Sztuczne kamienie od dawna cieszą się popularnością biżuteria. Przecież dla jubilera o wartości kamienia decyduje nie tylko jego rzadkość w przyrodzie. Ważną rolę odgrywa szereg innych cech:

• kolor;
• załamanie światła;
• wytrzymałość;
• waga w karatach;
• rozmiar i kształt krawędzi itp.

Najdroższym sztucznym kamieniem szlachetnym jest cyrkonia (synonimy: daimonsquay, jevalit, kostka cyrkonu, shelby). Jego cena jest niska – niecałe 10 dolarów za 1 karat (czyli 0,2 grama). Warto jednak zauważyć, że wraz ze wzrostem karatów cena rośnie wykładniczo. Na przykład 10-karatowy diament jest wart 100 razy droższe od diamentu 1 karat

Sztuczne kryształy kamienie jubilerskie można uprawiać w domu. Większość z tych eksperymentów nie wymaga specjalnego przygotowania, nie trzeba zakładać laboratorium chemicznego, ani nawet kupować specjalnych odczynników.

Aby zdobyć doświadczenie w uprawie kryształów, zacznij od małych rzeczy. Podzielimy się techniką hodowania pięknych kryształów ze wszystkiego, co można znaleźć własną kuchnię. Nie będziesz potrzebować żadnego dodatkowego wyposażenia, ponieważ wszystko, czego potrzebujesz, masz na półkach. Rozważymy również technologię uprawy sztucznych rubinów w domu!

Jak syntetycznie hodować kryształy rubinu?

Uprawa kryształów rubinu może być nawet opcją biznesową w domu. W końcu są piękne kamienie syntetyczne cieszą się już dziś dużym zainteresowaniem wśród kupujących, więc jeśli projekt zostanie pomyślnie wdrożony, mogą przynieść dobry zysk. Kamienie syntetyczne są wykorzystywane przez jubilerów, a także mają szerokie zastosowanie w technologii.

Kryształy rubinu można hodować standardowymi metodami, dobierając odpowiednie sole. Nie będzie to jednak tak skuteczne, jak w przypadku soli czy cukru, a proces wzrostu trwa znacznie dłużej. A jakość będzie wątpliwa. Przecież naturalny rubin w skali twardości Mohsa ustępuje jedynie Diamentowi, zajmując zaszczytne 9. miejsce. Naturalnie, jeśli chodzi o biznes, w większości przypadków stosuje się inną metodę, opracowaną ponad 100 lat temu we Francji.

Będziesz potrzebować specjalnego aparatu nazwanego na cześć wynalazcy tej metody, czyli aparatu Verneuila. Za jego pomocą w ciągu zaledwie kilku godzin możesz wyhodować kryształy rubinu o wielkości do 20-30 karatów.

Chociaż technologia pozostaje w przybliżeniu taka sama. Sól dwutlenku glinu z domieszką tlenku chromu umieszcza się w akumulatorze palnika tlenowo-wodorowego. Topimy mieszaninę, obserwując, jak rubin faktycznie rośnie „na naszych oczach”.

W zależności od składu wybranej soli można dostosować kolor kryształów, uzyskując sztuczne szmaragdy, topazy i całkowicie przezroczyste kamienie.

Praca z urządzeniem będzie wymagała Twojej uwagi i pewnego doświadczenia, ale w przyszłości będziesz mieć możliwość wyhodowania kryształów, które fascynują swoim pięknem, przezroczystością i grą kolorów. W przyszłości takie arcydzieła dobrze nadają się do cięcia i polerowania, w związku z czym można je wykorzystywać zgodnie z ich przeznaczeniem.

Warto zaznaczyć, że sztucznie wyhodowane kryształy nie są kamieniami szlachetnymi, więc nawet jeśli zdecydujesz się na rozpoczęcie działalności w zakresie ich uprawy, nie będzie to wymagało od Ciebie dodatkowych licencji.

Konstrukcja urządzenia jest prosta, z łatwością można ją wykonać samodzielnie. Ale w Internecie jest już wystarczająco dużo rzemieślników oferujących rysunki oryginalnej instalacji, a także jej ulepszonych wersji.

Zestaw do uprawy kryształów rubinu w domu

Sama zasada technologii produkcji rubinów jest dość prosta i schematycznie przedstawiono ją na poniższym rysunku:

Rozumiejąc zasadę działania, żadne urządzenie nie wydaje się już tak skomplikowane. Jeden z przykładowych rysunków aparatu Verneuila:

Korzystając z tej technologii, można również hodować inne drogie sztuczne kamienie, takie jak „niebieski topaz” itp.

Uprawa kryształków soli w domu

Najprostszym i najbardziej przystępnym eksperymentem, jaki możesz przeprowadzić, jest tworzenie piękna kryształki soli. Aby to zrobić, będziesz potrzebować kilku elementów:

1. Zwykła sól kamienna.
2. Woda. Ważne jest, aby sama woda zawierała jak najmniej soli własnych, najlepiej destylowanych.
3. Pojemnik, w którym zostanie przeprowadzony eksperyment (wystarczy dowolny słoik, szkło, patelnia).

Do pojemnika wlej ciepłą wodę (jej temperatura wynosi około 50°C). Do wody dodać sól kuchenną i wymieszać. Po rozpuszczeniu dodać ponownie. Powtarzamy procedurę, aż sól przestanie się rozpuszczać i opadnie na dno naczynia. To sugeruje, że roztwór soli nasyciło się, a tego właśnie potrzebowaliśmy. Ważne jest, aby podczas przygotowywania roztworu jego temperatura była stała i nie ochładzała się, w ten sposób możemy stworzyć bardziej nasycony roztwór.

Nasycony roztwór wlać do czystego słoika, oddzielając go od osadu. Wybieramy osobny kryształ soli, a następnie umieszczamy go w pojemniku (można go zawiesić na nitce). Eksperyment został zakończony. Po kilku dniach będziesz mógł zobaczyć, jak wzrósł rozmiar Twojego kryształu.

Uprawa kryształków cukru w ​​domu

Technologia wytwarzania kryształków cukru jest podobna do poprzedniej metody. Możesz zanurzyć wacik w roztworze, a wtedy wyrosną na nim kryształki cukru. Jeśli proces wzrostu kryształów uległ spowolnieniu, wówczas stężenie cukru w ​​​​roztworze spadło. Dodaj do niego ponownie granulowany cukier, a następnie proces zostanie wznowiony.

Uwaga: jeśli do roztworu dodasz barwnik spożywczy, kryształy staną się wielokolorowe.

Możesz hodować kryształki cukru na patykach. Aby to zrobić, będziesz potrzebować:

• gotowy syrop cukrowy, przygotowany podobnie jak nasycony roztwór soli;
• drewniane patyki;
• trochę granulowanego cukru;
• barwnik spożywczy (jeśli chcesz kolorowe cukierki).

Wszystko dzieje się bardzo prosto. Drewniany patyk Zanurz w syropie i obtocz w granulowanym cukrze. Im więcej ziarenek się przyklei, tym piękniejszy będzie efekt. Pozwól sztyftom dokładnie wyschnąć, a następnie po prostu przejdź do drugiej fazy.

Nasycony gorący syrop cukrowy wlej do szklanki i umieść tam przygotowany patyczek. Jeśli przygotowujesz wielobarwne kryształy, do gorącego gotowego syropu dodaj barwnik spożywczy.

Upewnij się, że kij nie dotyka ścian i dna, w przeciwnym razie wynik będzie brzydki. Możesz zabezpieczyć patyk kawałkiem papieru, kładąc go na wierzchu. Papier posłuży także za pokrywkę pojemnika, co zapobiegnie przedostawaniu się obcych cząstek do roztworu.

Za około tydzień będziesz miał piękne lizaki cukrowe. Mogą udekorować każde przyjęcie herbaciane, przynosząc pełną radość nie tylko dzieciom, ale także dorosłym!

Uprawa kryształów z siarczanu miedzi w domu

Kryształy z siarczanu miedzi uzyskuje się w ciekawym kształcie, a jednocześnie mają bogatą Kolor niebieski. Warto pamiętać, że siarczan miedzi jest związkiem aktywnym chemicznie, dlatego nie należy posmakować jego kryształów, a podczas pracy z materiałem należy zachować ostrożność. Z tego samego powodu w tym przypadku odpowiednia jest tylko woda destylowana. Ważne, żeby był neutralny chemicznie. Zachowaj ostrożność i ostrożność podczas obchodzenia się z siarczanem miedzi.

W tym przypadku wzrost kryształów z witriolu zachodzi praktycznie według tego samego schematu, co w poprzednich przypadkach.

Umieszczając główny kryształ, który ma zostać wyhodowany, w roztworze, należy upewnić się, że nie styka się on ze ściankami pojemnika. I nie zapomnij monitorować nasycenia roztworu.

Jeśli umieścisz kryształ na dnie naczynia, upewnij się, że nie dotyka on innych kryształów. W tym przypadku będą rosły razem i zamiast jednej pięknej dużej próbki otrzymasz masę o niewyraźnym kształcie.

Pomocna rada! Możesz niezależnie dostosować rozmiar powierzchni kryształu. Jeśli chcesz, aby niektóre rosły wolniej, możesz je nasmarować wazeliną lub smarem. Aby zachować błękitne piękno, możesz pokryć krawędzie przezroczystym lakierem.

Istnieją 3 kategorie wagowe diamentów:

1. Mały. Waga 0,29 karata
2. Przeciętny. Waga od 0,3 do 0,99 karata
3. Duży. Diamenty o wadze powyżej 1 karata.

Na popularnych aukcjach akceptowane są kamienie o masie powyżej 6 karatów. Kamienie ważące ponad 25 karatów mają swoje własne nazwy. Na przykład: diament „Winston” (62,05 karata) lub „De Beers” (234,5 karata) itp.

Fetisow Nikołaj

Otaczający nas świat składa się z kryształów, można powiedzieć, że żyjemy w świecie kryształów. Budynki mieszkalne i konstrukcje przemysłowe, samoloty i rakiety, statki motorowe i lokomotywy spalinowe, skały i minerały składają się z kryształów. Jemy kryształy, leczymy się nimi i jesteśmy częściowo zbudowani z kryształów.

Czym więc są kryształy? Jakie mają właściwości? Jak rosną kryształy? Jak i gdzie są obecnie wykorzystywane oraz jakie są perspektywy ich wykorzystania w przyszłości? Te pytania mnie zainteresowały i próbowałem znaleźć na nie odpowiedź.

Pobierać:

Zapowiedź:

XI KONFERENCJA NAUKowo-PRAKTYCZNA POWIATU KUZNIECKIEGO „ŚWIAT OTWARTY”

DZIAŁ FIZYKI

Główne zastosowania sztucznych kryształów

Ukończył uczeń klasy 8

Fetisow Nikołaj

Szef Sizochenko A.I.,

Nauczyciel fizyki

Miejskie wykształcenie średnie

Ustanowienie

„Podstawowe wykształcenie ogólne

Szkoła nr 24”

Nowokuźnieck, 2014

Wprowadzenie…………………………………………………2

1. Część główna

1.1. Pojęcie kryształu……………………………..……..4

1.2. Monokryształy i polikryształy...........................4

1.3. Metody hodowli kryształów……….…5

1.4. Zastosowanie kryształów…………………..……7

2. Część praktyczna

2.1. Uprawa kryształów w domu

Warunki………………………………………...9

3. Zakończenie……………………………………….…11

Bibliografia..………………………………………………………………...13

Zastosowania……………………….………………………..14-15

Wstęp

Jak magiczny rzeźbiarz

Jasne krawędzie kryształów

Tworzy bezbarwny roztwór.

N.A.Morozow

Otaczający nas świat składa się z kryształów, można powiedzieć, że żyjemy w świecie kryształów. Budynki mieszkalne i konstrukcje przemysłowe, samoloty i rakiety, statki motorowe i lokomotywy spalinowe, skały i minerały składają się z kryształów. Jemy kryształy, leczymy się nimi i jesteśmy częściowo zbudowani z kryształów.

Kryształy to substancje, w których najmniejsze cząsteczki są „upakowane” w określonej kolejności. Dzięki temu w miarę wzrostu kryształów na ich powierzchni spontanicznie pojawiają się płaskie krawędzie, a same kryształy przyjmują różnorodne kształty geometryczne.

Oświadczenie akademika A.E. Fersman „Prawie cały świat jest krystaliczny. Światem rządzi kryształ i jego stałe, liniowe prawa” jest zgodne z zainteresowaniami naukowymi naukowców na całym świecie tym przedmiotem badań.

Współczesny przemysł nie może obejść się bez szerokiej gamy kryształów. Stosowane są w zegarkach, radiach tranzystorowych, komputerach, laserach i wielu innych. Wielkie laboratorium – natura – nie jest już w stanie zaspokoić zapotrzebowania rozwijającej się technologii, dlatego w specjalnych fabrykach hoduje się sztuczne kryształy: małe, prawie niezauważalne i duże, ważące kilka kilogramów.

Ludzie nauczyli się sztucznie pozyskiwać wiele kamieni szlachetnych. Na przykład łożyska do zegarków i innych precyzyjnych instrumentów od dawna są wykonane ze sztucznych rubinów. Piękne kryształy pozyskuje się także sztucznie, które w ogóle nie występują w naturze - cyrkonia. Na oko trudno odróżnić cyrkonie od diamentów - tak pięknie mienią się w świetle.

Czym więc są kryształy? Jakie mają właściwości? Jak rosną kryształy? Jak i gdzie są obecnie wykorzystywane oraz jakie są perspektywy ich wykorzystania w przyszłości? Te pytania mnie zainteresowały i próbowałem znaleźć na nie odpowiedź.

Moja praca ma charakter badawczy, gdyż przy jej realizacji wykorzystuje się wiedzę z kilku przedmiotów akademickich: fizyki, chemii, biologii, informatyki. W wyniku działania powstała prezentacja „Kryształy i ich zastosowania”, którą można wykorzystać na lekcjach fizyki i chemii jako pomoc wizualna oraz kryształy wyhodowane z siarczanu miedzi i soli kuchennej.

Cel:

Określ główne obszary zastosowań sztucznych kryształów i zbadaj doświadczalnie możliwość hodowli kryształów soli kuchennej i siarczanu miedzi bez użycia specjalnego sprzętu.

Aby osiągnąć ten cel, spotkałem się z następującymi problemami

zadania:

• Zbieraj materiały na temat kryształów i ich właściwości ze źródeł literackich i internetowych.
• Przeprowadzaj eksperymenty na hodowli kryształów siarczanu miedzi i soli kuchennej.
• Usystematyzuj materiał o kryształach: zastosowanie sztucznych kryształów i metody ich hodowli.
• Stwórz prezentację „Kryształy i ich zastosowania” do celów edukacyjnych.

1. Głównym elementem

1. Koncepcja kryształu

Kryształ (z greckiego krystallos – „przezroczysty lód”) pierwotnie nazywany był przezroczystym kwarcem (kryształem górskim), występującym w Alpach. Kryształ górski był mylony z lodem, który pod wpływem zimna twardniał do tego stopnia, że ​​przestał się topić. Początkowo główną cechą kryształu była jego przezroczystość i słowo to było używane do określenia wszystkich przezroczystych, naturalnych ciał stałych. Później zaczęto produkować szkło, które pod względem blasku i przezroczystości nie ustępowało substancjom naturalnym. Przedmioty wykonane z takiego szkła nazywano także „kryształowymi”. Do dziś szkło o szczególnej przezroczystości nazywane jest kryształem, a „magiczna” kula wróżek nazywana jest kryształową kulą.

Niesamowitą cechą kryształu górskiego i wielu innych przezroczystych minerałów są ich gładkie, płaskie krawędzie. Pod koniec XVII w. zauważono pewną symetrię w ich ułożeniu i stwierdzono, że niektóre minerały nieprzezroczyste mają naturalny, regularny szlif. Pojawiło się przypuszczenie, że kształt może być powiązany z budową wewnętrzną. Ostatecznie kryształy zaczęto nazywać wszystkimi ciałami stałymi, które mają naturalnie płaski krój.

W zbrojowni znajdują się ubrania i korony rosyjskich carów, całkowicie usiane kryształami - klejnotami - ametystami. W kościołach ikony i ołtarze zdobiono ametystami.

Najbardziej znane kryształy to diamenty, które po cięciu zamieniają się w diamenty. Ludzie od wielu wieków próbowali rozwikłać tajemnicę tych kamieni, a kiedy ustalili, że diament jest rodzajem węgla, nikt w to nie uwierzył.

Decydujący eksperyment przeprowadził w 1772 roku francuski chemik Lavoisier. W naturze diamenty powstają bardzo wcześnie w trzewiach ziemi wysokie temperatury i naciski. Naukowcom udało się stworzyć w laboratorium warunki, w których diamenty można będzie otrzymać z grafitu dopiero 200 lat później. Obecnie produkuje się dziesiątki ton sztucznych diamentów. Wśród nich znajdują się diamenty przeznaczone do celów jubilerskich, ale większość z nich służy do wyrobu różnych narzędzi.

1. Monokryształy i polikryształy

Ciała krystaliczne mogą być monokryształami lub polikryształami. Pojedynczy kryształ nazywany jest monokryształem, mającym makroskopowo uporządkowaną sieć krystaliczną. Mają geometrycznie regularny kształt zewnętrzny, ale cecha ta nie jest obowiązkowa.

Polikryształy to chaotycznie zorientowane małe kryształy połączone ze sobą - krystality.

1. Metody hodowli kryształów

W laboratorium kryształy hoduje się w dokładnie kontrolowanych warunkach, aby zapewnić pożądane właściwości, jednak w zasadzie kryształy laboratoryjne powstają w taki sam sposób, jak w naturze - z roztworu, stopu lub pary. W ten sposób kryształy piezoelektryczne soli Rochelle hoduje się z wodnego roztworu pod ciśnieniem atmosferycznym. Z roztworu hoduje się również duże kryształy kwarcu optycznego, ale w temperaturach 350–450°C O C i ciśnienie 140 MPa. Rubiny syntetyzuje się pod ciśnieniem atmosferycznym z proszku tlenku glinu stopionego w temperaturze 2050 r O C. Kryształy węglika krzemu stosowane jako materiał ścierny otrzymuje się z oparów w piecu elektrycznym.

Pierwszym monokryształem otrzymanym w laboratorium był rubin. Aby otrzymać rubin, ogrzewano mieszaninę bezwodnego tlenku glinu zawierającą większą lub mniejszą domieszkę żrącego potasu z fluorkiem baru i solą dichromopotasową. Ten ostatni dodaje się w celu zabarwienia rubinu i pobiera się niewielką ilość tlenku glinu. Mieszaninę umieszcza się w tyglu glinianym i ogrzewa (od 100 godzin do 8 dni) w piecach pogłosowych w temperaturze do 1500°C. O C. Pod koniec eksperymentu w tyglu pojawia się krystaliczna masa, a ścianki pokryte są rubinowymi kryształami o pięknym różowym kolorze.

Druga powszechna metoda uprawy kryształów syntetycznych kamienie szlachetne- Metoda Czochralskiego. Sprawa wygląda następująco: stopioną substancję, z której mają krystalizować kamienie, umieszcza się w tyglu ogniotrwałym wykonanym z metalu ogniotrwałego (platyna, rod, iryd, molibden lub wolfram) i podgrzewa w induktorze wysokiej częstotliwości. . Ziarno materiału przyszłego kryształu opuszcza się do stopu na wale wydechowym i hoduje się na nim materiał syntetyczny do wymaganej grubości. Wał z nasionami jest stopniowo wyciągany do góry z prędkością 1-50 mm/h przy jednoczesnym wzroście z prędkością obrotową 30-150 obr/min. Obracaj wał, aby wyrównać temperaturę stopu i zapewnić równomierne rozprowadzenie zanieczyszczeń. Średnica kryształów do 50 mm, długość do 1 m. Metodą Czochralskiego hoduje się korund syntetyczny, spinel, granaty i inne sztuczne kamienie.

Kryształy mogą rosnąć także w wyniku kondensacji pary wodnej – w ten sposób uzyskuje się wzory płatków śniegu na zimnym szkle. Kiedy metale są wypierane z roztworów soli za pomocą bardziej aktywnych metali, tworzą się również kryształy. Na przykład zanurz żelazny gwóźdź w roztworze siarczanu miedzi, pokryje się on czerwoną warstwą miedzi. Jednak powstałe kryształy miedzi są tak małe, że można je zobaczyć tylko pod mikroskopem. Miedź bardzo szybko uwalnia się z powierzchni paznokcia, przez co jej kryształki są zbyt małe. Ale jeśli proces zostanie spowolniony, kryształy okażą się duże. Aby to zrobić, przykryj siarczan miedzi grubą warstwą soli kuchennej, połóż na nim krąg bibuły filtracyjnej, a na wierzch - żelazną płytkę o nieco mniejszej średnicy. Pozostaje tylko wlać do naczynia nasycony roztwór soli kuchennej. Siarczan miedzi zacznie powoli rozpuszczać się w solance. Jony miedzi (w postaci zielonych anionów złożonych) będą dyfundować w górę bardzo powoli przez wiele dni; proces ten można zaobserwować poprzez ruch kolorowej ramki. Po dotarciu do żelaznej płyty jony miedzi są redukowane do atomów obojętnych. Ponieważ jednak proces ten zachodzi bardzo powoli, atomy miedzi układają się w piękne, błyszczące kryształy. Czasami te kryształy tworzą gałęzie - dendryty.

1. Zastosowanie kryształów.

Naturalne kryształy zawsze budziły ciekawość ludzi. Ich kolor, blask i kształt poruszały ludzkie poczucie piękna, a ludzie ozdabiali nimi siebie i swoje domy. Przez długi czas przesądy kojarzono z kryształami; niczym amulety miały nie tylko chronić swoich właścicieli przed złymi duchami, ale także nadawać im nadprzyrodzone moce. Później, gdy te same minerały zaczęto ciąć i polerować jak kamienie szlachetne, wiele przesądów zachowało się w „szczęśliwych” talizmanach i „własnych kamieniach” odpowiadających miesiącowi urodzenia. Wszystkie naturalne kamienie szlachetne z wyjątkiem opalu są krystaliczne, a wiele z nich, takich jak diament, rubin, szafir i szmaragd, występuje w postaci pięknie oszlifowanych kryształów.Biżuteria kryształowasą dziś tak samo popularne jak w epoce neolitu.

Opierając się na prawach optyki, naukowcy poszukiwali przezroczystego, bezbarwnego i wolnego od wad minerału, z którego można by wykonać soczewki poprzez szlifowanie i polerowanie. Niebarwione kryształy kwarcu mają niezbędne właściwości optyczne i mechaniczne orazpierwsze soczewki, w tym do okularów, zostały z nich wykonane. Nawet po pojawieniu się sztucznego szkła optycznego zapotrzebowanie na kryształy nie zniknęło całkowicie; kryształy kwarcu, kalcytu i innych przezroczystych substancji przepuszczających promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone są nadal wykorzystywane do produkcji pryzmatów i soczewek do urządzeń optycznych.

Kryształy odegrały ważną rolę w wielu innowacjach technicznych XX wieku. Niektóre kryształy po odkształceniu generują ładunek elektryczny. Ich pierwszym znaczącym zastosowaniem byłoprodukcja generatorów częstotliwości radiowych ze stabilizacją kryształami kwarcu.Zmuszając płytkę kwarcową do wibracji w polu elektrycznym obwodu oscylacyjnego częstotliwości radiowej, możliwa jest stabilizacja częstotliwości odbiorczej lub nadawczej.

Diody półprzewodnikowe są stosowane w komputerach i systemach komunikacyjnych, tranzystory zastąpiły lampy próżniowe w radiotechnice, a panele słoneczne umieszczone na zewnętrznej powierzchni statku kosmicznego przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną. Półprzewodniki są również szeroko stosowane w przetwornikach AC-DC.

Kryształy o właściwościach piezoelektrycznych stosowane są w odbiornikach i nadajnikach radiowych, w głowicach przetworników i sonarach. Niektóre kryształy modulują wiązkę światła, inne zaś generują światło pod wpływem przyłożonego napięcia. Lista zastosowań kryształów jest już dość długa i stale rośnie.

Sztuczne kryształy.Od dawna człowiek marzył o syntezie kamieni równie cennych jak te występujące w naturze. Aż do XX wieku takie próby zakończyły się niepowodzeniem. Ale w 1902 rudało się zdobyć rubiny i szafiry, posiadający właściwości kamieni naturalnych. Później, pod koniec lat 40. XX w., istniałysyntetyzowane szmaragdy, a w 1955 roku firma General Electric i Instytut Fizyczny Akademii Nauk ZSRR zgłosiły produkcjęsztuczne diamenty.

Wiele potrzeb technologicznych dotyczących kryształów pobudziło badania nad metodami hodowli kryształów o określonych właściwościach chemicznych, fizycznych i elektrycznych. Wysiłki naukowców nie poszły na marne i odkryto metody hodowania dużych kryształów setek substancji, z których wiele nie ma naturalnego odpowiednika. W przyrodzie często występują ciała stałe, które mają kształt regularnych wielościanów. Takie ciała nazywano kryształami. Badanie właściwości fizycznych kryształów wykazało, że geometrycznie poprawny kształt nie jest ich główną cechą.

Jest to całkowicie zgodne z niegasnącym zainteresowaniem naukowym naukowców na całym świecie i wszystkich dziedzinach wiedzy tym przedmiotem badań. Pod koniec lat 60-tych ubiegłego wieku rozpoczął się poważny przełom naukowy w tej dziedzinieciekłe kryształy, co dało początek „rewolucji wskaźnikowej” polegającej na zastąpieniu mechanizmów wskaźników środkami wizualnego wyświetlania informacji. Później do nauki weszło pojęcie kryształu biologicznego (DNA, wirusy itp.), a w latach 80. XX wieku – kryształu fotonicznego.

1. Część praktyczna

1. Uprawa kryształów w domu

Uprawa kryształów to bardzo ciekawy proces, ale dość długi i żmudny.

Warto wiedzieć, jakie procesy kontrolują jego rozwój; dlaczego różne substancje tworzą kryształy o różnych kształtach, a niektóre w ogóle ich nie tworzą; co trzeba zrobić, żeby były duże i piękne.

Odpowiedzi na te pytania starałem się znaleźć w swojej pracy.

Jeśli krystalizacja przebiega bardzo powoli, otrzymasz ją duży kryształ(lub monokryształ), jeśli szybko - to wiele małych.

Hodowałem kryształy w domu na różne sposoby.

Metoda 1 . Chłodzenie nasyconego roztworu siarczanu miedzi. Wraz ze spadkiem temperatury rozpuszczalność substancji maleje i substancje wytrącają się. Najpierw w roztworze i na ściankach naczynia pojawiają się maleńkie jądra kryształów. Kiedy chłodzenie jest powolne i w roztworze nie ma żadnych zanieczyszczeń stałych, tworzy się wiele jąder, które stopniowo zamieniają się w piękne kryształy o regularnym kształcie. Przy szybkim chłodzeniu pojawia się wiele małych kryształów, prawie żaden z nich nie ma poprawna forma, bo rośnie ich dużo i sobie przeszkadzają.

Aby wyhodować kryształ z siarczanu miedzi, zrobiłem przesycony roztwór:

1. Aby to zrobić, wziąłem ciepłą wodę, rozpuściłem w niej witriol i dodawałem, aż przestał się rozpuszczać.

2. Przelać przez filtr (gazę) do innego czystego pojemnika. Pojemnik zalałem wrzącą wodą, aby zapobiec szybkiej krystalizacji roztworu na brudnych ściankach.

3. Przygotowano nasiona.

4. Przywiązałem go do nici i zanurzyłem w roztworze.

Aby kryształ rósł równomiernie ze wszystkich stron, lepiej jest pozostawić ziarno (mały kryształ) zawieszone w roztworze. Aby to zrobić, zrobiłem zworkę ze szklanego pręta. Nawiasem mówiąc, zaleca się wzięcie gładkiej, cienkiej nici, być może jedwabnej, aby nie tworzyły się na niej niepotrzebne małe kryształki. Następnie umieszczam roztwór w ciepłym miejscu. Bardzo ważne jest powolne chłodzenie (aby uzyskać duży kryształ). Krystalizacja może być widoczna w ciągu kilku godzin. Okresowo należy zmienić lub zaktualizować nasycony roztwór, a także oczyścić małe kryształy z nici. (Aneks 1)

Metoda 2 - stopniowe usuwanie wody z nasyconego roztworu.

W takim przypadku im wolniej woda jest usuwana, tym lepszy wynik. Otwarte naczynie z roztworem soli kuchennej (soli kuchennej) pozostawiłem w temperaturze pokojowej na 14 dni, przykrywając je kartką papieru - woda powoli odparowała i pył nie dostał się do roztworu. Rosnący kryształ zawieszono w nasyconym roztworze na cienkiej, mocnej nici. Kryształ okazał się duży, ale bezkształtny - amorficzny. (Aneks 1)

Uprawa kryształów to ciekawy proces, ale wymaga ostrożnego i ostrożnego podejścia do pracy. Teoretycznie wielkość kryształu, który można w ten sposób hodować w domu, jest nieograniczona. Zdarzają się przypadki, gdy entuzjaści otrzymywali kryształy o takich rozmiarach, że można je było podnieść jedynie przy pomocy swoich towarzyszy.

Ale niestety istnieją pewne cechy ich przechowywania. Na przykład, jeśli kryształ ałunu pozostanie otwarty w suchym powietrzu, stopniowo straci zawartą w nim wodę i zamieni się w niepozorny szary proszek. Aby zabezpieczyć go przed zniszczeniem, można pokryć go bezbarwnym lakierem. Siarczan miedzi i sól– są stabilniejsze i można z nimi bezpiecznie pracować.

W ubiegłym roku w siódmej klasie na lekcji chemii, studiując temat „Zjawiska zachodzące z substancjami”, wyhodowaliśmy kryształy, wielu osobom ten eksperyment się nie udał. W tym roku powiedziałem dzieciom z klasy VII, jak poprawnie wykonać to zadanie i tak właśnie zrobiły (patrz Załącznik 2).

Wniosek

Wszystkie właściwości fizyczne, dzięki którym kryształy są tak szeroko stosowane, zależą od ich struktury - siatki przestrzennej.

Obok kryształów półprzewodnikowych, obecnie szeroko stosowane są ciekłe kryształy, a w najbliższej przyszłości będziemy korzystać z urządzeń zbudowanych na kryształach fotonicznych.

Wybrałem najbardziej odpowiednią metodę hodowli kryształów w domu i wyhodowałem kryształy soli i siarczanu miedzi. W miarę jak kryształy rosły, dokonywał obserwacji i rejestrował zmiany.

Kryształy są piękne, można powiedzieć, że to jakiś cud, przyciągają; Mówią „człowiek o kryształowej duszy” o kimś, kto ma czystą duszę. Kryształ oznacza świecący światłem jak diament. A jeśli mówimy o kryształach z filozoficznym podejściem, możemy powiedzieć, że jest to materiał będący pośrednim ogniwem między materią żywą i nieożywioną. Kryształy mogą powstawać, starzeć się i zapadać. Kryształ rosnąc na ziarnie (na zarodku) dziedziczy wady tego właśnie zarodka. Ale mówiąc całkiem poważnie, być może teraz nie da się wymienić ani jednej dyscypliny, ani jednego obszaru nauki i technologii, który mógłby obejść się bez kryształów. Lekarzy interesują środowiska, w których zachodzi krystalizacja kamieni nerkowych, a farmaceutów tabletki, które są sprasowanymi kryształami. Wchłanianie i rozpuszczanie tabletek zależy od tego, jakimi krawędziami te mikrokryształy są pokryte. Witaminy, osłonka mielinowa nerwów, białka i wirusy to kryształy.

Kryształ ma cudowne właściwości, spełnia różnorodne funkcje. Właściwości te są nieodłącznie związane z jego strukturą, która ma trójwymiarową strukturę sieciową. Krystalografia nie jest nauką nową. M.V. Łomonosow stoi u swoich początków. Hodowla kryształów stała się możliwa dzięki badaniu danych mineralogicznych dotyczących powstawania kryształów w warunkach naturalnych. Badając naturę kryształów, określili skład, z którego wyrosły, oraz warunki ich wzrostu. A teraz te procesy są naśladowane, uzyskując kryształy o określonych właściwościach. W produkcji kryształów biorą udział chemicy i fizycy. Jeśli ci pierwsi opracują technologię wzrostu, ci drudzy określą ich właściwości. Czy kryształy sztuczne można odróżnić od naturalnych? Na przykład sztuczny diament jest nadal gorszy od naturalnego diamentu pod względem jakości, w tym blasku. Sztuczne diamenty nie wywołują radości z biżuterii, ale całkiem nadają się do zastosowania w technologii i pod tym względem są na równi z naturalnymi. Ponownie bezczelni hodowcy (tzw. chemicy hodujący sztuczne kryształy) nauczyli się hodować najdrobniejsze krystaliczne igły o niezwykle dużej wytrzymałości. Osiąga się to poprzez manipulowanie składem chemicznym ośrodka, temperaturą, ciśnieniem i narażeniem na inne dodatkowe warunki. A to już cała sztuka, kreatywność, mistrzostwo - nauki ścisłe tu nie pomogą.

Temat „Kryształy” jest aktualny, a jeśli zagłębisz się w niego i zagłębisz się głębiej, zainteresuje wszystkich, da odpowiedzi na wiele pytań, a co najważniejsze - nieograniczone wykorzystanie kryształów. Kryształy są tajemnicze w swojej istocie i na tyle niezwykłe, że w mojej pracy opowiedziałem tylko niewielką część tego, co obecnie wiadomo o kryształach i ich zastosowaniu. Być może krystaliczny stan materii jest krokiem, który zjednoczył świat nieorganiczny ze światem materii żywej. Przyszły najnowsze technologie należy do kryształów i agregatów krystalicznych!

Na podstawie przeprowadzonych badań doszedłem do następujących wniosków: wnioski:

• Sztucznie hodowane kryształy znajdują zastosowanie w wielu różnych dziedzinach: medycynie, radiotechnice, budowie samolotów, optyce i wielu innych.
• Okres otrzymywania sztucznych kryształów jest znacznie krótszy niż proces ich naturalnego powstawania. Co czyni je bardziej dostępnymi w użyciu.
• Kryształy możesz wyhodować w domu nawet w krótkim czasie.

Bibliografia

1. Chemia. Kurs wprowadzający. Klasa 7: edukacyjna. Korzyści / OS Gabrielyan, I.G. Ostroumov, A.K. Achlebinin. – wyd. 6, M.: Drop, 2011.
2. Chemia. Klasa 7: zeszyt ćwiczeń dla podręcznik OS Gabrielyan i wsp. „Chemia. Kurs wprowadzający. klasa 7”/ O.S. Gabrielyan, GA Shiparewa. – wyd. 3, - M.: Drop, 2011.
3. Landau L.D., Kitaygorodsky A.I. Fizyka dla każdego, Księga 2. Cząsteczki - M., 1978.
4. Słownik encyklopedyczny młodego chemika. / komp. VA Kritsman, VV Stanzo.-M., 1982.
5. Encyklopedia dla dzieci. Tom 4. Geologia. / komp. ST Ismailova.-M., 1995.
6. Zasoby internetowe:

http://www.krugosvet.ru – Encyklopedia dookoła świata.

http://ru.wikipedia.org/ - Encyklopedia Wikipedii.

http://www.kristallikov.net/page6.html - jak wyhodować kryształ.

Aneks 1.

Dziennik obserwacji

data	Obserwacje		Zdjęcie
	Sól	Siarczan miedzi	Sól	Kuparo miedziane
24.01.14.	Przed opuszczeniem nasion do roztworu. długość: 5mm szerokość: 5mm	Wykonujemy pętlę z drutu, zawieszamy ją i opuszczamy do roztworu.
27.01.14.	długość: 11mm szerokość: 7mm	długość: 12mm szerokość: 10mm
30.01.14.	długość: 20mm szerokość: 10mm	długość: 18mm szerokość: 13mm
3.02.14.	Tworzenie się kryształów przekroczyło granicę roztworu	długość: 25mm szerokość: 15mm
6.02.14.	Kryształ okazał się duży, ale bezkształtny	długość: 30mm szerokość: 20mm

Załącznik 2

Kryształy wyhodowane przez siódmoklasistów

Podpisy slajdów:

Zastosowania kryształów
Dekoracje
Soczewki
Przygotowałem ziarno

Cel
: określić główne obszary zastosowań sztucznych kryształów i zbadać doświadczalnie możliwość hodowli kryształów soli kuchennej i siarczanu miedzi bez użycia specjalnego sprzętu.
Zadania:

Zbierz materiały na temat kryształów i ich właściwości.
Przeprowadzaj eksperymenty na hodowli kryształów siarczanu miedzi i soli kuchennej.
Usystematyzuj materiał o kryształach: właściwości fizyczne kryształów i ich zastosowania.
Utwórz prezentację „Kryształy i ich zastosowania”.
2. Wypieranie metali z roztworów soli metalami bardziej aktywnymi.
Przepuściłem roztwór przez filtr
Dziękuję za uwagę
Główne zastosowania sztucznych kryształów
Ukończył uczeń klasy 8
Fetisow Nikołaj
Kierownik
Sizoczenko
sztuczna inteligencja ,
Nauczyciel fizyki
Miejskie wykształcenie średnie
Ustanowienie
„Podstawowe wykształcenie ogólne
Szkoła nr 24”
Nowokuźnieck, 2014
wnioski
Sztucznie hodowane kryształy znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach: medycynie, radiotechnice,
samochód-samolot
konstrukcja, optyka i wiele innych.
Okres otrzymywania sztucznych kryształów jest znacznie krótszy niż proces ich naturalnego powstawania. Co czyni je bardziej dostępnymi w użyciu.
Kryształy możesz wyhodować w domu nawet w krótkim czasie.
Metody hodowli kryształów
metoda
Czochralski
- tygiel
metoda:
stopić
substancja z której
powinien się krystalizować
kamienie są umieszczone w ognioodpornym
tygiel
wykonane z metali ogniotrwałych (platyna, rod,
iryd
, molibden lub wolfram) i ogrzewano
Wysoka częstotliwość
induktor.
(Kamienie szlachetne: rubiny)
Tygiel gliniany
Uprawa kryształów w domu
Metoda 1
: Powolne chłodzenie nasyconego roztworu
Przygotowanie roztworu przesyconego
Polikryształy
Monokryształy
Kryształy wyhodowane przez siódmoklasistów
Ciekłe kryształy
Kryształy
- są solidne
Substancje,

mając naturalne
forma zewnętrzna
regularne wielościany symetryczne
, na podstawie
NA
ich wewnętrzne
Struktura
Diody półprzewodnikowe, tranzystory, panele słoneczne
Metoda 2:
Stopniowe usuwanie wody z nasyconego roztworu

W
W takim przypadku im wolniej woda jest usuwana, tym lepszy wynik.

Musisz opuścić statek
z rozwiązaniem stołowym
sól,
przykrywając go kartką papieru, jednocześnie podlewając go wodą
wyparowuje
powoli, ale pył nie przedostaje się do roztworu
trafienia.

Kryształ
Okazał się duży, ale bezkształtny - amorficzny.

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Badania

KRYSZTAŁY I ICH ZASTOSOWANIA

Autor pracy: Krivosheev Jewgienij

uczeń klasy 7 „B” MBOUSOSH nr 1

Zawitinsk, obwód amurski

Szef pracy: Konczenko N.S.

nauczyciel fizyki MBOUSOSH nr 1

Zawitinsk, obwód amurski

Zawitinsk

2013

• Wstęp
• 1. Kryształ. Jego właściwości, struktura i forma
• 2. Ciekłe kryształy
• 3. Zastosowanie LCD
• 4. Zastosowanie kryształów w nauce i technologii
• 5. Część praktyczna
• Wniosek
• Bibliografia
• Wstęp
• Znaczenie pracy:
• Ponieważ kryształy są szeroko stosowane w nauce i technologii, trudno wskazać dziedzinę produkcji, w której nie wykorzystuje się kryształów. Dlatego znajomość i zrozumienie właściwości kryształów jest bardzo ważne dla każdego człowieka.
• Cel badania: Uprawa kryształu z roztworu w domu, badanie praktycznych zastosowań kryształów w nauce i technologii.
• Zadania:
• 1. Studium teorii kryształów.
• 2. Przestudiowanie materiału na temat hodowli kryształu normalne warunki oraz w warunkach laboratoryjnych.
• 3.Obserwacja powstawania kryształów.
• 4.Opis obserwacji.
• 5. Badanie zastosowania kryształów we współczesnym życiu.

1. Kryształ. Jego właściwości, struktura i forma

Słowo „kryształ” pochodzi od greckiego „ skorupiaki”, czyli „lód”. Ciała stałe, których atomy lub cząsteczki tworzą uporządkowaną strukturę okresową (sieć krystaliczną).

Tworzenie się kryształów.

Kryształy powstają na trzy sposoby: ze stopu, z roztworu i z pary. Przykładem krystalizacji ze stopu jest tworzenie się lodu z wody. laboratorium hodowli ciekłych kryształów

W otaczającym nas świecie często można zaobserwować powstawanie kryształów bezpośrednio ze środowiska gazowego, z roztworów i ze stopu. W cichą, mroźną noc pod czystym niebem, w jasnym świetle księżyca lub latarni, czasami widzimy powoli opadające płatki szronu połyskujące iskrami. Są to przypominające płytki kryształki lodu, które tworzą się tuż obok nas z wilgotnego i schłodzonego powietrza.

Struktura ciał stałych zależy od warunków, w jakich następuje przejście ze stanu ciekłego do stałego. Jeśli takie przejście nastąpi bardzo szybko, na przykład przy gwałtownym ochłodzeniu cieczy, wówczas cząstki nie mają czasu na ułożenie się w odpowiedniej strukturze i powstaje drobnokrystaliczne ciało. Po powolnym ochłodzeniu cieczy powstają duże kryształy o regularnym kształcie. W niektórych przypadkach, aby substancja mogła się skrystalizować, należy ją przechowywać w różnych temperaturach. Ciśnienie zewnętrzne wpływa również na wzrost kryształów. Ponadto znaczna część kryształów, które w odległej przeszłości miały doskonały szlif, zdołała je utracić pod wpływem wody, wiatru i tarcia z innymi ciałami stałymi. Tak więc wiele zaokrąglonych przezroczystych ziaren, które można znaleźć w przybrzeżnym piasku, to kryształy kwarcu, które utraciły swoje krawędzie w wyniku długotrwałego tarcia o siebie.

Struktura krystaliczna

Różnorodność kształtów kryształów jest bardzo duża.

Kryształy mogą mieć od czterech do kilkuset faset. Ale jednocześnie mają niezwykłą właściwość - niezależnie od wielkości, kształtu i liczby ścian tego samego kryształu, wszystkie płaskie ściany przecinają się ze sobą pod pewnymi kątami. Kąty pomiędzy odpowiednimi ścianami są zawsze takie same. Na kształt wpływają takie czynniki jak temperatura, ciśnienie, częstotliwość, stężenie i kierunek ruchu roztworu. Dlatego kryształy tej samej substancji mogą wykazywać różnorodne formy.

Kryształy sól kamienna na przykład mogą mieć kształt sześcianu, równoległościanu, pryzmatu lub bryły o bardziej złożonym kształcie, ale ich ściany zawsze przecinają się pod kątem prostym. Ściany kwarcu mają kształt nieregularnych sześciokątów, ale kąty między ścianami są zawsze takie same - 120°.

Prawo stałości kątów, odkryte w 1669 roku przez Duńczyka Nikołaja Steno, jest najważniejszym prawem nauki o kryształach – krystalografii.

Pomiar kątów między ścianami kryształów ma bardzo duże znaczenie praktyczne, ponieważ na podstawie wyników tych pomiarów w wielu przypadkach można wiarygodnie określić charakter minerału.

Najprostszym urządzeniem do pomiaru kątów kryształu jest goniometr stosowany.

Rodzaje kryształów

Ponadto rozróżnia się monokryształy i polikryształy.

Pojedynczy kryształ to monolit z pojedynczą, niezakłóconą siecią krystaliczną. Naturalne monokryształy duże rozmiary są bardzo rzadkie.

Do pojedynczych kryształów zalicza się kwarc, diament, rubin i wiele innych kamieni szlachetnych.

Większość krystalicznych ciał stałych jest polikrystaliczna, to znaczy składa się z wielu małych kryształów, czasami widocznych tylko pod dużym powiększeniem.

Wszystkie metale są polikryształami.

2. Ciekłe kryształy

Płynny kryształ - jest to szczególny stan materii, pośredni pomiędzy stanem ciekłym i stałym. W cieczy cząsteczki mogą się swobodnie obracać i poruszać w dowolnym kierunku. W ciekłym krysztale istnieje pewien stopień porządku geometrycznego w rozmieszczeniu cząsteczek, ale dozwolona jest również pewna swoboda ruchu.

Konsystencja ciekłych kryształów może być różna – od łatwo płynącej cieczy po pastowatą. Ciekłe kryształy mają niezwykłe właściwości optyczne, które wykorzystuje się w technologii.Ciekłe kryształy powstają z cząsteczek o różnych kształtach geometrycznych. takie jak kolor, przezroczystość itp. Na tym wszystkim opierają się liczne zastosowania ciekłych kryształów.

3. Zastosowanie LCD

Układ cząsteczek w ciekłych kryształach zmienia się pod wpływem takich czynników jak temperatura, ciśnienie, pola elektryczne i magnetyczne; zmiany w ułożeniu cząsteczek prowadzą do zmian właściwości optycznych, takich jak barwa, przezroczystość i zdolność do obracania płaszczyzny polaryzacji przepuszczanego światła. Na tym wszystkim opierają się liczne zastosowania ciekłych kryształów. Na przykład zależność koloru od temperatury jest wykorzystywana w diagnostyce medycznej. Nakładając na ciało pacjenta określone materiały ciekłokrystaliczne, lekarz może z łatwością zidentyfikować chore tkanki na podstawie zmiany koloru w miejscach, w których tkanki te wytwarzają zwiększoną ilość ciepła. Zależność temperaturowa koloru pozwala również kontrolować jakość produktów bez ich niszczenia. Jeśli produkt metalowy zostanie podgrzany, jego wada wewnętrzna zmieni rozkład temperatury na powierzchni. Wady te można rozpoznać po zmianie koloru materiału ciekłokrystalicznego nałożonego na powierzchnię.

Cienkie warstwy ciekłych kryształów umieszczone pomiędzy szklankami lub arkuszami plastiku znalazły szerokie zastosowanie jako urządzenia wskaźnikowe. Ciekłe kryształy są szeroko stosowane w produkcji zegarek na rękę i małe kalkulatory. Powstają telewizory płaskoekranowe z cienkimi ekranami ciekłokrystalicznymi.

4. Zastosowanie kryształów w nauce i technologii

Obecnie kryształy mają bardzo szerokie zastosowanie w nauce, technologii i medycynie.

Do cięcia kamieni służą piły diamentowe. Piła diamentowa to duży (do 2 metrów średnicy) obracający się stalowy dysk, na którego krawędziach wykonuje się nacięcia lub nacięcia. W nacięcia wciera się drobny proszek diamentowy zmieszany z substancją klejącą. Taki dysk, obracający się z dużą prędkością, szybko przecina każdy kamień.

Diament ma ogromne znaczenie podczas wiercenia skał i operacji wydobywczych. Groty diamentowe umieszcza się w narzędziach grawerujących, dzielarkach, aparaturze do badania twardości oraz wiertłach do kamienia i metalu. Proszek diamentowy służy do szlifowania i polerowania twardych kamieni, stali hartowanej, stopów twardych i supertwardych. Sam diament można ciąć, polerować i grawerować wyłącznie samym diamentem. Najbardziej krytyczne części silników w produkcji samochodów i samolotów są obrabiane za pomocą frezów i wierteł diamentowych.

Korund może być używany do wiercenia, szlifowania, polerowania, ostrzenia kamienia i metalu. Ściernice i kamienie szlifierskie, proszki i pasty szlifierskie produkowane są z korundu i szmergla. W fabrykach półprzewodników najlepsze obwody są rysowane za pomocą rubinowych igieł.

Granat jest również stosowany w przemyśle ściernym. Proszki do mielenia, ściernice i skórki są wykonane z granatów. Czasami zastępują rubin w produkcji instrumentów.

Soczewki, pryzmaty i inne części instrumentów optycznych wykonane są z przezroczystego kwarcu. Sztuczne „górskie słońce” to urządzenie szeroko stosowane w medycynie. Po włączeniu to urządzenie emituje światło ultrafioletowe, promienie te leczą. Lampa w tym urządzeniu wykonana jest ze szkła kwarcowego. Lampa kwarcowa ma zastosowanie nie tylko w medycynie, ale także w chemii organicznej, mineralogii i pomaga odróżnić fałszywe znaczki i banknoty od prawdziwych. Do produkcji pryzmatów, spektrografów i płytek polaryzacyjnych wykorzystuje się czyste, wolne od defektów kryształy górskie.

Fluoryt jest używany do produkcji soczewek do teleskopów i mikroskopów, do produkcji pryzmatów spektrografów i innych przyrządów optycznych.

5. Część praktyczna

Rosnące kryształy siarczanu miedzi.

Siarczan miedzi to pentahydrat siarczanu miedzi, ponieważ duże kryształy przypominają kolorowe niebieskie szkło. Siarczan miedzi stosowany jest w rolnictwie do zwalczania szkodników i chorób roślin, w przemyśle do produkcji włókien sztucznych, barwników organicznych, farb mineralnych i chemikaliów arsenowych.

Metoda uprawy w domu:

1) Najpierw przygotuj roztwór stężonego witriolu. Następnie lekko podgrzej mieszaninę, aby zapewnić całkowite rozpuszczenie soli. Aby to zrobić, umieść szklankę na patelni z ciepłą wodą.

2) Powstały stężony roztwór wlać do słoika lub zlewki; Zawiesimy tam również na nitce krystaliczne „nasienie” - mały kryształ tej samej soli - tak, aby zanurzyło się w roztworze. To właśnie na tym „ziarnie” wyrośnie przyszły eksponat Twojej kolekcji kryształów.

3) Umieść naczynie z roztworem otwarta forma do ciepłego miejsca. Gdy kryształ urośnie wystarczająco duży, wyjmij go z roztworu, osusz miękką szmatką lub papierowa serwetka, odetnij nić i pokryj krawędzie kryształu bezbarwnym lakierem, aby zabezpieczyć go przed „wietrzeniem” na powietrzu.

Obserwacja procesu wzrostu kryształów siarczanu miedzi.

Na początek wlaliśmy do zlewki roztwór siarczanu miedzi i przywiązaliśmy nasiono do nitki. I wrzucili kryształ do szklanki. Już następnego dnia mieliśmy dość duży polikryształ, długości około 2 centymetrów. Sam kryształ był bardzo nierówny, z małymi kolumnami. Krystalizacja nie postępowała dalej, niezależnie od tego, jak długo czekaliśmy.

Ale nie poprzestaliśmy na tym i stworzyliśmy jeszcze dwa kryształy siarczanu miedzi. Wzięliśmy jedynie ziarno z kolumny nieudanego kryształu. W jednym roztworze temperatura stale się zmieniała, natomiast w drugim szkle była stała. Po kilku dniach otrzymaliśmy dwa pełnowartościowe monokryształy siarczanu miedzi. Okazało się, że mają gładkie krawędzie, absolutnie symetryczne. Zdałem sobie więc sprawę, że aby powstał gładki kryształ, ziarno musi być gładkie i symetryczne.

Obserwacja procesu wzrostu kryształów w roztworach soli pod mikroskopem.

Badanie kryształów pod mikroskopem jest bardzo interesujące, ponieważ im „młodszy” kryształ, tym bardziej regularny jest jego kształt. Badanie kryształów pod mikroskopem nie zajmuje dużo czasu i zasobów: do przygotowania roztworu potrzeba tylko kilku gramów soli, a wzrost kryształu nie zajmuje dużo czasu.

Na szkiełko mikroskopowe naniesiono kilka kropel nasyconego roztworu różnych soli. Szkło lekko ogrzano lampą spirytusową i umieszczono na stoliku mikroskopowym. Przesuwając szkiełko i regulując powiększenie uzyskaliśmy takie położenie, że kropla zajmowała całe pole widzenia mikroskopu. Po krótkim czasie (około 1 min) rozpoczęła się krystalizacja na krawędzi kropli, gdzie szybciej wysycha. Powstałe małe kryształy utworzyły ciągłą, nieprzezroczystą skorupę na krawędziach kropli, która w świetle przechodzącym wydaje się ciemna. Stopniowo z tej masy kryształów zaczęły wyłaniać się pojedyncze wierzchołki poszczególnych kryształów, skierowane w stronę kropli, która rosnąc przybierała różne kształty. Najczęściej nowe centra krystalizacji w wolnej przestrzeni wewnątrz kropelki z reguły nie powstawały samoistnie. Po pewnym czasie całe pole widzenia wypełniło się kryształami, a krystalizacja była prawie całkowita.

Wniosek

Kryształy są zatem jednym z najpiękniejszych i najbardziej tajemniczych tworów natury. Żyjemy w świecie składającym się z kryształów, budujemy z nich, przetwarzamy je, zjadamy, leczymy nimi... Nauka krystalograficzna zajmuje się badaniem różnorodności kryształów. Zajmuje się kompleksowym badaniem substancji krystalicznych, badaniem ich właściwości i struktury. W czasach starożytnych kryształy uważano za rzadkie. Rzeczywiście odkrycie dużych jednorodnych kryształów w przyrodzie jest zjawiskiem rzadkim. Jednak substancje drobnokrystaliczne są dość powszechne. Na przykład prawie wszystkie skały: granit, piaskowiec, wapień są krystaliczne. Nawet niektóre części ciała są krystaliczne, na przykład rogówka oka, witaminy i osłona nerwów. Długa droga poszukiwań i odkryć, począwszy od pomiaru zewnętrznego kształtu kryształów aż po subtelności ich struktury atomowej, nie została jeszcze zakończona. Ale teraz badacze całkiem dobrze zbadali jego strukturę i uczą się kontrolować właściwości kryształów.

W wyniku wykonanej pracy mogę wyciągnąć następujące wnioski:

1. Kryształ jest stałym stanem materii. Ma określony kształt i określoną liczbę krawędzi.

2. Kryształy występują w różnych kolorach, ale większość jest przezroczysta.

3. Kryształy wcale nie są muzealnym rarytasem. Kryształy otaczają nas wszędzie. Bryły, z których budujemy domy i maszyny, substancje, których używamy w życiu codziennym - prawie wszystkie należą do kryształów. Piasek i granit, sól kuchenna i cukier, diament i szmaragd, miedź i żelazo - wszystko to są ciała krystaliczne.

4. Najcenniejsze wśród kryształów są klejnoty.

5. Wyhodowałem w domu kryształ z nasyconego roztworu siarczanu miedzi.

Tym samym cele i założenia, które nakreśliłem na początku swojej pracy, zostały osiągnięte. W wyniku pracy znalazłem eksperymentalnie dowody na założenie poczynione przez angielskiego krystalografa Franka o skokowym wzroście kryształów.

Wykonane prace były bardzo ciekawe i zabawne. Chciałabym też wyhodować kryształy z innych substancji, bo jest ich wokół nas mnóstwo...

Opublikowano na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Kryształy stałe: budowa, wzrost, właściwości. „Istnienie porządku” w orientacji przestrzennej cząsteczek jako właściwość ciekłych kryształów. Światło spolaryzowane liniowo. Kryształy nematyczne, smektyczne i cholesteryczne. Ogólna koncepcja ferroelektryków.

praca na kursie, dodano 17.11.2012


Przykłady zastosowania monokryształów. Siedem układów kryształów: trójskośny, jednoskośny, rombowy, tetragonalny, romboedryczny, sześciokątny i sześcienny. Proste kształty kryształów. Otrzymywanie roztworu przesyconego i hodowanie kryształu.

prezentacja, dodano 09.04.2012


Historia odkrycia ciekłych kryształów, cechy ich struktury molekularnej, struktura. Klasyfikacja i rodzaje ciekłych kryształów, ich właściwości, ocena zalet i wad praktycznego zastosowania. Metody kontroli ciekłych kryształów.

praca na kursie, dodano 08.05.2012


ogólna charakterystyka zjawiska powierzchniowe w ciekłych kryształach. Namysł cechy charakterystyczne smektyczne ciekłe kryształy, różne stopnie ich uporządkowania. Badanie anizotropii właściwości fizycznych mezofazy, stopień uporządkowania.

streszczenie, dodano 10.10.2015


Ciekłokrystaliczny (mezomorficzny) stan skupienia. Tworzenie nowej fazy. Rodzaje ciekłych kryształów: smematyczne, nematyczne i cholesteryczne. Ciekłe kryształy termotropowe i liotropowe. Praca D. Forlandera, która przyczyniła się do syntezy związków.

prezentacja, dodano 27.12.2010


Historia odkrycia ciekłych kryształów. Ich klasyfikacja, budowa molekularna i budowa. Ciekłe kryształy termotropowe: smektyczne, nematyczne i cholesteryczne. Liotropowe ciekłe kryształy. Anizotropia właściwości fizycznych. Jak kontrolować ciekłe kryształy.

streszczenie, dodano 27.05.2010


Pojęcie budowy materii i główne czynniki wpływające na jej powstawanie. Podstawowe cechy substancji amorficznych i krystalicznych, rodzaje sieci krystalicznych. Wpływ rodzaju wiązania na strukturę i właściwości kryształów. Istota izomorfizmu i polimorfizmu.

test, dodano 26.10.2010


Właściwości fizyczne i fizykochemiczne ferrytów. Budowa spinelu normalnego i odwrotnego. Omówienie metody spiekania i prasowania na gorąco. Kryształy magnetyczne o strukturze sześciokątnej. Zastosowanie ferrytów w elektronice radiowej i technice komputerowej.

praca na kursie, dodano 12.12.2016


Epitaksja to zorientowany wzrost jednego kryształu na powierzchni drugiego (podłoża). Badanie postaci kryształów NaCl powstających podczas sublimacji z roztworu wodnego; zgodność strukturalna par epitaksjalnych wzdłuż ścian akreujących i poszczególnych rzędów.

praca na kursie, dodano 04.04.2011


Badanie koncepcji, rodzajów i metod powstawania kryształów - ciał stałych, w których atomy ułożone są regularnie, tworząc trójwymiarowy okresowy układ przestrzenny - sieć krystaliczną. Tworzenie kryształów ze stopu, roztworu, pary.

Ludzkość korzystała z kryształów od czasów starożytnych. Początkowo były to naturalne kryształy, które wykorzystywano jako narzędzie i środek leczniczy oraz medytacyjny. Później rzadkie kamienie I metale szlachetne zaczął działać jako gotówka. Podstawowe badania naukowe i odkrycia XX wieku umożliwiły opracowanie metod wytwarzania sztucznych kryształów i znaczne poszerzenie zakresu ich zastosowań.

Pojedynczy kryształ to jednorodny kryształ, który ma ciągłą sieć krystaliczną i anizotropię właściwości. Zewnętrzny kształt monokryształu zależy od struktury atomowej kryształu i warunków krystalizacji. Przykłady monokryształów obejmują monokryształy kwarcu, soli kamiennej, drzewca islandzkiego, diamentu i topazu.

Jeśli szybkość wzrostu kryształów jest wysoka, wówczas utworzą się polikryształy, które mają duża liczba monokryształy. Monokryształy substancji o wysokiej czystości mają takie same właściwości niezależnie od metody produkcji.

Obecnie istnieje około 150 metod wytwarzania monokryształów: w fazie gazowej, w fazie ciekłej (roztwory i stopy) oraz w fazie stałej.

W Katedrze Materiałów Wysokotemperaturowych i Metalurgii Proszków stosuję najnowocześniejszą metodę hodowli monokryształów sześcioborku lantanu i różnych stopów eutektycznych na jego bazie. Z monokryształów tych związków powstają katody stosowane w technologii emisyjnej.

Dzięki rozwojowi elektrotechniki i elektroniki zastosowanie monokryształów z roku na rok wzrasta. Części wykonane z materiałów monokrystalicznych o wysokiej czystości można zobaczyć we wszystkich nowych modelach urządzeń elektronicznych, od radioodbiorników po duże elektroniczne maszyny liczące.

W technologii brakuje zestawu właściwości naturalnych kryształów, dlatego naukowcy opracowali złożoną technologiczną metodę tworzenia kryształowy substancje o właściwościach pośrednich, poprzez hodowanie ultracienkich warstw (od kilku do kilkudziesięciu nanometrów) naprzemiennych kryształów o podobnych sieciach krystalicznych – metoda epitaksji. Kryształy te nazywane są kryształami fotonicznymi.

Kryształy fotoniczne mają zakazane pasma energetyczne - są to wartości energetyczne fotonów, które nie mogą przeniknąć do wnętrza kryształu i się w nim rozpuścić. Jeśli energia kwantu światła ma akceptowalną wartość, wówczas pomyślnie przejdzie przez kryształ. Oznacza to, że kryształy fotoniczne mogą działać jak filtr światła, który przepuszcza fotony o określonych wartościach energii i odfiltrowuje wszystkie inne.

Kryształy fotoniczne dzielą się na 3 grupy, które są zdeterminowane liczbą osi przestrzennych, w których zmienia się współczynnik załamania światła. Według tego kryterium kryształy dzielą się na jedno-, dwu- i trójwymiarowe.

Znanym przedstawicielem kryształów fotonicznych jest opal, który charakteryzuje się niesamowitą kolorystyką, która pojawia się właśnie dzięki istnieniu zakazanych stref energetycznych.

Monokryształy sztucznych szafirów tylko nieznacznie ustępują twardością diamentu i charakteryzują się dużą odpornością na zarysowania, co pozwala na stosowanie ich jako ekranów ochronnych w urządzeniach elektronicznych (tabletach, smartfonach itp.). Zastosowanie metody Czochralskiego umożliwia otrzymanie ogromnych monokryształów sztucznych szafirów.

Obecnie naukowcy coraz częściej mówią o nanokryształach. Nanokryształy mogą mieć wielkość od 1 do 10 nm, co zależy od rodzaju nanokryształów, a także od metody ich wytwarzania. Zwykle wynoszą one 100 nm dla ceramiki i metali, 50 nm dla diamentu i grafitu oraz 10 nm dla półprzewodników. Rozmiar nanokryształów wpływa na pojawianie się niezwykłych właściwości w zwykłych substancjach.

(Odwiedziono 1,333 razy, 1 wizyty dzisiaj)

Sztuczne kryształy

Od dawna człowiek marzył o syntezie kamieni równie cennych jak te występujące w naturze. Do XX wieku próby takie kończyły się niepowodzeniem. Ale w 1902 roku udało się uzyskać rubiny i szafiry, które mają właściwości kamieni naturalnych. Obecnie takie minerały produkowane są w milionach karatów rocznie!

Później, pod koniec lat czterdziestych XX wieku, zsyntetyzowano szmaragdy, a w 1955 roku General Electric i Instytut Fizyczny Akademii Nauk ZSRR poinformowały o produkcji sztucznych diamentów.

Wiele potrzeb technologicznych dotyczących kryształów pobudziło badania nad metodami hodowli kryształów o określonych właściwościach chemicznych, fizycznych i elektrycznych. Wysiłki naukowców nie poszły na marne i odkryto metody hodowania dużych kryształów setek substancji, z których wiele nie ma naturalnego odpowiednika. W laboratorium kryształy hoduje się w dokładnie kontrolowanych warunkach, aby zapewnić pożądane właściwości, a kryształy laboratoryjne powstają w taki sam sposób, jak w naturze – z roztworu, stopu lub pary.

Zastosowanie sztucznych kryształów

Zastosowania kryształów w nauce i technologii są tak liczne i różnorodne, że trudno je wymienić. Dlatego ograniczymy się do kilku przykładów.

Najtwardszym i najrzadszym z naturalnych minerałów jest diament. Dziś diament jest przede wszystkim kamieniem roboczym, a nie dekoracyjnym. Diament ze względu na swoją wyjątkową twardość odgrywa ogromną rolę w technologii. Do cięcia kamieni służą piły diamentowe. Piła diamentowa to duży (do 2 metrów średnicy) obracający się stalowy dysk, na którego krawędziach wykonuje się nacięcia lub nacięcia. W nacięcia wciera się drobny proszek diamentowy zmieszany z substancją klejącą. Taki dysk, obracający się z dużą prędkością, szybko przecina każdy kamień. Diament ma ogromne znaczenie podczas wiercenia skał i operacji wydobywczych. Proszek diamentowy służy do szlifowania i polerowania twardych kamieni i hartowanej stali. Sam diament można ciąć, polerować i grawerować wyłącznie diamentem. Najbardziej krytyczne części silników w produkcji samochodów i samolotów są obrabiane za pomocą frezów i wierteł diamentowych.

Rubin i szafir należą do najpiękniejszych i najdroższych kamieni szlachetnych. Wszystkie te kamienie mają inne cechy, skromniejsze, ale przydatne.

Mają też zupełnie niepozornego brata: brązowego, nieprzezroczystego, drobnego korundu – szmergla, który służy do czyszczenia metalu, z którego wykonane jest płótno szmerglowe. Korund we wszystkich swoich odmianach jest jednym z najtwardszych kamieni na Ziemi, najtwardszym po diamencie. Korund może być używany do wiercenia, szlifowania, polerowania, ostrzenia kamienia i metalu. Tarcze szlifierskie, osełki i proszki szlifierskie są wykonane z korundu i szmergla.

Cały przemysł zegarków opiera się na sztucznych rubinach. Nowe życie Rubin to laser, wspaniałe urządzenie naszych czasów. W 1960 r Powstał pierwszy laser rubinowy. Okazało się, że rubinowy kryształ wzmacnia światło. Laser świeci jaśniej niż tysiąc słońc. Potężny promień - ogromna moc. Z łatwością przepala blachę, spawa druty metalowe, przepala metalowe rury i wierci najcieńsze otwory w twardych stopach i diamencie. Funkcje te realizuje laser stały wykorzystujący rubin i granat. W chirurgii oka najczęściej wykorzystuje się lasery rubinowe.

Szafir jest przezroczysty, dlatego wykonuje się z niego płytki do instrumentów optycznych.

Krzemień, ametyst, jaspis, opal, chalcedon to wszystkie odmiany kwarcu. Małe ziarna kwarcu tworzą piasek. A najpiękniejszą, najwspanialszą odmianą kwarcu jest kryształ górski, tj. przezroczyste kryształy kwarcu. Dlatego soczewki, pryzmaty i inne części instrumentów optycznych wykonane są z przezroczystego kwarcu. Właściwości elektryczne kwarcu są szczególnie niesamowite. Jeśli skompresujesz lub rozciągniesz kryształ kwarcu, na jego krawędziach pojawią się ładunki elektryczne.

Kryształy znajdują również szerokie zastosowanie w odtwarzaniu, rejestrowaniu i transmisji dźwięku.Istnieją także kryształowe metody pomiaru ciśnienia krwi w ludzkich naczyniach krwionośnych oraz ciśnienia soków w łodygach i pniach roślin. Przemysł elektrooptyczny to przemysł kryształowy. Jest bardzo duża i różnorodna; w jej fabrykach hoduje się i przetwarza setki rodzajów kryształów do zastosowań w optyce, akustyce, elektronice radiowej i technologii laserowej.

Materiał polikrystaliczny Polaroid znalazł również zastosowanie w technologii. W okularach polaroidowych stosuje się filmy polaroidowe. Polaroidy eliminują odblaski odbitego światła, przepuszczając całe inne światło. Są niezastąpione dla polarników, którzy nieustannie muszą patrzeć na oślepiające odbicie promieni słonecznych w zlodowaciałym polu śnieżnym.

Okulary Polaroid pomogą zapobiec kolizjom z nadjeżdżającymi samochodami, które bardzo często mają miejsce ze względu na to, że światła nadjeżdżającego samochodu oślepiają kierowcę, a on nie widzi tego samochodu. Jeśli przednie szyby samochodów i szyby reflektorów samochodowych są wykonane z polaroidu, wówczas przednia szyba nie wpuści światła reflektorów nadjeżdżającego samochodu i „zgaśnie”.