Общи свойства на кристалите. Уникални свойства на кристалите
Основните свойства на кристалите - анизотропия, хомогенност, способност за самоизгаряне и наличие на постоянна точка на топене - се определят от тяхната вътрешна структура.
Ориз. 1. Пример за анизотропия е кристал на минерала дистен. В надлъжна посока твърдостта му е 4,5, в напречна посока е 6. © Parent Géry
Това свойство се нарича още неравенство. Изразява се в това, че физичните свойства на кристалите (твърдост, якост, топлопроводимост, електропроводимост, скорост на разпространение на светлината) не са еднакви в различни посоки. Частиците, образуващи кристална структура в непаралелни посоки, са разделени една от друга с различни разстояния, в резултат на което свойствата на кристалното вещество в такива посоки трябва да бъдат различни. Типичен пример за вещество с изразена анизотропия е слюдата. Кристалните плочи на този минерал лесно се разцепват само по равнини, успоредни на неговата ламеларност. В напречни посоки е много по-трудно да се разделят слюдените плочи.
Анизотропията се проявява и във факта, че когато кристалът е изложен на някакъв разтворител, скоростта химична реакцияразлични в различни посоки. В резултат на това всеки кристал, когато се разтвори, придобива свой собствен характерни форми, наречени офортни фигури.
Аморфните вещества се характеризират с изотропност (еквивалентност) - физичните свойства се проявяват еднакво във всички посоки.
Еднородност
Изразява се в това, че всички елементарни обеми на кристално вещество, еднакво ориентирани в пространството, са абсолютно еднакви във всичките си свойства: имат еднакъв цвят, маса, твърдост и др. Така всеки кристал е хомогенно, но в същото време анизотропно тяло.
Хомогенността не е присъща само на кристалните тела. Твърдите аморфни образувания също могат да бъдат хомогенни. Но аморфните тела не могат сами да приемат многостранна форма.
Способност за самоограничение
Способността за самонарязване се изразява във факта, че всеки фрагмент или топче, изработено от кристал в среда, подходяща за растежа му, с течение на времето се покрива с ръбове, характерни за даден кристал. Тази характеристика е свързана с кристалната структура. Стъклената топка например няма такава функция.
Кристалите от едно и също вещество могат да се различават един от друг по своя размер, брой лица, ръбове и форма на лицата. Това зависи от условията на образуване на кристали. При неравномерен растеж кристалите се оказват сплескани, удължени и др. Ъглите между съответните лица на нарастващия кристал остават непроменени. Тази характеристика на кристалите е известна като закон за постоянство на фасетните ъгли. В този случай размерът и формата на лицата на различни кристали от едно и също вещество, разстоянието между тях и дори техният брой могат да се променят, но ъглите между съответните лица във всички кристали от едно и също вещество остават постоянни при едни и същи условия на налягане и температура.
Законът за постоянството на фасетните ъгли е установен в края на 17 век от датския учен Стено (1699) върху кристали от железен блясък и планински кристал; този закон по-късно е потвърден от M.V. Ломоносов (1749) и френският учен Рим де Лил (1783). Законът за постоянството на фасетните ъгли се нарича първи закон на кристалографията.
Законът за постоянството на фасетните ъгли се обяснява с факта, че всички кристали на едно вещество са еднакви по вътрешна структура, т.е. имат същата структура.
Съгласно този закон кристалите на определено вещество се характеризират със своите специфични ъгли. Следователно, чрез измерване на ъглите е възможно да се докаже, че изследваният кристал принадлежи към определено вещество. На това се основава един от методите за диагностициране на кристали.
За измерване на двустенните ъгли на кристалите са изобретени специални устройства - гониометри.
Постоянна точка на топене
Изразява се в това, че при нагряване на кристално тяло температурата се повишава до определена граница; при по-нататъшно нагряване веществото започва да се топи и температурата остава постоянна за известно време, тъй като цялата топлина отива за разрушаване на кристалната решетка. Температурата, при която започва топенето, се нарича точка на топене.
Аморфните вещества, за разлика от кристалните, нямат ясно определена точка на топене. На кривите на охлаждане (или нагряване) на кристални и аморфни вещества може да се види, че в първия случай има две резки завои, съответстващи на началото и края на кристализацията; в случай на охлаждане на аморфно вещество имаме гладка крива. По този признак е лесно да се разграничат кристалните вещества от аморфните.
Кристалите са твърди тела, които имат многостранна форма и съставните им частици (атоми, молекули, йони) са подредени по правилен начин. Повърхността на кристалите е ограничена от равнини, наречени лица. Местата, където лицата се свързват, се наричат ръбове, чиито точки на пресичане се наричат върхове или ъгли.
Лицата, ръбовете и върховете на кристалите са свързани чрез връзката: брой лица + брой върхове = брой ръбове + 2. В повечето случаи кристалните вещества нямат ясно фасетирана форма, въпреки че имат правилна вътрешна кристална структура .
Установено е, че кристалите са изградени от материални частици – йони, атоми или молекули, геометрично правилно разположени в пространството.
Основните свойства на кристалните вещества са следните:
1. Анизотропия (т.е. нееднакви свойства).
Анизотропни вещества са тези вещества, които имат еднакви свойства в успоредни посоки и нееднакви свойства в непаралелни посоки.
Различни физични свойства на кристалите, като топлопроводимост, твърдост, еластичност, разпространение на светлина и др., се променят с промяна на посоката. За разлика от анизотропните тела, изотропните тела имат еднакви свойства във всички посоки.
2. Способността за самоограничаване.
Само кристалните вещества имат тази специфична характеристика. Когато растат свободно, кристалите са ограничени до плоски повърхности и прави ръбове, като придобиват многостенна форма.
3. Симетрия.
Симетрията е естествената повторяемост в разположението на обектите или техните части в равнина или в пространството. Всички кристали са симетрични тела.
Кристалната структура, т.е. разположението на отделните частици в него е симетрично. Следователно самият кристал ще има равнини и оси на симетрия.
Материалните частици (атоми, йони, молекули) в кристално вещество не са разположени произволно, а в определен строг ред. Те са разположени в успоредни редове, като разстоянията между материалните частици на тези редове са еднакви. Този модел в структурата на кристалите се изразява геометрично под формата на пространствена решетка, която е като че ли скелет на вещество.
Пространствената решетка може да си представим като безкрайно голям брой паралелепипеди с еднаква форма и размер, изместени един спрямо друг и сгънати така, че да запълнят пространството без празнини.
Върховете на паралелепипедите, съдържащи атоми, йони или молекули, се наричат възли на пространствена решетка, а правите линии, прекарани през тях, се наричат редове. Всяка равнина, която минава през три възела на пространствена решетка (не лежащи на една и съща права линия), се нарича плоска мрежа. Елементарен паралелепипед, в чиито върхове има решетъчни възли, се нарича клетка на дадена пространствена решетка.
По този начин кристалното вещество има строго правилна (ретикуларна) структура. На фигурата по-долу можете да видите кристалните решетки: а) - диамант, б) - графит.
Всички най-важни свойства на кристалните вещества са следствие от тяхната вътрешна закономерна структура. Например, анизотропията на кристалите може лесно да бъде разбрана чрез измерване на определени свойства в различни посоки. Анизотропията е особено ясно разкрита в оптичните свойства на кристалите, на които се основава един от най-важните методи за тяхното изследване, използвани в минералогията и петрографията.
Способността на кристалите да се режат също е естествена последица от тях вътрешна структура. Кристалните лица съответстват на плоски мрежи, ръбовете съответстват на редове, а върховете на ъглите съответстват на възлите на пространствената решетка.
Пространствената решетка има безкраен брой плоски мрежи, редове и възли. Но само онези мрежи с плоска решетка, които имат най-висока мрежеста плътност, могат да съответстват на реални лица, т.е. върху които на единица площ ще има най-голямото числосъставните му частици (атоми, йони). Има относително малко такива плоски мрежи, следователно кристалите имат много специфичен брой лица.
Основни свойства на кристалите
Кристалите растат многостранно, тъй като темповете им на растеж в различни посоки са различни. Ако бяха еднакви, тогава единствената форма щеше да е топка.
Не само скоростта на растеж, но и почти всички техни свойства са различни в различни посоки, т.е. присъщи на кристалите анизотропия (“an” - не, “nizos” - идентичен, “tropos” - свойство), неравенство в посоките.
Например калцитът при нагряване се разтяга в надлъжна посока (a = 24,9·10 -6 o C -1), а в напречна посока се свива (a = -5,6·10 -6 o C -1). Освен това има посока, в която топлинното разширение и компресията се компенсират взаимно (посоката на нулево разширение). Ако изрежете плоча перпендикулярно на тази посока, тогава нейната дебелина няма да се промени при нагряване и може да се използва за производство на части в прецизното инженерство.
При графита разширението по вертикалната ос е 14 пъти по-голямо, отколкото в посоки, напречни на тази ос.
Анизотропията е особено очевидна механични свойствакристали. Кристалите със слоеста структура - слюда, графит, талк, гипс - много лесно се разцепват на тънки листове по посока на слоевете, разцепването им в други посоки е несравнимо по-трудно. Солта се натрошава на малки кубчета, испанският шпат на ромбоедри (феномен на разцепване).
В кристалите има и анизотропия на оптични свойства, топлопроводимост, електропроводимост, еластичност и др.
IN поликристален, състоящ се от много произволно ориентирани монокристални зърна, няма анизотропия на свойствата.
Още веднъж трябва да се подчертае, че и аморфните вещества изотропен.
Някои кристални вещества могат също да проявяват изотропия. Например, разпространението на светлината в кубичните кристали става със същата скорост в различни посоки. Можем да кажем, че такива кристали са оптически изотропни, въпреки че в тези кристали може да се наблюдава анизотропия в механичните свойства.
Еднородност – свойството на физическото тяло да бъде еднакво в целия си обем. Хомогенността на кристалното вещество се изразява във факта, че всички участъци от кристала с еднаква форма и еднаква ориентация се характеризират с еднакви свойства.
Способност за самоунищожение – способността на кристала да приема многостранна форма при благоприятни условия. Описва се от закона на Стенон за постоянните ъгли.
Плоскост И прав ханш . Повърхността на кристала е ограничена от равнини или лица, които, пресичайки се, образуват прави линии - ръбове. Пресечните точки на ръбовете образуват върховете.
Лицата, ръбовете, върховете, както и двустенните ъгли (прави, тъпи, остри) са елементи на външното ограничение на кристалите. Двустенни ъгли (това са две пресичащи се равнини), както бе споменато по-горе, за от този типвеществата са константа.
Формулата на Ойлер установява връзката между елементите на ограничението (само прости затворени форми):
G + B = P + 2,
G – брой лица,
B – брой върхове,
P – брой ребра.
Например за куб 6+8=12+2
Ръбовете на кристалите съответстват на редовете на решетката, лицата - на плоски решетки.
Кристална симетрия .
„Кристалите блестят със своята симетрия“, пише великият руски кристалограф Е.С. Федоров.
Симетрия - редовна повторяемост равни фигуриили равни части от една и съща фигура. „Симетрия“ - от гръцки. “пропорционалност” на съответните точки в пространството.
Ако геометричен обект в триизмерното пространство се завърти, измести или отрази и в същото време е точно подравнен със себе си (трансформиран в себе си), т.е. остава инвариантен спрямо приложената към него трансформация, тогава обектът е симетричен и трансформацията е симетрична.
В този случай може да има случаи на комбинация:
1. Комбинирането на равни триъгълници (или други фигури) става чрез завъртането им по посока на часовниковата стрелка на 180° и наслагването им един върху друг. Такива фигури се наричат съвместими-равни. Пример – еднакви ръкавици (лява или дясна).
Текстът на работата е публикуван без изображения и формули.
Пълна версияработата е достъпна в раздела „Работни файлове“ в PDF формат
Въведение
„Почти целият свят е кристален.
Светът се управлява от кристал и неговите твърди вещества,
ясни закони"
Академик Ферсман A.E.
Възможно ли е да се отглеждат кристали у дома? Подобрете уменията и способностите си, покажете креативност - какво може да е по-подходящо за модерен ученик? Искам да тествам способностите си, да намеря отговори на въпросите: Какво? как? Защо? И това е избраната тема на тази работа, която ми дава тази възможност: ще го разбера! Ще обясни! тази работаима известен аспект на новост, тъй като никога не съм правил нещо подобно със собствените си ръце - кристалът „растеше“ пред очите ми, наблюдавах го и се грижих за него. Според мен „отглеждането“ или получаването на кристал означава създаване на чудо!
Цел на работата: отглеждайте кристали у дома и изследвайте свойствата им.
Задачи: 1. Проучете информация от литературни източници по въпроса.
2. Отгледайте кристал от сол на меден сулфат.
3. Проучете влиянието на външните условия върху растежа на кристала, като използвате пример
4. Изследвайте физичните и химичните свойства на отглежданите кристали.
В света има много интересни и необичайни неща. Понякога се намират камъни в земята в такава форма, сякаш някой внимателно ги е изрязал, шлифовал или полирал - това са кристали. Те се срещат навсякъде в нашия живот, привличат със своята необичайност и загадъчност, предизвикват интерес за наблюдение и изучаване. Има кристали, които са малки, тесни и остри, като игли, и има огромни, като колони. Много кристали са съвършено чисти и прозрачни като водата. Нищо чудно, че казват „прозрачен като кристал“, „кристално чист“.
Живеейки на Земята, ние ходим по кристали, строим с кристали, обработваме кристали във фабрики, отглеждаме ги в лаборатории, използваме ги широко в технологиите и науката, ядем кристали, лекуваме с тях...
Монокристалите на много вещества се получават изкуствено в лаборатории. Като вземете предпазни мерки, можете да отглеждате някои кристали у дома, например от пренаситени разтвори на меден сулфат, като постепенно премахвате водата от разтвора. Точно този метод използвах за отглеждане на моите кристали, разделяйки работата на три етапа:
Подготовка на "семето".
Наблюдение на растежа на кристалите.
Изследване на физически и химични свойствакристал.
Софтуерът, който използвахме за обработка на резултатите от кристални експерименти: цифров микроскоп, дигитална камера, електронен баланс.
Програми: Microsoft Office Picture Manager, Microsoft Photo Paint
Изводи:
1. Отгледахме кристали от меден сулфат: монокристални и поликристални (друзи).
2. Кристал, отгледан в магнитно поле, има почти правилна формаромб
3. Изследвани са физикохимичните свойства: кристалите на медния сулфат се разтварят добре във вода и слабо в алкохол; появата на зелен оттенък в пламъка показва наличието на медни йони (CuSO 4), плътността на кристал, отглеждан в магнитно поле, е 2,07 g / cm 3, а извън магнитно поле - 2,04 kg / cm 3; индекс на пречупване на кристала n=1.54; Кристалът в експеримента за електропроводимост показа ясно дефинирани изолационни свойства, което напълно отговаря на нормалните електрически свойства на кристали с йонна структура.
В резултат на изследването проблемът беше решен: успяхме да отгледаме кристали от меден сулфат у дома.
Практическото значение на изследването е, че кристалите, които отгледахме, могат да се използват за демонстрация в уроците по химия и физика, за създаване на картини, цветя, композиции, бижута за модници и др. От кристалите, които отгледахме, изработихме: брошка, декорирана рамка за снимки и стойка за свещи, украсяващи кутията. Отразихме резултатите от нашата работа в публикувани брошури с препоръки за отглеждане на кристали у дома и създадохме презентация, която може да се използва и в уроци и извънкласни дейности.
Глава 1. Теоретична част
Какво е кристал
Думата кристал ("crystallos") - гръцки произход. Древните гърци наричали леден кристал, а след това скален кристал, който се смятал за вкаменен лед. По-късно, от 17-ти век, кристалите започват да се наричат всички твърди тела, които имат естествената форма на планарен многостен. Кристалите са твърди вещества, чиито атоми или молекули заемат определени, подредени позиции в пространството. Във всички кристали, във всички твърди вещества, частиците са подредени в правилен, ясен ред, подредени в симетричен, правилен повтарящ се модел. Докато съществува този ред, съществува твърдо тяло, кристал. Следователно кристалите имат плоски ръбове. Кристалите се предлагат в различни форми.
Кристалните твърди вещества се срещат под формата на отделни монокристали - монокристали и под формата на поликристали, които са струпвания от произволно ориентирани малки кристали - кристалити, иначе наричани (кристални) зърна. Монокристалите се различават по свойствата си от поликристалите. Единични кристали, монокристали, имат правилното геометрична форма, те се характеризират с анизотропия, тоест разлики в свойствата в различни посоки. Поликристалите се състоят от много сраснали кристали и са изотропни. Ето например кристали от меден сулфат, които отгледахме у дома:
За визуално представяне на вътрешната структура на кристала се използва неговото изображение с помощта на кристална решетка. Кристална решетка - триизмерно разположение на атоми, йони или молекули в кристално вещество. В зависимост от това как са подредени атомите, той става или диамант - красив, прозрачен, най-твърдият камък в света, или сивкаво-черен мек графит, който виждаме в молив.
В зависимост от вида на кристалната решетка кристалите се делят на 4 групи:
|
Йонни Във възлите на кристалната решетка се редуват йони с противоположни знаци. Електростатични сили на взаимодействие |
Ковалентен(атомен) В местата на решетката има неутрални атоми, държани заедно чрез ковалентни връзки от квантово-механичен произход. |
Молекулярна Положително заредените метални йони са разположени в местата на решетката. При образуването на решетка валентните електрони, слабо свързани с атомите, се отделят от атомите и се колективизират, т.е. принадлежат на целия кристал като цяло. |
Метал Неутралните молекули са разположени в местата на решетката, силите на взаимодействие между които са причинени от взаимното изместване на електроните. |
1.2.Методи за отглеждане на кристали в природата.
Всеки можеше да наблюдава как върху стъклото на замръзнал прозорец се появяват, растат и постепенно променят формата си ледени кристали. Кристалите растат . Те винаги растат в правилни, симетрични полиедри, ако нищо не пречи на растежа им. Кристализацията може да се извърши по различни начини.
1 начин : Кристалите могат да растат, когато парата кондензира - така се получават снежинки и шарки върху студено стъкло.
Метод 2 : Охлаждане на наситен горещ разтвор или стопилка. Кристализацията от стопилка също включва процеса на образуване на вулканични скали. Именно поради охлаждането преди милиони години на Земята се появиха много минерали. „Разтворът“ за това „преживяване“ беше магмата - разтопена маса от скали в недрата на Земята. Издигайки се на повърхността от горещите дълбини, магмата се охлади. В резултат на това охлаждане, което може да продължи хиляди години, са се образували самите минерали, по които ходим и се катерим. Този процес е много дълъг.
3 начина : Постепенно отстраняване на водата от наситен разтвор. Когато се изпари („изсъхне“), водата се превръща в пара и се изпарява. Но разтворен във вода химически веществане може да се изпари с него и да се утаи под формата на кристали. Най-простият пример е солта, която се образува, когато водата се изпари от солен разтвор. И в този случай, колкото по-бавно се изпарява водата, толкова по-добре се получават кристалите. Точно този метод използвах за отглеждане на моя кристал.
Магнитно поле
Магнитното поле е особен вид материя, не се възприема от сетивата, то е невидимо. Около телата възниква магнитно поле дълго времезапазващи намагнитването - магнити, тела със собствено магнитно поле. Основното свойство на магнитите е да привличат тела от желязо или негови сплави. Постоянният магнит винаги има два магнитни полюса: северен (N) и южен (S). Най-силното магнитно поле на постоянния магнит е на неговите полюси. Еднаквите полюси на магнита се отблъскват и еднаквите полюси се привличат. Естествените (или естествените) магнити са парчета от магнитна желязна руда. от химичен съставте се състоят от 31% FeO и 69% Fe 2 O 3.
Глава 2. Практическа част.
Инструкции за безопасност:
Трябва да работите с вещества много внимателно.
В никакъв случай зърната не трябва да попадат в хранителните продукти.
Необходимо е да използвате специални прибори за отглеждане на кристали.
След работа с меден сулфат не забравяйте да измиете ръцете си със сапун.
Етапи на работа:
Подготовка на "семето".
Отглеждане и наблюдение на кристали.
Изследване на различни фактори върху процеса на растеж на кристалите (магнитно поле).
Изследване на химически и физични свойствакристали.
Кажи ми и ще забравя.
Покажи ми и ще запомня.
Остави ме да действам сам и ще се науча.
Конфуций
2.1. Откриване на магнитно поле.
Тъй като магнитното поле е невидимо, то може да бъде открито с помощта на железни стружки и магнити. Нека проведем експеримент, потвърждаващ съществуването на магнитно поле.
Оборудване: два дъгообразни магнита, метални стружки, лист хартия.
Процедура: Железни стружки се изсипват върху лист хартия на равномерен слой и след това се поставят върху магнити с противоположни полюси един срещу друг. Металните стружки бяха подредени по определен начин.
Заключение:С помощта на железни стружки добих представа за външния вид на магнитното поле. Железните стружки са разположени в магнитно поле по протежение на неговите електропроводи.
2.2. Подготовка на "семето"
|
Какво ви трябва, за да подготвите „семето“: Оборудване: буркан 0,5, ножица, копринен конец, картон, хартиен филтър, филтърна фуния, термометър, водна баня. Химически реактиви : дестилирана вода, меден сулфат(Приложение 1). |
||
|
2. Изрежете държач от картон, върху който завързваме конец. Първо, пригответе наситен разтвор на меден сулфат. За да направите това, поставете чаша вода във водна баня и изсипете малко меден сулфат на прах, като разбърквате непрекъснато. След пълно разтваряне добавете още малко прах и разбъркайте добре. Така получихме наситен разтвор на меден сулфат. |
||
|
3. Готовата смес оставете за едно денонощие. На следващия ден пресипете сместа в друг буркан през филтър. |
||
|
4. Ден по-късно на дъното на чашата се появиха първите кристали - всички имаха различни форми. Именно от тях избрахме тези, които ни харесаха най-много и бяха с по-правилна форма. Те ще се използват като семена. Връзваме кристалите на конец - това е семето. Изсипваме предварително приготвения нов разтвор в буркан и в него потапяме семето, покриваме го с хартия и оставяме да порасне. |
||
„Семето“ е центърът на кристализацията; растежът на кристалите зависи от неговото качество.
2.3.Наблюдение на растежа на кристалите в магнитно поле и извън него.
За изследването се приготвят две еднакви чаши с еднакво количество разтвор на меден сулфат. Поставихме един буркан в магнитно поле (използвахме постоянни магнити), а вторият - далеч от магнити. Условията - температурни и светлинни условия, при които се намираха бурканите с разтвора, бяха същите.
Наблюдение на растежа и формата на кристал в магнитно поле и извън него
Резултатът от наблюденията: доста голям монокристал от меден сулфат израства в магнитно поле, а извън него израства кристал в странна форма - друза.
Заключение.Процесът на растеж на кристала се оказа чувствителен към влиянието на магнитно поле. Кристалът беше наситено син и с форма на скосен паралелепипед. Страните на кристала са равни. В друг буркан друза с размери 5-6 см израсна странно - красива формаа също и с богат Син цвят. Сред разтопените кристали могат да се разграничат участъци от монокристали с ромбична форма (Приложение 2).
2.4. Химични свойства
2.5. Измерване на плътността на кристалите
Кристалната плътност на медния сулфат се определя въз основа на факта, че той не се разтваря в алкохол.
Оборудване:електронни везни, мерителен цилиндър (чашка), спирт.
Заключение:плътност на кристал, отглеждан в магнитно поле - 2,07 g/cm 3 и извън магнитното поле - 2,04 g/cm3. (сравними с табличните данни)
2.6.Измерване на показателя на пречупване на кристал.
Техните оптични свойства са важни при описанието и идентифицирането на кристалите. Когато светлината удари прозрачен кристал, тя частично се отразява и частично се предава в кристала. Светлината, отразена от кристала, му придава блясък и цвят, а светлината, преминаваща в кристала, създава ефекти, които се определят от неговите оптични свойства. Когато наклонен лъч светлина преминава от въздух в кристал, скоростта му на разпространение намалява; падащият лъч се отклонява или пречупва. Съотношението на sin ъгъла на падане към sin ъгъла на пречупване е постоянна величина и се нарича коефициент на пречупване. Това е най-важната оптична характеристика на кристала и може да бъде измерена много точно.
За измерване на индекса на пречупване използвахме лъч светлина, преминаващ през екран с процеп. Като поставихме кристала по пътя на лъча, маркирахме две точки на входа и изхода на лъча от кристала, след което ги свързахме. След като направихме допълнителни конструкции, измерихме ъгъла на падане на лъча, ъгъла на пречупване и използвайки формулата, изчислихме индекса на пречупване на кристала, отгледан в магнитно поле.
2.7 . Електромагнитни свойства
След провеждане на експеримент с видима радиация, тествахме способността на кристала да абсорбира радиовълни, т.е. невидима радиация. За целта обвихме дистанционното с алуминиево фолио, което не пропуска радиовълни. Натиснахме бутона за захранване, но платката не се включи. След това отворихме тесния отвор за преминаване на лъчите, натиснахме отново бутона за захранване и платката се включи.
След като изключихме платката, опитахме отново да я включим, но този път покрихме излъчвателя с витриолен кристал. Когато натиснах бутона за захранване, платката не се включи.
Заключение:кристал с дебелина 15 мм е пречка за радиовълните.
2.8. Тест за електропроводимост
Електропроводимостта е свойството на някои тела да провеждат електрически ток. Всички вещества са разделени на проводници на електрически ток (проводници), полупроводници и диелектрици (изолатори).
При изследване на електрическата проводимост на получения кристал използвахме крушказа запис на пасажа електрически ток. Ако има ток във веригата, крушката свети, ако не, тя не свети. Приложено е напрежение от 4,5 V.
Заключение:В експеримента кристалът проявява свойствата на изолатор, електрическата крушка не свети, което напълно съответства на нормалните електрически свойства на кристалите с йонна структура.
Изводи:
В обикновена училищна лаборатория по физика, използвайки оборудване, отгледахме кристали от наситен разтвор на меден сулфат, използвайки метода на изпаряване, наблюдавахме растежа им в магнитно поле и извън него и изчислихме физически характеристики, изучава химичните свойства.
1. Отгледахме кристали от меден сулфат: монокристален и поликристален.
2. Магнитното поле има известен ефект върху растежа на кристалите, кристалът, отгледан в магнитно поле, има почти правилна форма на ромб.
3. Изследвани са физикохимичните свойства: кристалите на медния сулфат се разтварят добре във вода и слабо в алкохол; появата на зелен оттенък в пламъка показва наличието на медни йони, т.е. CuSO4; плътността на кристал, отглеждан в магнитно поле, е 2,07 g/cm 3 , а извън магнитно поле - 2,04 kg/cm 3 ; индекс на пречупване на кристала n = 1,54; Кристалът в експеримента за електропроводимост показва ясно дефинирани изолационни свойства, което напълно съответства на нормалните електрически свойства на кристали с йонна структура.
Заключение.
Завършено изследванияотвори за мен невероятен святкристали. Според мен получаването на кристал означава да създадеш чудо. Това е нещо ново и необичайно за мен. Преди това не знаех какво мога да правя, как ще изглеждат моите „авторски“ кристали и какво да правя с тях. Когато изучавах кристалите, се убедих, че свойствата им са толкова разнообразни, че успяхме да изследваме само няколко от тях. Но най-важното е, че намерихме приложение на тези кристали. Отгледаните от нас кристали могат да се използват за демонстрация в часовете по химия и физика. От самите кристали направихме брошка, украсихме рамка за снимки и поставка за свещи и декорирахме кутия (Приложение 3). Отразихме резултатите от нашата работа в публикувани брошури с препоръки за отглеждане на кристали у дома и създадохме презентация, която може да се използва и в уроци и извънкласни дейности.
В резултат на нашите изследвания ние решихме проблема: успяхме да отгледаме кристали от меден сулфат у дома. С увереност мога да кажа, че отглеждането на кристали е изкуство!
Тази тема ни беше много интересна. Светът на кристалите се оказа невероятен и разнообразен. В резултат на това имаме други въпроси, които изискват допълнително задълбочено проучване. Затова планираме да продължим да изучаваме тази тема.
Физиката е невероятна наука и трябва да я изучавате стъпка по стъпка.
За отглеждане на кристали използвайте само прясно приготвени разтвори.
Използвайте само чисти съдове.
Не забравяйте да филтрирате разтвора.
Когато кристал расте, той не може да бъде изваден от разтвора без специална причина.
Не позволявайте отломки да попаднат в наситения разтвор. За да направите това, покрийте го с филтърна хартия.
Периодично (веднъж седмично) сменете или опреснявайте наситения разтвор.
Отстранете образувалите се стопени малки кристали.
Колкото по-бавно се охлажда разтворът, толкова по-големи кристали се образуват. За да направите това, можете да увиете очилата с плат.
Внимателно покрийте получените кристали с безцветен лак, за да предотвратите атмосферните влияния.
Библиография:
1.Физическа работилница за класове със задълбочено изучаване на физика. Под редакцията на Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина. М; 1993 г
2. Поредица “Ерудит” Химия, Физика.
3. Шасколская, М. П. Кристали. Издателство "Наука". - М.: 1978 г.
4. енциклопедичен речникмлад физик. - М.: Педагогика, 1995.
Интернет ресурси:
school-collection.edu.ru
class-fizika.narod.ru
Приложение 1
Меден сулфат
Химична формула: CuSO 4 * 5H 2 O 1
Химично наименование: меден сулфат, меден сулфат пентахидрат (Cuprumsulfuricum), тебеширен сулфат (II) пентахидрат
Описание: син кристален прах
Клас съединения: кристални хидратни соли
Описание на кристалите: сини кристали, силно разтворими във вода. Имоти . Хигроскопичен. Разтваря се във вода, глицерин, сярна киселина. Слабо разтворим в амоняк. Солта е стабилна на въздух.
Структура на кристален хидрат
Структурата на медния сулфат е показана на фигурата. Както се вижда, два SO 4 2− аниона и четири водни молекули (в равнината) са координирани около медния йон, а петата водна молекула играе ролята на мостове, които чрез водородни връзки обединяват водните молекули от равнината и сулфатната група.
Приложение.
Използва се за борба с вредители и болести по растенията (от гъбични заболявания и гроздови листни въшки). Понякога се използва в плувни басейни за предотвратяване на растежа на водорасли във водата.
В строителството се използва воден разтвор на меден сулфат за премахване на петна от ръжда, както и за отстраняване на солни секрети от тухли и бетонни повърхности; а също и като средство за предотвратяване на гниене на дървесина.
Използва се и в производството на минерални бои, в медицината и като част от предачните разтвори при производството на ацетатни влакна.
IN Хранително-вкусовата промишленострегистриран като хранителна добавка E519(консервант).
В природата понякога се среща минералът халкантит, чийто състав е близък до CuSO 4 * 5H 2 O
В пунктовете за изкупуване на скрап от цветни метали разтворът на меден сулфат се използва за идентифициране на цинк, манган и магнезий в алуминиеви сплавии неръждаема стомана. При откриване на горните метали се появяват червени петна от чиста мед.
Приложение 2
Изследване на кристали с помощта на цифров микроскоп.
Приложение 3
1 Материалът е взет от страници на Wikipedia
Разглеждайки различни кристали, виждаме, че всички те са различни по форма, но всеки от тях представлява симетрично тяло. Всъщност симетрията е едно от основните свойства на кристалите. Наричаме телата симетрични, ако се състоят от равни, еднакви части.
Всички кристали са симетрични. Това означава, че във всеки кристален полиедър могат да се намерят равнини на симетрия, оси на симетрия, центрове на симетрия и други елементи на симетрия, така че идентични части на полиедъра да пасват една към друга. Нека въведем още едно понятие, свързано със симетрията - полярността.
Всеки кристален полиедър има определен набор от елементи на симетрия. Пълният набор от всички елементи на симетрия, присъщи на даден кристал, се нарича клас на симетрия. Броят им е ограничен. Математически е доказано, че има 32 вида симетрия в кристалите.
Нека разгледаме по-подробно видовете симетрия в кристала. Първо, кристалите могат да имат оси на симетрия само от 1, 2, 3, 4 и 6 реда. Очевидно оси на симетрия от 5-ти, 7-ми и по-високи порядъци не са възможни, тъй като с такава структура атомните редове и мрежи няма да запълват непрекъснато пространството; между равновесните позиции на атомите ще се появят празнини и празнини. Атомите няма да бъдат в най-стабилните позиции и кристалната структура ще се срути.
В кристален полиедър може да се намери различни комбинацииелементи на симетрия - някои имат малко, други имат много. Според симетрията, предимно по осите на симетрия, кристалите се делят на три категории.
Най-високата категория включва най-симетричните кристали; те могат да имат няколко оси на симетрия от порядъци 2, 3 и 4, без оси от 6-ти ред, те могат да имат равнини и центрове на симетрия. Тези форми включват куб, октаедър, тетраедър и т.н. Всички те имат обща характеристика: те са приблизително еднакви във всички посоки.
Кристалите от средната категория могат да имат оси от 3, 4 и 6 порядъка, но само един по един. Може да има няколко оси от порядък 2; възможни са равнини на симетрия и центрове на симетрия. Формите на тези кристали: призми, пирамиди и др. обща черта: рязка разлика по и напречно на главната ос на симетрия.
Кристалите в най-високата категория включват: диамант, кварц, германиеви гранати, силиций, мед, алуминий, злато, сребро, сив калай, волфрам, желязо; към средната категория - графит, рубин, кварц, цинк, магнезий, бял калай, турмалин, берил; до най-ниските - гипс, слюда, меден сулфат, рошелска сол и др. Разбира се, този списък не изброява всички съществуващи кристали, а само най-известните от тях.
Категориите от своя страна са разделени на седем системи. В превод от гръцки „сингония“ означава „подобен ъгъл“. Кристалите с еднакви оси на симетрия и следователно с подобни ъгли на въртене в структурата се обединяват в кристална система.
Първо, струва си да споменем две основни свойства на кристалите. Една от тях е анизотропията. Този термин означава промяна в свойствата в зависимост от посоката. В същото време кристалите са хомогенни тела. Хомогенността на кристалното вещество се състои в това, че двете му части с еднаква форма и еднаква ориентация имат еднакви свойства.
Нека поговорим първо за електрическите свойства. По принцип електрически свойствакристалите могат да се разглеждат на примера на металите, тъй като металите в едно от техните състояния могат да бъдат кристални агрегати. Електроните, които се движат свободно в метала, не могат да излязат, това изисква енергия. Ако в този случай се изразходва лъчиста енергия, ефектът на отвличане на електрони предизвиква така наречения фотоелектричен ефект. Подобен ефект се наблюдава при монокристалите. Електрон, откъснат от молекулната орбита, оставайки вътре в кристала, причинява метална проводимост в последния (вътрешен фотоелектричен ефект). При нормални условия (без облъчване) такива връзки не са проводници на електрически ток.
Поведението на светлинните вълни в кристалите е изследвано от Е. Бертолин, който пръв забелязва, че вълните се държат нестандартно при преминаване през кристал. Един ден Берталин правеше скици двустенни ъглиИсландски шпанг, след това постави кристала върху чертежите, тогава ученият видя за първи път, че всяка линия се раздвоява. Той беше убеден няколко пъти, че всички кристали на шпата раздвояват светлината, едва тогава Берталин написа трактат „Експерименти с двупречупващ исландски кристал, който доведе до откриването на прекрасно и необикновено пречупване“ (1669). Ученият изпраща резултатите от експериментите си на отделни учени и академии в няколко страни. Творбите бяха приети с пълно недоверие. Английската академия на науките отдели група учени, за да тестват този закон (Нютон, Бойл, Хук и др.). Тази авторитетна комисия призна явлението за случайно, а закона за несъществуващ. Резултатите от експериментите на Берталин бяха забравени.
Само 20 години по-късно Кристиан Хюйгенс потвърждава правилността на откритието на Берталин и сам открива двойното пречупване в кварца. Много учени, които впоследствие изследваха това свойство, потвърдиха, че не само исландският шпат, но и много други кристали разделят светлината.
Кристалите от най-висока категория като диамант, каменна сол, стипца, гранати и флуорит не разделят светлината. Като цяло, анизотропията на много свойства в тях е по-слаба, отколкото в други кристали, а някои свойства са изотропни. Във всички кристали от долната и средната категория, ако са прозрачни, се наблюдава двойно пречупване на светлината.
Пречупването възниква поради разликите в скоростта на светлината в различните среди. Така че в стъклото скоростта на светлината е 1,5 пъти по-малка, отколкото във въздуха, следователно индексът на пречупване е 1,5.
Причината за двойното пречупване е анизотропията на скоростта на светлината в кристалите. В изотропна среда вълните се разминават еднакво във всички посоки, сякаш по радиусите на топка. В кристалите има светлина и звукови вълниТе не се разминават в кръгове и скоростта на тези вълни, а следователно и показателите на пречупване, са различни в различните посоки.
Да си представим, че в един кристал светлинен лъч се разделя на две, единият се държи като „обикновен“, т.е. върви във всички посоки по радиусите на топката, другият - „извънредно“ - върви по радиусите на елипсоида. В такъв кристал има само една посока, в която няма двойно пречупване. Обикновените и необикновените лъчи вървят заедно, светлинният лъч не се разделя на две. Нарича се оптична ос. Така се държат кристалите от средната категория по отношение на светлината, поради което се наричат оптически едноосни. В кристалите от най-ниската категория светлината също изпитва двойно пречупване, но и двата лъча се държат като необичайни, и двата имат различни показатели на пречупване във всички посоки и се разпространяват по радиусите на елипсоида. Кристалите от най-ниската категория се наричат оптично двуосни. Кристалите от най-високата категория, при които светлината се отклонява еднакво по радиусите на топката във всички посоки, се наричат оптически изотропни.
Преминавайки през двупречупващ кристал, светлинната вълна не само се раздвоява, но всеки от образуваните лъчи също е поляризиран, разложен на две равнини, перпендикулярни една на друга. Вълната се държи по подобен начин, защото тя трябва да премине през атомната решетка, чиито редове лежат пред нея. Поради това тя се разпада в кристала на две вълни, в които равнините на трептене са взаимно перпендикулярни.
Такива свойства на твърдите тела като еластичност, якост, повърхностно напрежение се определят от силите на взаимодействие между атомите и структурата на кристалите. Чрез изучаване на силите на междуатомно взаимодействие е възможно например да се определи стойността на модула на еластичност, якостта на опън на материала, енергията на свързване на кристала и коефициента на повърхностно напрежение.
По този начин се оценяват характеристиките на всяко твърдо вещество, но най-лесно е това да се направи за идеални йонни кристали. В решетката на такива кристали периодично се редуват положителни и отрицателни йони. За да се оцени, на първо място, е необходимо да се установи силата на единична междуатомна връзка, която в йонните кристали се определя от силата на взаимодействие между два йона.
Зависимост на силите на междуатомно взаимодействие от разстоянието между центровете на атомите в твърди веществае както следва:
1) Силите на привличане и отблъскване действат едновременно между атомите. Получената сила на междуатомното взаимодействие е сумата от тези две сили.
2) Тъй като разстоянието между атомите намалява, силите на отблъскване нарастват много по-бързо от силите на привличане, така че има определено разстояние, при което силите на привличане и отблъскване се балансират и получената сила става равно на нула. В оставен на произвола кристал йоните са разположени точно на разстояние r0 един от друг. Ако разстоянието между атомите е по-малко от равновесното (r по-малко от r0), тогава преобладават силите на отблъскване; ако (r е по-голямо от r0), тогава преобладават силите на привличане.
Тези свойства на междуатомните сили ни позволяват условно да разглеждаме частиците, които образуват кристал, като твърди еластични топки, взаимодействащи една с друга. Деформацията на опън на кристала води до увеличаване на разстоянието между центровете на съседните топки и преобладаване на силите на привличане, а деформацията на натиск води до намаляване на това разстояние и преобладаване на силите на отблъскване.
Якостта на опън обикновено се нарича най-голямото напрежение, което материалът може да издържи, без да се счупи. Когато образецът е разтегнат, неговата якост на опън се определя от максималната стойност на резултантната сила на междуатомно привличане на единица площ на напречното сечение, перпендикулярна на посоката на опън.
Получената сила на междуатомно взаимодействие достига своята максимална стойност, когато центровете на атомите са на разстояние r1 един от друг. Тъй като разтягането се увеличава допълнително, силите на взаимодействие стават толкова малки, че връзките между атомите се разкъсват.
