagangan, namun, karena maknanya yang merendahkan, konsep tersebut tidak boleh digunakan. Sebelumnya, batu yang kurang berharga dan tidak terlalu keras disebut batu semi mulia, sehingga kontras dengan batu mulia “asli”.

Batu hias. Ini adalah istilah kolektif yang mengacu pada semua batu yang digunakan baik sebagai hiasan maupun untuk produksi ukiran batu. Terkadang batu yang kurang berharga atau buram disebut batu hias.

Permata. Perhiasan dipahami sebagai perhiasan yang terdiri dari satu atau lebih batu mulia yang dipasang pada logam mulia. Terkadang batu poles tanpa setting, serta perhiasan yang terbuat dari logam mulia tanpa batu, disebut juga perhiasan.

Permata dan batu semi mulia

Permata telah dikenal manusia selama lebih dari tujuh ribu tahun. Yang pertama adalah: batu kecubung, kristal batu, amber, giok, koral, lapis lazuli, mutiara, serpentin, zamrud, dan pirus. Untuk waktu yang lama, batu-batu ini tetap tersedia hanya untuk perwakilan dari kelas-kelas istimewa dan tidak hanya berfungsi sebagai hiasan, tetapi juga melambangkan status sosial pemiliknya.

Sampai awal abad ke-19. batu berharga bahkan digunakan untuk tujuan pengobatan. Dalam beberapa kasus, dianggap cukup untuk memiliki batu tertentu, dan pada kasus lain, batu itu dioleskan pada tempat yang sakit, pada kasus lain, dihancurkan menjadi bubuk dan diminum. Buku-buku kedokteran kuno berisi informasi “akurat” tentang batu mana yang dapat membantu penyakit tertentu. Perawatan dengan batu mulia disebut litoterapi. Kadang-kadang hal itu membawa kesuksesan, tetapi hal ini tidak boleh dikaitkan dengan batu itu sendiri, tetapi karena sugesti psikologis yang memiliki efek menguntungkan pada pasien. Kegagalan dalam pengobatan disebabkan oleh fakta bahwa batu tersebut ternyata “palsu”. Di Jepang, tablet yang terbuat dari bubuk mutiara (yaitu kalsium karbonat) masih dijual untuk keperluan medis hingga saat ini.

Dan dalam agama modern, batu mulia mempunyai tempat khusus. Jadi, tutup dada imam besar Yahudi dihiasi dengan empat baris batu mulia. Batu serupa berkilau pada tiara dan mitra paus dan uskup Gereja Kristen, serta pada bahtera, monstran, udang karang, dan bingkai ikon.

Pembelahan dan patah tulang

Banyak mineral retak atau pecah pada permukaan yang halus dan rata. Sifat mineral ini disebut pembelahan dan bergantung pada struktur kisi kristalnya, pada gaya adhesi antar atom. Belahannya dibedakan antara sangat sempurna (euclase), sempurna (topaz) dan tidak sempurna (garnet). Sejumlah batu mulia dan hias (misalnya kuarsa) tidak memilikinya sama sekali. Terpisah adalah kemampuan kristal untuk membelah di area tertentu sepanjang permukaan yang berorientasi paralel.

Kehadiran belahan dada harus diperhitungkan saat memoles dan memotong batu, serta saat memasukkannya ke dalam bingkai. Tekanan mekanis yang kuat dapat menyebabkan keretakan (retak) di sepanjang belahan dada. Seringkali pukulan ringan atau tekanan berlebihan sudah cukup untuk menentukan kekerasan. Sebelumnya, pembelahan digunakan untuk membedah batu-batu besar secara hati-hati menjadi beberapa bagian atau untuk memisahkan area yang rusak. Sekarang operasi semacam itu dilakukan terutama dengan menggergaji, yang memungkinkan penggunaan bentuk batu dengan lebih baik, serta menghindari retakan dan retakan yang tidak diinginkan.

Bentuk permukaan pecahan tempat mineral terpecah akibat tumbukan disebut berbelit. Bentuknya bisa berbentuk konkoidal (mirip dengan bekas cangkang), tidak rata, pecah-pecah, berserat, berundak, halus, bersahaja, dll. Terkadang patahan dapat berfungsi sebagai tanda diagnostik, memungkinkan seseorang membedakan mineral-mineral yang memiliki kemiripan penampilan. Patahan konkoid merupakan ciri khas, misalnya, semua jenis batu permata kuarsa dan kaca imitasi.

Kepadatan

Kepadatan (sebelumnya disebut berat jenis) adalah perbandingan massa suatu zat dengan massa air dengan volume yang sama. Oleh karena itu, sebuah batu yang mempunyai massa jenis 2,6 kali lebih berat daripada air dengan volume yang sama.

Kepadatan batu permata berkisar dari 1 hingga 7. Batu dengan kepadatan di bawah 2 tampak ringan bagi kita (amber 1.1), dari 2 hingga 4 - berat normal (kuarsa 2,65), dan di atas 5 - berat (kasiterit 7.0). Batu termahal, seperti intan, rubi, dan safir, memiliki kepadatan lebih tinggi dibandingkan mineral pembentuk batuan utama, terutama kuarsa dan feldspar.

Ukuran massa batu mulia

Karat – satuan massa yang telah digunakan dalam perdagangan batu mulia dan perhiasan sejak zaman kuno. Ada kemungkinan kata “karat” sendiri berasal dari nama lokal (kuara) pohon karang Afrika yang bijinya digunakan untuk menimbang debu emas, namun kemungkinan besar berasal dari nama Yunani (keration) dari pohon carob, tersebar luas di Mediterania, buah yang awalnya berfungsi sebagai “timbangan” saat menimbang batu mulia (rata-rata berat satu berat kira-kira sama dengan satu karat).

gram – satuan massa yang digunakan dalam perdagangan batu permata untuk batu yang lebih murah, dan khususnya untuk bahan mentah berwarna batu yang belum diproses (seperti kelompok kuarsa)

Agung – ukuran massa mutiara. Sesuai dengan 0,05 g, yaitu 0,25 karat. Saat ini granit semakin banyak digantikan oleh karat.

Harga. Dalam perdagangan permata, harga biasanya tertera per karat. Untuk menghitung total harga sebuah batu, Anda perlu mengalikan harga dan beratnya dalam karat.

Sifat optik

Di antara sifat fisik batu mulia, sifat optik memainkan peran dominan; menentukan warna dan kilau, kilau, “api” dan pendaran, asterisme, warna-warni, dan efek cahaya lainnya. Saat menguji dan mengidentifikasi batu permata, fenomena optik juga menjadi semakin penting.

Warna

Warna- hal pertama yang menarik perhatian Anda saat melihat batu berharga. Namun, pada kebanyakan batu, warnanya tidak dapat dijadikan sebagai tanda diagnostik, karena banyak di antaranya yang memiliki warna yang sama, dan beberapa muncul dalam beberapa samaran warna.

Penyebab perbedaan warna adalah cahaya, yaitu getaran elektromagnetik yang terletak pada rentang panjang gelombang tertentu. Mata manusia hanya melihat gelombang dalam rentang optik - dari sekitar 400 hingga 700 nm. Wilayah cahaya tampak ini dibagi menjadi tujuh bagian utama, yang masing-masing sesuai dengan spektrum warna tertentu: merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Ketika semua warna spektral dicampur, diperoleh warna putih. Namun, jika rentang panjang gelombang apa pun diserap, warna tertentu – tidak lagi putih – muncul dari campuran warna lain. Sebuah batu yang mentransmisikan semua panjang gelombang rentang optik tampak tidak berwarna; jika, sebaliknya, semua cahaya diserap, maka batu tersebut memperoleh warna paling gelap - hitam. Ketika cahaya diserap sebagian di seluruh rentang panjang gelombang, batu tampak putih keruh atau abu-abu. Tetapi jika, sebaliknya, hanya panjang gelombang yang sangat spesifik yang diserap, maka batu tersebut memperoleh warna yang sesuai dengan pencampuran sisa bagian spektrum cahaya putih yang tidak terserap. Pembawa warna utama - kromofor yang menentukan warna batu mulia - adalah ion logam berat besi, kobalt, nikel, mangan, tembaga, kromium, vanadium, dan titanium.

Warna batu permata juga bergantung pada pencahayaan, karena spektrum cahaya buatan (listrik) dan cahaya siang hari (matahari) berbeda. Ada batu yang warnanya terpengaruh secara negatif oleh cahaya buatan (safir), dan batu yang hanya mendapat manfaat dari cahaya malam (buatan), meningkatkan pancarannya (ruby, zamrud). Namun perubahan warna paling menonjol pada alexandrite: pada siang hari tampak hijau, dan pada malam hari tampak merah.

Pembiasan cahaya

Bahkan di masa kanak-kanak, kita sering melihat sebatang tongkat dengan sudut lancip, yang tidak terendam seluruhnya di dalam air, seolah-olah “patah” di permukaan air. Bagian bawah tongkat, yang terletak di dalam air, memperoleh kemiringan yang berbeda dari bagian atas, yang terletak di udara. Hal ini terjadi karena adanya pembiasan cahaya, yang selalu muncul ketika seberkas cahaya berpindah dari satu medium ke medium lain, yaitu pada batas dua zat, jika berkas cahaya diarahkan miring ke permukaan antarmukanya.

Jumlah pembiasan cahaya semua kristal batu mulia dari jenis mineral yang sama adalah konstan (kadang berfluktuasi, tetapi dalam interval yang sangat sempit). Oleh karena itu, ekspresi numerik dari nilai ini - indeks bias (sering disebut hanya refraksi atau refraksi cahaya) - digunakan untuk mendiagnosis batu permata. Indeks bias didefinisikan sebagai perbandingan kecepatan cahaya di udara dan di dalam kristal. Faktanya adalah bahwa pembelokan berkas cahaya dalam kristal justru disebabkan oleh penurunan kecepatan rambat berkas ini dalam media optik yang lebih padat.

Pada berlian, cahaya merambat 2,4 kali lebih lambat dibandingkan di udara. Tanpa kesulitan teknis dan biaya yang besar, dimungkinkan untuk mengukur pembiasan cahaya menggunakan metode perendaman - merendam batu dalam cairan dengan indeks bias yang diketahui dan mengamati antarmuka. Berdasarkan seberapa terang dan tajam kontur batu atau tepian antar segi, serta lebar batas antarmuka, Anda dapat memperkirakan indeks bias batu permata dengan cukup akurat.

Penyebaran

Ketika melewati kristal, cahaya putih tidak hanya mengalami pembiasan, tetapi juga terurai menjadi warna spektral, karena indeks bias zat kristal bergantung pada panjang gelombang cahaya yang datang. Fenomena penguraian cahaya putih oleh kristal menjadi semua warna pelangi disebut penyebaran. Pentingnya dispersi warna sangat penting pada berlian, yang disebabkan oleh permainan warna yang luar biasa - "api" terkenal yang merupakan pesona utama batu ini.

Dispersi hanya baik untuk batu yang tidak berwarna. Batu alam dan sintetis dengan dispersi tinggi (misalnya fabulite, rutile, sfarlerite, titanite, zircon) digunakan dalam perhiasan sebagai pengganti berlian.

Efek optik permukaan:

figur terang dan corak warna

Banyak batu perhiasan yang memperlihatkan pola cahaya dalam bentuk garis-garis cahaya yang berorientasi, serta corak warna permukaan.

Efek mata kucing melekat pada batu yang merupakan kumpulan individu berserat atau berbentuk jarum yang menyatu secara paralel atau mengandung saluran berongga tipis yang berorientasi paralel. Efeknya muncul karena pantulan cahaya pada pertambahan paralel tersebut dan terdiri dari fakta bahwa ketika batu diputar, garis cahaya sempit melintasinya, memunculkan pupil kucing yang bersinar seperti celah. Kesan terbesar dari efek ini dicapai jika batu dipoles menjadi bentuk cabochon, terlebih lagi, sedemikian rupa sehingga dasar datar cabochon sejajar dengan struktur berserat batu.

Asterisme – munculnya sosok cahaya di permukaan batu berupa garis-garis cahaya yang berpotongan di satu titik dan menyerupai sinar bintang; jumlah sinar-sinar ini dan sudut perpotongannya ditentukan oleh simetri kristal. Sifatnya mirip dengan efek mata kucing, satu-satunya perbedaan adalah inklusi reflektif - serat tipis, jarum atau tubulus - memiliki orientasi berbeda di area berbeda. Bintang berujung enam dari rubi dan safir cabochon memberikan kesan yang luar biasa.

Adularisasi – kilauan batu bulan yang berkilauan putih kebiruan, sejenis adularia yang berharga. Saat Anda memindahkan cabochon batu bulan, cahaya atau kilau ini meluncur melintasi permukaannya.

Iridisasi – permainan warna pelangi pada beberapa batu perhiasan, hasil penguraian warna putih yang dibiaskan pada pecahan kecil dan retakan batu menjadi warna spektral.

"Sutra" - kilau halus dan kilau pada beberapa batu mulia, disebabkan oleh adanya inklusi mineral berserat halus atau seperti jarum atau tubulus berongga yang berorientasi paralel. Ini sangat dihargai karena batu rubi dan safir.

Metode penanaman kristal

Kristal tunggal pertama yang diperoleh di laboratorium kemungkinan besar adalah rubi. Untuk mendapatkan rubi, campuran alumina anhidrat yang mengandung campuran kalium kaustik dengan barium fluorida dan garam dikromopotassium lebih besar atau lebih kecil dipanaskan. Yang terakhir ditambahkan untuk mewarnai rubi, dan sejumlah kecil aluminium oksida diambil. Campuran ditempatkan dalam wadah tanah liat dan dipanaskan (dari 100 jam hingga 8 hari) dalam tungku reverberatory pada suhu hingga 1500 o C. Di akhir percobaan, massa kristal muncul di wadah, dan dinding ditutup dengan kristal rubi merah muda yang indah.

Metode umum kedua untuk menumbuhkan kristal batu permata sintetis adalah metode Czochralski. Cara kerjanya adalah sebagai berikut: lelehan zat yang akan dijadikan batu untuk mengkristal ditempatkan dalam wadah tahan api yang terbuat dari logam tahan api (platinum, rhodium, iridium, molibdenum, atau tungsten) dan dipanaskan dalam induktor frekuensi tinggi. . Benih dari bahan kristal masa depan diturunkan ke dalam lelehan pada poros pembuangan, dan bahan sintetis ditanam di atasnya hingga ketebalan yang dibutuhkan. Batang yang berisi benih ditarik ke atas secara bertahap dengan kecepatan 1-50 mm/jam dengan pertumbuhan simultan pada kecepatan putaran 30-150 rpm. Putar poros untuk menyamakan suhu lelehan dan memastikan distribusi kotoran yang merata. Diameter kristal mencapai 50 mm, panjang hingga 1 m Korundum sintetis, spinel, garnet, dan batu buatan lainnya ditanam menggunakan metode Czochralski.

Kristal juga dapat tumbuh ketika uap mengembun - ini adalah bagaimana pola kepingan salju diperoleh pada kaca dingin. Ketika logam dipindahkan dari larutan garam dengan bantuan logam yang lebih aktif, kristal juga terbentuk. Misalnya, celupkan paku besi ke dalam larutan tembaga sulfat; maka akan tertutup lapisan tembaga merah. Namun kristal tembaga yang dihasilkan berukuran sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat di bawah mikroskop. Tembaga dilepaskan ke permukaan kuku dengan sangat cepat, sehingga kristalnya terlalu kecil. Namun jika prosesnya diperlambat, kristalnya akan menjadi besar. Untuk melakukan ini, tutupi tembaga sulfat dengan lapisan garam meja yang tebal, letakkan lingkaran kertas saring di atasnya, dan di atasnya - pelat besi dengan diameter sedikit lebih kecil. Yang tersisa hanyalah menuangkan larutan garam meja jenuh ke dalam wadah. Tembaga sulfat akan mulai larut perlahan dalam air garam. Ion tembaga (dalam bentuk anion kompleks berwarna hijau) akan berdifusi ke atas dengan sangat lambat selama beberapa hari; prosesnya dapat diamati dari pergerakan batas berwarna. Setelah mencapai pelat besi, ion tembaga direduksi menjadi atom netral. Namun karena proses ini terjadi sangat lambat, atom-atom tembaga berbaris menjadi kristal logam tembaga yang indah dan berkilau. Terkadang kristal ini membentuk cabang - dendrit.

Teknologi pertumbuhan kristal

di rumah

Untuk menumbuhkan kristal di rumah, saya menyiapkan larutan garam jenuh. Saya memilih garam tembaga sulfat sebagai bahan awal. Saya menuangkan air panas ke dalam gelas bersih pada suhu 50 o C, dan membuat volumenya menjadi 500 mg. Saya menuangkan bahan ke dalam gelas dalam porsi kecil, mengaduk setiap kali dan mencapai pembubaran sempurna. Setelah larutan jenuh, saya menutupnya dan meninggalkannya di ruangan yang suhunya harus dijaga konstan. Saat larutan mendingin hingga mencapai suhu kamar, terjadi kristalisasi berlebih. Jumlah zat yang tersisa di dalam larutan sama banyaknya dengan kelarutannya pada suhu tertentu, dan kelebihannya akan jatuh ke dasar dalam bentuk kristal-kristal kecil. Beginilah cara saya mendapatkan minuman keras induk.

Selanjutnya, saya menuangkan larutan induk ke dalam mangkuk lain, meletakkan kristal dari bawah di sana, memanaskan mangkuk dalam penangas air sampai benar-benar larut, dan membiarkannya dingin. Pada tahap ini, angin kencang dan perubahan suhu yang tiba-tiba tidak diinginkan untuk larutan. Dua hari kemudian, saya memeriksa isinya dan memperhatikan bahwa kristal jajar genjang datar kecil telah terbentuk di bagian bawah dan dinding. Dari mereka saya memilih kristal yang paling tepat.

Sekali lagi saya menyiapkan larutan jenuh berdasarkan larutan induk asli, menambahkan sedikit lagi (0,5 sendok teh) bahan, memanaskannya dan mengaduk. Larutannya dituangkan ke dalam wadah yang bersih dan dipanaskan dan didiamkan selama 20-30 detik agar cairannya sedikit tenang. Ketika kristal mencapai ukuran sekitar 2,5 cm, saya menempatkannya satu per satu dalam labu beralas datar dengan larutan induk yang telah disaring dan diuji hidrolisis. Saya mencuci dan membersihkan kristal sesuai kebutuhan.

kesimpulan

Semua sifat fisik yang menyebabkan kristal digunakan secara luas bergantung pada strukturnya - kisi spasialnya.

Seiring dengan kristal padat, kristal cair saat ini juga digunakan, dan dalam waktu dekat mereka akan menggunakan perangkat berbasis kristal fotonik

Kristal juga termasuk batu perhiasan dari mana perhiasan dibuat. Sikap manusia terhadap batu mulia telah mengalami perubahan selama berabad-abad: dari pendewaan dan penggunaan pengobatan hingga menunjukkan kekayaan atau memberikan kenikmatan estetis dari keindahan dan keharmonisan sebuah batu.

Kristal yang ditanam di rumah dapat digunakan dalam pelajaran fisika untuk mempelajari sifat fisik dan kimianya, serta penerapannya.

Alga buatan

Untuk menumbuhkan ganggang buatan, saya mengisi labu setengah liter dengan larutan natrium silikat lima puluh persen (gelas cair). Kemudian dia melemparkan beberapa kristal besi klorida, tembaga klorida, nikel klorida dan aluminium klorida ke dalam larutan. Setelah beberapa waktu, pertumbuhan “ganggang” dengan bentuk aneh dan warna berbeda dimulai. Dalam larutan garam besi, “ganggang” berwarna coklat, garam nikel berwarna hijau, garam tembaga berwarna biru, dan garam aluminium tidak berwarna.

Mengapa ini terjadi? Kristal yang dimasukkan ke dalam larutan gelas cair bereaksi dengan natrium silikat. Senyawa yang dihasilkan menutupi kristal dengan lapisan tipis, tetapi karena difusi, air menembusnya, tekanan dalam kristal meningkat, dan lapisan tersebut pecah.

Melalui lubang-lubang tersebut, larutan garam menembus ke dalam cairan di sekitarnya dan dengan cepat ditutup kembali dengan lapisan film. Kemudian filmnya pecah lagi. Beginilah cara “alga” bercabang tumbuh.

Literatur:

Akhmetov N.S. Kimia anorganik - M. Pendidikan, 1985

Vasiliev V.N., Bespalov V.G. Teknologi Informasi. Komputer optik dan kristal fotonik.

Zheludov I.S. Fisika kristal dan simetri. M.Nauka, 1987

Zhuvinov G.N. Labirin kristal fotonik. (Majalah versi elektronik).

Zvezdin A.K. Mekanika kuantum foton yang ditangkap. Rongga mikro optik, pandu gelombang, kristal fotonik. Alam 2004 No.10.

Kabardin O.F. Fisika: Buku teks kelas 10 untuk sekolah yang mempelajari fisika secara mendalam. – M.Pendidikan, 2001

Kornilov N.I., Solodova Yu.P. Batu perhiasan. – M.Nedra, 1983

Kosobukin V.A. Kristal fotonik // Jendela ke dunia (Majalah versi elektronik).

Diselesaikan oleh: Mosheva Diana, ... Paspor Sepych 2012 secara mendidik-risetproyek: « Kristal Dan milik merekaaplikasi" Pemimpin : siswa 10 "B"...

1. Kontes

   Kompetisi tingkat kabupaten secara mendidik-risetproyek kristal milik mereka aplikasi. Namun, tercatat...

2. Proyek pendidikan dan penelitian untuk anak sekolah “Eureka” bagian “kimia”

   Kontes

   Kompetisi tingkat kabupaten secara mendidik-risetproyek bagian "Eureka" anak sekolah: "Kimia" ... - ini berbentuk jarum kecil berwarna putih kristal atau bubuk kristal ringan. ... biaya untuk milik mereka produksi, dan yang paling penting – mengurangi risiko aplikasi. Namun, tercatat...

3. Program

   ... secara mendidik-risetproyek risetproyek Dan milik mereka publikasi. Pendidikan-risetproyek... Ada kristal. Kristal– ... dan peluang milik merekaaplikasi dalam perlindungan dokumen...

4. Proyek penelitian dari teori ke praktik Proyek penelitian dari teori ke praktik

   Program

   ... secara mendidik-risetproyek. Pada tahap ini juga dilakukan penulisan abstrak risetproyek Dan milik mereka publikasi. Pendidikan-risetproyek... Ada kristal. Kristal– ... dan peluang milik merekaaplikasi dalam perlindungan dokumen...

Saya terus-menerus menemukan mitos dan prasangka tentang batu buatan.

Untuk beberapa alasan, kebanyakan orang berpikir bahwa ini tidak dapat diandalkan, kualitas batunya buruk, dan secara umum “tapi yang alami…”

Pada saat yang sama, berlian imitasi Swarovski, kaca, dan “kilau” lainnya yang bukan berasal dari perhiasan, yang mudah pecah, memiliki peringkat kepercayaan yang lebih tinggi.

Batu laboratorium ditanam, bukan disintesis; yang membedakan sifat-sifatnya dari batu alam adalah harganya.

Oleh karena itu, saya memutuskan untuk berbicara lebih detail tentang proses pembuatan batu, sifat-sifatnya, dan kegunaannya.

Pembuatan batu buatan telah dilakukan sejak zaman kuno. Beberapa ribu tahun yang lalu SM. e. Di Mesir, masyarakat zaman dahulu meniru batu alam dengan membuatnya dari kaca berbagai warna. Perhiasan dibuat dari batu tersebut. Sejarah mengetahui fakta bahwa tiruan semacam itu juga populer di Kekaisaran Romawi.

Pada Abad Pertengahan, para alkemis juga melakukan upaya untuk mereproduksi batu alam secara artifisial, tetapi sia-sia. Baru pada tahun 1758 ahli kimia terkenal Joseph Strass berhasil menemukan metode untuk memproduksi paduan kaca khusus. Batu itu tidak berwarna dan mudah dipotong dan dipoles. Itu terbuat dari oksida besi, silikon, soda, aluminium dan kapur. Batu itu dinamai sesuai nama penciptanya - berlian imitasi.

Dan kemudian, seratus tahun kemudian, seorang ilmuwan terkenal dari Perancis berhasil menanam batu rubi sintetis. Nama ilmuwan ini adalah Verneuil. Ia membuat terobosan luar biasa dalam pengerjaan perhiasan. Metodenya menjadi dasar untuk menumbuhkan korundum buatan, berlian, dan batu lainnya. Beberapa saat kemudian, mereka belajar menanam safir, zamrud, dan kuarsa menggunakan metode ini.

Kristal buatan digunakan tidak hanya untuk keperluan perhiasan. Mereka juga telah menemukan penerapan luas dalam teknik radio dan produksi jam tangan. Saat ini, analog buatan dari batu alam ditambang menggunakan metode modern terkini. Saat ini mereka dibagi menjadi dua jenis. Jenis pertama adalah kelompok batu yang dibuat mirip dengan batu alam: ruby, opal, zamrud, kuarsa dan lain-lain. Dan jenis kedua termasuk batu yang analognya tidak akan pernah ditemukan di alam. Mereka ditemukan oleh para ilmuwan Soviet. Contoh batu tersebut adalah korundum dan zirkonia kubik.

Saya ingin memberi perhatian khusus pada zirkonia kubik. Kristal ini tahan terhadap bahan kimia, sangat transparan, dan cukup tahan api. Ini memiliki indeks bias yang baik. Zirkonia kubik sangat mirip dengan berlian. Memiliki tingkat pembiasan yang tinggi, ia mampu bermain dengan warna dalam kondisi pencahayaan berbeda. Dengan mempertimbangkan fitur-fitur ini, batu buatan ini memungkinkan untuk membuat analogi batu mulia. Zirkonia kubik di bawah sinar ultraviolet dapat berkilau dalam berbagai warna - dari kuning dan biru hingga ungu. Di bawah Uni Soviet, ia memperoleh pengakuan yang sangat besar. Itu mulai diproduksi untuk berbagai keperluan. Itu berguna tidak hanya dalam perhiasan, tetapi juga dalam industri teknis. Lensa berkualitas tinggi untuk kacamata dan instrumen optik dibuat darinya.

Batu sintetis diproduksi di bawah tekanan khusus, suhu tertentu, dan interaksi khusus bahan kimia yang diperlukan. Hal yang menarik adalah dari satu kristal buatan Anda bisa mendapatkan beberapa analog batu alam lainnya. Misalnya, korundum dapat digunakan untuk menghasilkan safir dan rubi, bergantung pada jenis oksida yang ditambahkan selama proses pembuatan kristal.

Dan para ilmuwan telah menemukan cara yang sangat menarik untuk menanam mutiara. Sebuah bola kecil dimasukkan ke dalam cangkang moluska, dan, seperti biasa, ia mulai mengaplikasikan lapisan mutiara warna-warni ke dalamnya lapis demi lapis. Untuk menumbuhkan mutiara berukuran sedang, dibutuhkan waktu 5–7 tahun. Tidak ada metode baru untuk ini. Saat ini, mutiara budidaya ditambang secara eksklusif menggunakan metode ini.

Banyak ilmuwan yang mengerjakan pembuatan berlian buatan. Fisikawan Soviet Leypunovsky memainkan peran penting dalam karya-karya ini. Pengetahuannya dijadikan dasar pembuatan berlian sintetis. Maka, pada tahun 1953, ilmuwan Swedia berhasil menciptakan berlian pertama di dunia yang disintesis dari granit.

Selanjutnya, berbagai ilmuwan pada waktu yang berbeda menemukan metode mereka sendiri untuk mengekstraksi berlian dari grafit, tetapi batu tersebut berukuran kecil. Sebuah perusahaan Amerika berhasil memperoleh berlian berukuran besar. Batu-batu ini berkualitas tinggi dan cocok untuk keperluan perhiasan. Kerugian dari metode ini adalah biayanya yang sangat mahal. Menambang berlian alami jauh lebih murah daripada mensintesisnya.

Berlian buatan digunakan dalam produksi alat abrasif. Dalam pembuatan bur gigi dan kepala gerinda, batu asahan, berbagai roda dan pasta yang dimaksudkan untuk gerinda, pemotong kaca dan banyak alat lainnya. Belakangan ini ilmu pengetahuan telah membuat terobosan dalam penciptaan berlian sintetis. Dimungkinkan untuk membuat perhiasan berlian berukuran besar.

Semua batu alam memiliki perbedaan dengan batu buatan. Batu alam mengandung berbagai inklusi mineral dan retakan yang disebabkan oleh kondisi alam. Namun kristal sintetis tidak memiliki kekurangan apapun. Karena mereka dibuat secara identik di laboratorium, dan ini menghilangkan perbedaan strukturnya. Perbedaan lain antara batu alam dan batu sejenisnya adalah harganya. Batu alam beberapa kali lebih mahal daripada batu buatan. Kecuali berliannya. Karena sulitnya produksinya, harganya tidak kalah dengan berlian alam.