Splošne lastnosti kristalov. Edinstvene lastnosti kristalov
Glavne lastnosti kristalov - anizotropija, homogenost, sposobnost samogorenja in prisotnost stalne temperature taljenja - so določene z njihovo notranjo strukturo.
riž. 1. Primer anizotropije je kristal minerala distena. V vzdolžni smeri je njegova trdota 4,5, v prečni smeri pa 6. © Parent Géry
Ta lastnost se imenuje tudi neskladje. Izraža se v tem, da fizikalne lastnosti kristalov (trdota, trdnost, toplotna prevodnost, električna prevodnost, hitrost širjenja svetlobe) niso enake v različnih smereh. Delci, ki tvorijo kristalno strukturo v nevzporednih smereh, so med seboj ločeni z različne razdalje, zaradi česar bi morale biti lastnosti kristalne snovi v takih smereh različne. Značilen primer snovi z izrazito anizotropijo je sljuda. Kristalne plošče tega minerala se zlahka razcepijo le vzdolž ravnin, ki so vzporedne z njegovo lamelarnostjo. V prečnih smereh je veliko težje cepiti plošče sljude.
Anizotropija se kaže tudi v tem, da ko je kristal izpostavljen kateremu koli topilu, stopnja kemične reakcije različne v različne smeri. Posledično vsak kristal ob raztapljanju pridobi svojega značilne oblike, ki se imenujejo jedkane oblike.
Za amorfne snovi je značilna izotropnost (enakovrednost) - fizikalne lastnosti v vseh smereh se kažejo na enak način.
Enotnost
Izraža se v dejstvu, da so vse osnovne količine kristalne snovi, enako usmerjene v vesolju, popolnoma enake v vseh svojih lastnostih: imajo enako barvo, maso, trdoto itd. torej je vsak kristal homogeno, a hkrati anizotropno telo.
Homogenost ni lastna le kristalnim telesom. Trdne amorfne tvorbe so lahko tudi homogene. Toda amorfna telesa sama po sebi ne morejo prevzeti poliedrske oblike.
Sposobnost samoomejevanja
Sposobnost samorezovanja se izraža v tem, da se vsak delček ali kroglica, izrezljana iz kristala v mediju, ki je primeren za njegovo rast, sčasoma prekrije s ploskvami, značilnimi za dani kristal. Ta lastnost je povezana s kristalno strukturo. Steklena krogla, na primer, nima takšne lastnosti.
Kristali iste snovi se lahko med seboj razlikujejo po velikosti, številu ploskev, robovih in obliki ploskev. Odvisno je od pogojev nastanka kristalov. Z neenakomerno rastjo so kristali sploščeni, podolgovati itd. Koti med ustreznimi ploskvami rastočega kristala ostanejo nespremenjeni. Ta lastnost kristalov je znana kot zakon o konstantnosti fasetnih kotov. V tem primeru se lahko razlikujejo velikost in oblika ploskev v različnih kristalih iste snovi, razdalja med njimi in celo njihovo število, vendar ostanejo koti med ustreznimi ploskvami v vseh kristalih iste snovi pod enakimi pogoji nespremenjeni. tlaka in temperature.
Zakon o konstantnosti fasetnih kotov je konec 17. stoletja vzpostavil danski znanstvenik Steno (1699) na kristalih železnega sijaja in kamnitem kristalu, kasneje pa je ta zakon potrdil M.V. Lomonosov (1749) in francoski znanstvenik Rome de Lille (1783). Zakon o nespremenljivosti fasetnih kotov se imenuje prvi zakon kristalografije.
Zakon o konstantnosti fasetnih kotov je razložen z dejstvom, da so vsi kristali ene snovi enaki po svoji notranji strukturi, tj. imajo enako strukturo.
Po tem zakonu so kristali določene snovi označeni s svojimi specifičnimi koti. Zato je z merjenjem kotov mogoče dokazati, da proučevani kristal pripada eni ali drugi snovi. Na tem temelji ena od metod za diagnosticiranje kristalov.
Za merjenje diedrskih kotov v kristalih so bile izumljene posebne naprave - goniometri.
konstantno tališče
Izraža se v tem, da se pri segrevanju kristalnega telesa temperatura dvigne do določene meje; z nadaljnjim segrevanjem se snov začne topiti, temperatura pa nekaj časa ostane konstantna, saj gre vsa toplota za uničenje kristalne mreže. Temperatura, pri kateri se začne taljenje, se imenuje tališče.
Amorfne snovi za razliko od kristaliničnih nimajo jasno določenega tališča. Na krivuljah ohlajanja (ali segrevanja) kristaliničnih in amorfnih snovi lahko vidimo, da sta v prvem primeru dva ostra pregiba, ki ustrezata začetku in koncu kristalizacije; v primeru ohlajanja amorfne snovi pa imamo gladko krivuljo. Na tej podlagi zlahka ločimo kristalne od amorfnih snovi.
Kristali so trdna telesa, ki imajo obliko poliedra, delci, ki jih sestavljajo (atomi, molekule, ioni), pa so razporejeni pravilno. Površina kristalov je omejena z ravninami, ki jih imenujemo ploskve. Spojišča ploskev se imenujejo robovi, katerih presečišča se imenujejo oglišča ali vogali.
Ploskve, robovi in oglišča kristalov so povezani z naslednjim razmerjem: število ploskev + število oglišč = število robov + 2. Kristalne snovi v večini primerov nimajo jasno fasetirane oblike, čeprav imajo pravilna notranja kristalna struktura.
Ugotovljeno je bilo, da so kristali zgrajeni iz materialnih delcev - ionov, atomov ali molekul, ki so geometrijsko pravilno locirani v prostoru.
Glavne lastnosti kristaliničnih snovi so naslednje:
1. Anizotropija (tj. neenakovrednost).
Anizotropne snovi so tiste, ki imajo enake lastnosti v vzporednih smereh in neenake - v nevzporednih.
Različne fizikalne lastnosti kristalov, kot so toplotna prevodnost, trdota, elastičnost, širjenje svetlobe itd., se spreminjajo s spremembo smeri. V nasprotju z anizotropnimi telesi imajo izotropna telesa enake lastnosti v vseh smereh.
2. Sposobnost samoomejevanja.
Samo kristalne snovi imajo to specifično lastnost. S prosto rastjo so kristali omejeni z ravnimi ploskvami in ravnimi robovi ter dobijo poliedrično obliko.
3. Simetrija.
Simetrija je pravilno ponavljanje razporeditve predmetov ali njihovih delov na ravnini ali v prostoru. Vsi kristali so simetrična telesa.
Kristalna struktura, tj. razporeditev posameznih delcev v njej je simetrična. Posledično bo sam kristal imel ravnine in simetrijske osi.
Materialni delci (atomi, ioni, molekule) v kristalni snovi niso postavljeni naključno, ampak v določenem strogem vrstnem redu. Nahajajo se v vzporednih vrstah, razdalje med materialnimi delci teh vrstic pa so enake. Ta vzorec v strukturi kristalov se geometrično izraža v obliki prostorske mreže, ki je tako rekoč okostje snovi.
Prostorsko mrežo si lahko predstavljamo kot neskončno veliko število paralelopipedov enake oblike in velikosti, premaknjenih glede na drugega in prepognjenih tako, da zapolnjujejo prostor brez vrzeli.
Oglišča paralelepipedov, v katerih se nahajajo atomi, ioni ali molekule, imenujemo vozlišča prostorske mreže, premice, narisane skozi njih, pa vrstice. Vsaka ravnina, ki poteka skozi tri vozlišča prostorske mreže (ki ne ležijo na isti premici), se imenuje ravna mreža. Elementarni paralelepiped, na vrhovih katerega so vozlišča mreže, se imenuje celica te prostorske mreže.
Tako ima kristalna snov strogo pravilno (retikularno) strukturo. Na spodnji sliki lahko vidite kristalne mreže: a) - diamant, b) - grafit.
Vse najpomembnejše lastnosti kristaliničnih snovi so posledica njihove notranje pravilne zgradbe. Tako lahko na primer anizotropijo kristalov zlahka razumemo z merjenjem določenih lastnosti v različnih smereh. Anizotropija se še posebej jasno kaže v optičnih lastnostih kristalov, kar je osnova ene najpomembnejših metod za njihovo preučevanje, ki se uporablja v mineralogiji in petrografiji.
Sposobnost kristalov, da se samorezijo, je tudi naravna posledica njihovega notranja struktura. Strani kristalov ustrezajo ravnim mrežam, robovi ustrezajo vrstam, oglišča vogalov pa ustrezajo vozliščem prostorske mreže.
Prostorska mreža ima neskončno število ravnih mrež, vrstic in vozlišč. Toda pravi obrazi lahko ustrezajo le tistim ravnim mrežam mreže, ki imajo največjo retikularno gostoto, tj. na kateri bo račun za enoto površine največje število njeni sestavni delci (atomi, ioni). Takih ravnih mrež je razmeroma malo, zato imajo kristali natančno določeno število ploskev.
Osnovne lastnosti kristalov
Kristali rastejo večplastno, saj so njihove stopnje rasti v različnih smereh različne. Če bi bili enaki, bi dobili eno samo obliko - kroglo.
Ne samo stopnja rasti, ampak skoraj vse njihove lastnosti so različne v različnih smereh, tj. kristali so inherentni anizotropija ("an" - ne, "nizos" - enako, "tropos" - lastnost), neenakost v smereh.
Na primer, pri segrevanju v vzdolžni smeri se kalcit razteza (a=24,9·10 -6 o C -1), v prečni smeri pa krči (a=-5,6 10 -6 o C -1). Ima tudi smer, v kateri se toplotna ekspanzija in krčenje kompenzirata (smer ničelne ekspanzije). Če ploščo odrežemo pravokotno na to smer, se njena debelina pri segrevanju ne spremeni in se lahko uporablja za izdelavo delov v natančnem inženirstvu.
Pri grafitu je raztezanje vzdolž navpične osi 14-krat večje kot v smereh prečno na to os.
Anizotropija je še posebej jasna. mehanske lastnosti kristali. Kristali s plastovito strukturo - sljuda, grafit, smukec, sadra - se v smeri plasti precej zlahka razcepijo v tanke lističe, v drugih smereh pa je cepljenje neprimerno težje. Sol je zdrobljena na majhne kocke, španski spar - na romboedre (fenomen cepitve).
V kristalih poteka tudi anizotropija optičnih lastnosti, toplotne prevodnosti, električne prevodnosti, elastičnosti itd.
IN polikristal, sestavljen iz številnih naključno usmerjenih monokristalnih zrn, ni anizotropije lastnosti.
Še enkrat je treba poudariti, da tudi amorfne snovi izotropno.
Pri nekaterih kristalnih snoveh se lahko pojavi tudi izotropija. Na primer, širjenje svetlobe v kristalih kubičnega sistema poteka z enako hitrostjo v različne smeri. Lahko rečemo, da so takšni kristali optično izotropni, čeprav je pri teh kristalih mogoče opaziti anizotropijo mehanskih lastnosti.
Enotnost - lastnost fizičnega telesa, da je enako po vsej svoji prostornini. Homogenost kristalne snovi se izraža v tem, da imajo vsi odseki kristala enake oblike in enakomerne usmerjenosti enake lastnosti.
Sposobnost samoomejevanja - sposobnost kristala, da pod ugodnimi pogoji prevzame večplastno obliko. Opisano s Stenonovim zakonom o konstantnosti kotov.
Ravnost in ravno-femoralno . Površina kristala je omejena z ravninami ali ploskvami, ki med sekanjem tvorijo ravne črte - rebra. Presečišča robov tvorijo oglišča.
Obrazi, robovi, oglišča, pa tudi diedrski koti (pravi, tupi, ostri) so elementi zunanje omejitve kristalov. Diedrski koti (to sta dve sekajoči se ravnini), kot je navedeno zgoraj, za te vrste snovi so konstantne.
Eulerjeva formula vzpostavlja razmerje med elementi omejitve (samo preproste zaprte oblike):
G + V \u003d P + 2,
G je število obrazov,
B je število vozlišč,
R je število reber.
Na primer za kocko 6+8=12+2
Robovi kristalov ustrezajo vrstam mreže, ploskve ustrezajo ravnim mrežam.
Kristalna simetrija .
"Kristali sijejo s svojo simetrijo," je zapisal veliki ruski kristalograf E.S. Fedorov.
Simetrija - redno ponavljanje enake figure ali enakih delov iste figure. "Simetrija" - iz grščine. »sorazmernosti« ustreznih točk v prostoru.
Če geometrijski objekt v tridimenzionalnem prostoru zavrtimo, premaknemo ali odbijemo, hkrati pa je natančno poravnan sam s seboj (pretvorjen vase), t.j. ostane invariantna glede na transformacijo, ki je uporabljena zanj, potem je objekt simetričen in transformacija je simetrična.
V tem primeru lahko pride do primerov kombinacije:
1. Kombinacija enakih trikotnikov (ali drugih figur) nastane tako, da jih obrnemo v smeri urinega kazalca za 180 stopinj in postavimo enega na drugega. Takšne figure se imenujejo združljive-enake. Primer so enake rokavice (leve ali desne).
Besedilo dela je postavljeno brez slik in formul.
Celotna različica delo je dostopno v zavihku "Datoteke dela" v PDF obliki
Uvod
»Skoraj ves svet je kristalen.
V svetu prevladujejo kristal in njegove trdne snovi,
ravne črte"
Akademik Fersman A.E.
Ali je mogoče gojiti kristale doma? Izboljšati svoje spretnosti in sposobnosti, pokazati ustvarjalne sposobnosti - kaj bi lahko bilo bolj pomembno za sodobnega študenta? Želim preizkusiti svoje sposobnosti, najti odgovore na vprašanja: Kaj? kako Zakaj? In izbrana tema tega dela mi daje takšno priložnost: ugotovil bom! Bo pojasnil! to delo ima določen vidik novosti, saj česa takega še nikoli nisem naredil z lastnimi rokami - kristal je "rastel" pred mojimi očmi, gledal sem in skrbel zanj. Po mojem mnenju "rasti", prejeti kristal pomeni ustvariti čudež!
Cilj dela: gojite kristale doma in raziščite njihove lastnosti.
Naloge: 1. Preučite informacije iz literarnih virov o tem vprašanju.
2. Iz soli bakrovega sulfata vzgojite kristal.
3. Na primeru preučiti vpliv zunanjih pogojev na rast kristalov
4. Raziščite fizikalne in kemijske lastnosti gojenih kristalov.
Na svetu je veliko zanimivih in nenavadnih stvari. V zemlji včasih najdemo kamne takšne oblike, kot da bi jih nekdo skrbno izžagal, poliral, poliral - to so kristali. Najdemo jih povsod v našem življenju, privlačijo s svojo nenavadnostjo in skrivnostnostjo, povzročajo zanimanje za opazovanje in preučevanje. Nekateri kristali so majhni, ozki in ostri, kot igle, nekateri pa so ogromni, kot stebri. Mnogi kristali so popolnoma čisti in prozorni, kot voda. Ni čudno, da pravijo "prozoren kot kristal", "kristalno čist".
Živeći na Zemlji hodimo po kristalih, gradimo iz kristalov, predelujemo kristale v tovarnah, gojimo v laboratorijih, jih široko uporabljamo v tehnologiji in znanosti, jemo kristale, zdravimo z njimi ...
V laboratorijih se monokristali mnogih snovi pridobivajo umetno. Ob upoštevanju previdnostnih ukrepov lahko nekaj kristalov vzgojite doma, na primer iz prenasičenih raztopin bakrovega sulfata, tako da iz raztopine postopoma odstranjujete vodo. Na ta način sem gojil svoje kristale in delo razdelil na tri stopnje:
Priprava "semena".
Opazovanje rasti kristalov.
Študij fizičnega in kemijske lastnosti kristalno.
Programska oprema, ki smo jo uporabili za obdelavo rezultatov poskusov s kristali: digitalni mikroskop, digitalni fotoaparat, elektronska tehtnica.
Programi: Microsoft Office Picture Manager, Microsoft Photo Paint
Sklepi:
1. Vzgojili smo kristale bakrovega sulfata: monokristal in polikristal (druza).
2. Kristal, vzgojen v magnetnem polju, ima skoraj pravilna oblika romb.
3. Raziskane so bile fizikalne in kemijske lastnosti: kristali bakrovega sulfata se dobro topijo v vodi in slabo v alkoholu; videz zelenega odtenka v plamenu kaže na prisotnost bakrovih ionov (CuSO 4), gostota kristala, gojenega v magnetnem polju, je 2,07 g / cm 3, zunaj magnetnega polja pa 2,04 kg / cm 3; lomni količnik kristala n=1,54; kristal je v poskusu za električno prevodnost pokazal jasno izražene izolatorske lastnosti, kar popolnoma ustreza normalnim električnim lastnostim kristalov z ionsko strukturo.
Kot rezultat raziskave je bil problem rešen: uspelo nam je gojiti kristale bakrovega sulfata doma.
Praktični pomen študije je v tem, da lahko kristale, ki smo jih vzgojili, uporabimo za demonstracije pri pouku kemije in fizike, za ustvarjanje slik, rož, kompozicij, nakita za modne ljubitelje itd. Iz kristalov, ki smo jih vzgojili, smo izdelali : broška, okrašen okvir za fotografije in stojalo za sveče, okrašena škatla za nakit. Rezultate našega dela smo odrazili v izdanih knjižicah s priporočili za gojenje kristalov doma in ustvarili predstavitev, ki jo lahko uporabimo tudi pri pouku in obšolskih dejavnostih.
Poglavje 1. Teoretični del
Kaj je kristal
Beseda kristal ("crystallos") - Grško poreklo. Stari Grki so led imenovali kristal, nato pa kameni kristal, ki so ga imeli za okamenel led. Kasneje, od 17. stoletja, so vse trdne snovi, ki imajo naravno obliko ravninskega poliedra, začeli imenovati kristali. Kristali so trdne snovi, katerih atomi ali molekule zasedajo določene, urejene položaje v prostoru. V vseh kristalih, v vseh trdnih snoveh so delci razporejeni v pravilnem, jasnem vrstnem redu, razporejeni v simetričnem, pravilnem ponavljajočem se vzorcu. Dokler obstaja ta red, obstaja trdno telo, kristal. Zato imajo kristali ravne ploskve. Kristali so različnih oblik.
Kristalne trdne snovi se pojavljajo v obliki ločenih monokristalov - monokristalov in v obliki polikristalov, ki so kopičenje naključno usmerjenih majhnih kristalov - kristalitov, drugače imenovanih (kristalna) zrna. Monokristali se po svojih lastnostih razlikujejo od polikristalov. Monokristali, enojni kristali, imajo pravilno geometrijska oblika, zanje je značilna anizotropija, to je razlika v lastnostih v različnih smereh. Polikristali so sestavljeni iz številnih zraščenih kristalov, so izotropni. Tukaj so na primer kristali bakrovega sulfata, ki jih gojimo doma:
Za vizualno predstavitev notranje zgradbe kristala se uporablja njegova slika s pomočjo kristalne mreže. Kristalna mreža - tridimenzionalna razporeditev atomov, ionov ali molekul v kristalni snovi. Odvisno od tega, kako so atomi razporejeni, postane ali diamant - lep, prozoren, najtrši kamen na svetu ali pa sivkasto črn mehak grafit, ki ga vidimo v svinčniku.
Glede na vrsto kristalne mreže delimo kristale v 4 skupine:
|
Ionski Na vozliščih kristalne mreže se ioni nasprotnega predznaka nahajajo izmenično. Elektrostatične interakcijske sile |
kovalentna(atomsko) Na mrežnih mestih so nevtralni atomi, ki jih držijo kovalentne vezi kvantnomehanskega izvora. |
Molekularno Pozitivno nabiti kovinski ioni se nahajajo na mestih rešetke. Med nastajanjem mreže se valenčni elektroni, šibko vezani na atome, ločijo od atomov in kolektivizirajo, t.j. pripadajo celotnemu kristalu. |
kovina Nevtralne molekule se nahajajo na mestih rešetke, interakcijske sile med katerimi so posledica medsebojnega premika elektronov. |
1.2.Metode gojenja kristalov v naravi.
Vsak je lahko opazoval, kako se na steklu zamrznjenega okna pojavljajo, rastejo in postopoma spreminjajo obliko ledeni kristali. kristali rastejo . Vedno rastejo v pravilnih, simetričnih poliedrih, če jih nič ne ovira pri rasti. Kristalizacijo lahko izvedemo na različne načine.
1 način : Pri kondenzaciji hlapov lahko zrastejo kristali - tako nastanejo snežinke in vzorci na hladnem steklu.
2 način : Hlajenje nasičene vroče raztopine ali taline. K kristalizaciji iz taline sodi tudi proces nastajanja vulkanskih kamnin. Prav zaradi ohladitve pred milijoni let so se na Zemlji pojavili številni minerali. »Rešitev« za ta »eksperiment« je bila magma – staljena gmota kamnin v drobovju Zemlje. Ko se je iz vročih globin dvignila na površje, se je magma ohladila. Kot posledica tega ohlajanja, ki bi lahko trajalo več kot tisoč let, so nastali prav ti minerali, po katerih hodimo, po katerih plezamo. Ta proces je zelo dolgotrajen.
3way : Postopno odstranjevanje vode iz nasičene raztopine. Med izhlapevanjem (»sušenjem«) se voda spremeni v paro in izhlapi. Ampak raztopljen v vodi kemične snovi z njim ne more izhlapeti in se usede v obliki kristalov. Najenostavnejši primer je sol, ki nastane, ko voda izhlapi iz slanice. In v tem primeru, počasneje kot voda izhlapeva, boljši so kristali. Tako sem vzgojil svoj kristal.
Magnetno polje
Magnetno polje je posebna snov, ki je ne zaznamo s čutili, je nevidno. Okoli teles nastane magnetno polje dolgo časa zadrževanje magnetizacije - magneti, telesa z lastnim magnetnim poljem. Glavna lastnost magnetov je, da privlačijo telesa iz železa ali njegovih zlitin. Trajni magnet ima vedno dva magnetna pola: severni (N) in južni (S). Najmočnejše magnetno polje trajnega magneta je na njegovih polih. Podobni poli magneta se odbijajo, nasprotni poli pa se privlačijo. Naravni (ali naravni) magneti so kosi magnetne železove rude. Avtor: kemična sestava sestavljeni so iz 31 % FeO in 69 % Fe 2 O 3 .
Poglavje 2. Praktični del.
Varnostni predpisi:
S snovmi je treba ravnati zelo previdno.
Zrna v nobenem primeru ne smejo priti v prehrambene izdelke.
Za gojenje kristalov je treba uporabiti posebne jedi.
Po delu z bakrovim sulfatom si obvezno umijte roke z milom in vodo.
Faze dela:
Priprava "semena".
Gojenje in opazovanje kristalov.
Proučevanje različnih dejavnikov na proces rasti kristalov (magnetno polje).
Raziskave kemičnih in fizične lastnosti kristali.
Povej mi in pozabil bom.
Pokaži mi in zapomnil si bom.
Naj to naredim sam in se bom naučil.
Konfucij
2.1. Zaznavanje magnetnega polja.
Ker je magnetno polje nevidno, ga lahko zaznamo z železnimi opilki in magneti. Izvedimo poskus, ki potrdi obstoj magnetnega polja.
Oprema: dva magneta v obliki loka, kovinski opilki, list papirja.
Vrstni red izvedbe: Železne opilke smo v enakomernem sloju nasuli na list papirja in jih nato nataknili na nasproti drug drugemu nameščena magneta z nasprotnimi poli. Kovinski opilki so razporejeni na določen način.
Zaključek: S pomočjo železnih opilkov sem dobil predstavo o obliki magnetnega polja. Železni opilki se nahajajo v magnetnem polju vzdolž njegovih silnic.
2.2. Priprava "semena"
|
Kaj potrebujete za pripravo "semena": Oprema: 0,5 kozarec, škarje, svilena nit, karton, papirni filter, filter lij, termometer, vodna kopel. Kemični reagenti : destilirana voda, modri vitriol(Priloga 1). |
||
|
2. Iz kartona izrežemo držalo, na katerega bomo privezali nit. Najprej pripravimo nasičeno raztopino bakrovega sulfata. Če želite to narediti, dajte kozarec vode v vodno kopel in nalijte malo bakrovega sulfata v prahu, nenehno mešajte. Po popolnem raztapljanju dodajte še malo prahu in dobro premešajte. Tako smo dobili nasičeno raztopino bakrovega sulfata. |
||
|
3. Pripravljeno mešanico pustite en dan. Naslednji dan zmes skozi filter prelijemo v drug kozarec. |
||
|
4. Dan kasneje so se na dnu kozarca pojavili prvi kristali - imeli so jih vsi drugačna oblika. Izmed njih smo izbrali tiste, ki so nam bile bolj všeč in bolj pravilne oblike. Uporabljeni bodo kot seme. Kristale privežemo na nit - to je seme. Pripravljeno novo raztopino vlijemo v kozarec in vanjo potopimo seme, pokrijemo s papirjem in pustimo rasti. |
||
"Seme" - središče kristalizacije, rast kristalov je odvisna od njegove kakovosti.
2.3 Opazovanje rasti kristalov v in izven magnetnega polja.
Za študijo smo pripravili dve enaki skodelici z enako količino raztopine bakrovega sulfata. En kozarec smo postavili v magnetno polje (uporabili smo trajni magneti), in drugi - stran od magnetov. Pogoji - temperaturni in svetlobni pogoji, v katerih so bili kozarci z raztopino, so bili enaki.
Opazovanje rasti in oblike kristala v magnetnem polju in izven njega
Rezultat opazovanj: v magnetnem polju je zrasel dovolj velik monokristal bakrovega sulfata, izven njega pa je zrasel kristal nenavadne oblike - druza.
Zaključek. Izkazalo se je, da je proces rasti kristalov občutljiv na delovanje magnetnega polja. Kristal je bil temno modre barve in ima obliko poševnega paralelepipeda. Stranice kristala so enakomerne. V drugem kozarcu je čudno rasla 5-6 cm velika druza - lepa oblika in ob tudi nasičenem Modra barva. Med zraščenimi kristali ločimo področja monokristalov rombaste oblike (Priloga 2).
2.4. Kemijske lastnosti
2.5. Merjenje gostote kristalov
Gostoto kristala bakrovega sulfata smo določili na podlagi dejstva, da se ne topi v alkoholu.
Oprema: elektronske tehtnice, merilni valj (čaša), alkohol.
Zaključek: gostota kristala, ki raste v magnetnem polju - 2,07 g / cm 3 in zunaj magnetnega polja - 2,04 g/cm3. (primerljivo s tabelarnimi podatki)
2.6 Merjenje lomnega količnika kristala.
Pri opisu in identifikaciji kristalov so zelo pomembne njihove optične lastnosti. Ko svetloba pade na prozoren kristal, se delno odbije in delno prepusti v kristal. Svetloba, ki se odbija od kristala, mu daje sijaj in barvo, medtem ko svetloba, ki prehaja znotraj kristala, ustvarja učinke, ki so določeni z njegovimi optičnimi lastnostmi. Ko poševni žarek svetlobe prehaja iz zraka v kristal, se njegova hitrost širjenja zmanjša; vpadni žarek se odkloni ali lomi. Razmerje sin vpadnega kota in sin lomnega kota je stalna vrednost in se imenuje lomni količnik. To je najpomembnejša optična značilnost kristala in jo je mogoče zelo natančno izmeriti.
Za merjenje lomnega količnika smo uporabili žarek svetlobe, ki je šel skozi zaslon z režo. S postavitvijo kristala na pot žarka smo označili dve točki na vstopu in izstopu žarka iz kristala, nato pa ju povezali. Po dodatnih konstrukcijah smo izmerili vpadni kot žarka, lomni kot in po formuli izračunali lomni količnik kristala, ki raste v magnetnem polju.
2.7 . Elektromagnetne lastnosti
Po izvedbi poskusa z vidnim sevanjem smo preverili sposobnost kristala za absorpcijo radijskih valov, t.j. nevidno sevanje. Za to smo daljinski upravljalnik ovili z aluminijasto folijo, ki ne prepušča radijskih valov. Pritisnili smo gumb za vklop, vendar se plošča ni vklopila. Nato smo odprli ozko luknjo za prehod žarkov, ponovno pritisnili gumb za vklop in plošča se je vklopila.
Ko smo izklopili ploščo, smo jo poskusili ponovno vklopiti, vendar smo tokrat pokrili oddajnik s kristalom vitriol. Ko sem pritisnil gumb za vklop, se plošča ni vklopila.
Zaključek: kristal z debelino 15 mm je ovira za radijske valove.
2.8. Preizkus prevodnosti
Električna prevodnost je lastnost nekaterih teles, da prevajajo električni tok. Vse snovi delimo na prevodne električne tokove (prevodnike), polprevodnike in dielektrike (izolatorje).
Preiskovanje električne prevodnosti nastalega kristala smo uporabili žarnica popraviti prehod električni tok. Če je v tokokrogu tok, lučka sveti, če ni, ne sveti. Uporabljena je bila napetost z vrednostjo 4,5 V.
Zaključek: Kristal je v poskusu pokazal lastnosti izolatorja, žarnica ni zasvetila, kar je povsem v skladu z običajnimi električnimi lastnostmi kristalov z ionsko strukturo.
Sklepi:
V običajnem šolskem fizikalnem laboratoriju smo z opremo z izparevanjem gojili kristale iz nasičene raztopine bakrovega sulfata, opazovali njihovo rast v in izven magnetnega polja, izračunali telesne lastnosti, raziskoval kemijske lastnosti.
1. Vzgojili smo kristale bakrovega sulfata: monokristal in polikristal.
2. Magnetno polje ima določen vpliv na rast kristalov, kristal zrasel v magnetnem polju ima skoraj pravilno obliko diamanta.
3. Raziskane so bile fizikalne in kemijske lastnosti: kristali bakrovega sulfata se dobro topijo v vodi in slabo v alkoholu; videz zelenega odtenka v plamenu kaže na prisotnost bakrovih ionov, tj. CuSO4; gostota kristala, ki raste v magnetnem polju, je 2,07 g / cm 3, zunaj magnetnega polja pa 2,04 kg / cm 3; lomni količnik kristala n = 1,54; kristal je v poskusu za električno prevodnost pokazal jasno izražene izolatorske lastnosti, kar popolnoma ustreza normalnim električnim lastnostim kristalov z ionsko strukturo.
Zaključek.
Dokončano raziskovanje odprl zame čudovit svet kristali. Po mojem mnenju je dobiti kristal čudež. Zame je to nekaj novega in nenavadnega. Pred tem nisem vedela, kaj bi počela, kako bodo izgledali moji »avtorski« kristali in kaj naj z njimi naredim. Pri proučevanju kristalov sem se prepričal, da so njihove lastnosti tako raznolike, da smo jih lahko preučevali le nekaj. Najpomembneje pa je, da smo našli uporabo za te kristale. Pri nas vzgojene kristale lahko uporabimo za demonstracijo pri pouku kemije in fizike. Iz samih kristalov smo izdelali broško, okrasili okvir za fotografije in stojalo za sveče ter okrasili škatlico za nakit (Priloga 3). Rezultate našega dela smo odrazili v izdanih knjižicah s priporočili za gojenje kristalov doma in ustvarili predstavitev, ki jo lahko uporabimo tudi pri pouku in obšolskih dejavnostih.
Kot rezultat raziskave smo rešili problem: uspelo nam je vzgojiti kristale bakrovega sulfata doma. Z gotovostjo lahko trdim, da je gojenje kristalov umetnost!
Ta tema nas je zelo zanimala. Svet kristalov se je izkazal za neverjetnega in raznolikega. Posledično imamo tudi druga vprašanja, ki zahtevajo nadaljnjo poglobljeno študijo. Zato nameravamo nadaljevati s preučevanjem te teme.
Fizika je neverjetna znanost in učiti se je morate korak za korakom.
Za gojenje kristalov uporabljajte samo sveže pripravljene raztopine.
Uporabljajte samo čisto posodo.
Ne pozabite filtrirati raztopine.
Kristala med rastjo brez posebnega razloga ni mogoče odstraniti iz raztopine.
Pazite, da nasičena raztopina ne pride v ostanke. Če želite to narediti, ga pokrijte s filtrirnim papirjem.
Občasno (enkrat na teden) zamenjajte ali obnovite nasičeno raztopino.
Odstranite nastale zraščene majhne kristale.
Počasneje kot se raztopina ohlaja, večji kristali nastanejo. Če želite to narediti, lahko očala zavijete s krpo.
Nastali kristali so skrbno prekriti z brezbarvnim lakom proti vremenskim vplivom.
Bibliografija:
1. Fizikalna delavnica za razrede s poglobljenim študijem fizike. Uredil Yu.I. Dick, O.F. Kabardin. M; 1993
2. Serija "Erudite" Kemija, fizika.
3. M. P. Shaskolskaya, Kristali. Založba "Science". - M.: 1978.
4. enciklopedični slovar mladi fizik. - M.: Pedagogika, 1995.
Internetni viri:
school-collection.edu.ru
class-fizika.narod.ru
Priloga 1
modri vitriol
Kemijska formula: CuSO 4 * 5H 2 O 1
Kemijsko ime: bakrov sulfat, bakrov sulfat pentahidrat (Cuprumsulfuricum), melisulfat (II) pentahidrat
Opis: modri kristalni prah
Razred spojin: hidratirane soli
Opis kristalov: modri kristali, dobro topni v vodi. Lastnosti . Higroskopičen. Topen v vodi, glicerinu, žveplovi kislini. Rahlo topen v amoniaku. Sol je stabilna na zraku.
Struktura kristalnega hidrata
Struktura bakrovega sulfata je prikazana na sliki. Kot je razvidno, sta dva aniona SO 4 2− vzdolž osi in štiri molekule vode (v ravnini) koordinirane okoli bakrovega iona, peta molekula vode pa ima vlogo mostov, ki z vodikovimi vezmi združujejo molekule vode iz ravnina in sulfatna skupina.
Aplikacija.
Uporablja se za zatiranje škodljivcev in bolezni rastlin (pred glivičnimi boleznimi in trtno ušjo). Včasih se uporablja v bazenih za preprečevanje rasti alg v vodi.
V gradbeništvu se vodna raztopina bakrovega sulfata uporablja za odstranjevanje madežev rje, pa tudi za odstranjevanje emisij soli iz opeke in betonske površine; in tudi kot sredstvo za preprečevanje gnilobe lesa.
Uporablja se tudi za izdelavo mineralnih barvil, v medicini in kot del predilnih raztopin pri proizvodnji acetatnih vlaken.
IN Prehrambena industrija registriran kot aditiv za živila E519(konzervans).
V naravi občasno najdemo mineral halkantit, katerega sestava je blizu CuSO 4 * 5H 2 O
Na odkupnih mestih odpadkov iz barvnih kovin se uporablja raztopina bakrovega sulfata za odkrivanje cinka, mangana in magnezija v aluminijeve zlitine in nerjavno jeklo. Ko se zaznajo zgornje kovine, se pojavijo rdeče lise čistega bakra.
Dodatek 2
Preučevanje kristalov z digitalnim mikroskopom.
Priloga 3
1 Gradivo vzeto s strani Wikipedije
Če pogledamo različne kristale, vidimo, da so vsi različnih oblik, vendar vsak od njih predstavlja simetrično telo. Pravzaprav je simetrija ena glavnih lastnosti kristalov. Simetrična imenujemo telesa, ki so sestavljena iz enakih enakih delov.
Vsi kristali so simetrični. To pomeni, da lahko v vsakem kristalnem poliedru najdemo simetrijske ravnine, simetrijske osi, simetrična središča in druge simetrične elemente, tako da so isti deli poliedra poravnani drug z drugim. Predstavimo še en koncept, povezan s simetrijo - polarnost.
Vsak kristalni polieder ima določen niz elementov simetrije. Celoten niz vseh elementov simetrije, ki so del danega kristala, se imenuje razred simetrije. Njihovo število je omejeno. Matematično je bilo dokazano, da obstaja 32 vrst simetrije v kristalih.
Oglejmo si podrobneje vrste simetrije v kristalu. Prvič, v kristalih so lahko simetrične osi samo 1, 2, 3, 4 in 6 reda. Očitno je, da simetrične osi 5., 7. in višjih redov niso možne, saj s tako strukturo atomske vrstice in mreže ne bodo zapolnile prostora neprekinjeno, pojavile se bodo praznine, vrzeli med ravnotežnimi položaji atomov. Atomi ne bodo v najbolj stabilnih položajih in kristalna struktura se bo zrušila.
V kristalnem poliedru lahko najdemo različne kombinacije elementi simetrije - nekateri jih imajo malo, drugi veliko. Po simetriji, predvsem po simetrijskih oseh, delimo kristale v tri kategorije.
V najvišjo kategorijo spadajo najbolj simetrični kristali, lahko imajo več simetrijskih osi 2., 3. in 4. reda, osi 6. reda ni, lahko so ravnine in simetrična središča. Te oblike vključujejo kocko, oktaeder, tetraeder itd. Vse imajo skupno lastnost: približno enake so v vseh smereh.
Kristali srednje kategorije imajo lahko osi 3, 4 in 6 redov, vendar le po eno. Osi 2. reda je lahko več, možne so ravnine simetrije in središča simetrije. Oblike teh kristalov: prizme, piramide itd. skupna lastnost: ostra razlika vzdolž in čez glavno simetrično os.
Od kristalov so v najvišjo kategorijo: diamant, kremen, germanijevi granati, silicij, baker, aluminij, zlato, srebro, sivi kositer, volfram, železo; v srednjo kategorijo - grafit, rubin, kremen, cink, magnezij, beli kositer, turmalin, beril; do najnižjega - sadre, sljude, bakrovega sulfata, Rochelleove soli itd. Seveda na tem seznamu niso bili navedeni vsi obstoječi kristali, ampak le najbolj znani med njimi.
Kategorije pa so razdeljene na sedem singonij. V prevodu iz grščine "singonija" pomeni "podoben kot". Kristali z enakimi simetričnimi osemi in s tem podobnimi rotacijskimi koti v strukturi so združeni v singonijo.
Najprej je treba omeniti dve glavni lastnosti kristalov. Eden od njih je anizotropija. Ta izraz se nanaša na spremembo lastnosti glede na smer. Hkrati so kristali homogena telesa. Homogenost kristalne snovi je v tem, da imata dva njena odseka enake oblike in enake orientacije enake lastnosti.
Najprej se pogovorimo o električnih lastnostih. V glavnem električne lastnosti kristale lahko obravnavamo na primeru kovin, saj so lahko kovine v enem izmed stanj kristalni agregati. Elektroni, ki se prosto gibljejo v kovini, ne morejo iti ven, za to morate porabiti energijo. Če se v tem primeru porabi sevalna energija, potem učinek odcepitve elektronov povzroči tako imenovani fotoelektrični učinek. Podoben učinek opazimo tudi pri monokristalih. Elektron, ki se izvleče iz molekularne orbite in ostane znotraj kristala, povzroči, da ima slednji kovinsko prevodnost (notranji fotoelektrični učinek). V normalnih pogojih (brez obsevanja) takšne spojine niso prevodniki električnega toka.
Obnašanje svetlobnih valov v kristalih je proučeval E. Bertolin, ki je prvi opazil, da se valovi pri prehodu skozi kristal obnašajo nestandardno. Bertalin je nekoč skiciral diedrski koti Islandski spar, nato je kristal položil na risbe, takrat je znanstvenik prvič videl, da se vsaka črta razcepi. Večkrat je bil prepričan, da vsi spar kristali razcepijo svetlobo, šele potem je Bertalin napisal traktat "Poskusi z dvolomnim islandskim kristalom, ki so privedli do odkritja čudovitega in izjemnega loma" (1669). Znanstvenik je rezultate svojih poskusov poslal v več držav posameznim znanstvenikom in akademijam. Delo je bilo sprejeto s popolno nejevero. Angleška akademija znanosti je dodelila skupino znanstvenikov za testiranje tega zakona (Newton, Boyle, Hooke in drugi). Ta avtoritativna komisija je pojav prepoznala kot naključen, zakon pa kot neobstoječ. Rezultati Bertalinovih poskusov so bili pozabljeni.
Šele 20 let pozneje je Christian Huygens potrdil pravilnost Bertalinovega odkritja in sam odkril dvolom v kremenu. Številni znanstveniki, ki so kasneje preučevali to lastnost, so potrdili, da ne samo islandski špat, ampak tudi številni drugi kristali razcepijo svetlobo.
Kristali najvišje kategorije, kot so diamant, kamena sol, galun, granati, fluorit, ne cepijo svetlobe. Na splošno je anizotropija številnih lastnosti pri njih manj izrazita kot pri drugih kristalih, nekatere lastnosti pa so izotropne. V vseh kristalih nižje in srednje kategorije, če so prozorni, opazimo dvojni lom svetlobe.
Lom nastane zaradi razlike v hitrosti svetlobe v različnih medijih. Torej je v steklu hitrost svetlobe 1,5-krat manjša kot v zraku, torej je lomni količnik 1,5.
Vzrok dvolomnosti je anizotropija svetlobne hitrosti v kristalih. V izotropnem mediju se valovi razhajajo v vse smeri enako, kot po polmerih krogle. V kristalih, svetloba in zvočni valovi ne razhajajo se v krogih, hitrost teh valov in s tem lomni količniki pa so v različnih smereh različni.
Predstavljajte si, da se žarek svetlobe v kristalu razcepi na dva dela, eden se obnaša kot »navaden«, tj. gre v vse smeri vzdolž polmerov krogle, druga - "izredna" - poteka vzdolž polmerov elipsoida. V takem kristalu je samo ena smer, v kateri ni dvolomnosti. Navadni in izredni žarki gredo skupaj, svetlobni žarek se ne razcepi. Imenuje se optična os. Tako se obnašajo kristali srednje kategorije glede na svetlobo, zato jih imenujemo optično enoosni. V kristalih najnižje kategorije se svetloba prav tako dvojno lomi, vendar se že oba žarka obnašata kot izredna, oba imata različne lomne količnike v vseh smereh in oba se širita po polmerih elipsoida. Kristali najnižje kategorije se imenujejo optično dvoosni. Kristali najvišje kategorije, kjer se svetloba razhaja vzdolž polmerov krogle v vse smeri enako, imenujemo optično izotropni.
Pri prehodu skozi dvolomni kristal se svetlobni val ne samo razcepi na dva, ampak je vsak od nastalih žarkov tudi polariziran, razčlenjen na dve ravnini, pravokotni druga na drugo. Podobno se obnaša tudi val, saj iti mora skozi atomsko mrežo, katere vrstice ležijo pred njo. Zato v kristalu razpade na dva vala, v katerih sta ravnini nihanja medsebojno pravokotni.
Lastnosti trdnih snovi, kot so elastičnost, trdnost, površinska napetost, so določene s silami interakcije med atomi in strukturo kristalov. S proučevanjem sil medatomske interakcije lahko na primer določimo vrednost modula elastičnosti, natezno trdnost materiala, vezno energijo kristala in koeficient površinske napetosti.
Tako se ocenijo značilnosti katere koli trdne snovi, vendar je to najlažje narediti za idealne ionske kristale. V mreži takšnih kristalov se občasno izmenjujejo pozitivni in negativni ioni. Za oceno je najprej treba ugotoviti vrednost jakosti ene medatomske vezi, ki je v ionskih kristalih določena z močjo interakcije med dvema ionoma.
Odvisnost sil medatomske interakcije od razdalje med središči atomov v trdne snovi kot sledi:
1) Privlačne in odbojne sile delujejo med atomi hkrati. Nastala sila medatomske interakcije je vsota teh dveh sil.
2) Ko se razdalja med atomi zmanjša, odbojne sile rastejo veliko hitreje kot privlačne sile, zato obstaja določena razdalja, na kateri sta privlačna in odbojna sila uravnotežena in nastala sila postane nič. V kristalu, prepuščenem samemu sebi, se ioni nahajajo natančno na razdalji r0 drug od drugega. Če je razdalja med atomi manjša od ravnotežne (r manj kot r0), prevladujejo odbojne sile, če (r je večji od r0), pa privlačne sile.
Te lastnosti medatomskih sil omogočajo pogojno obravnavanje delcev, ki tvorijo kristal, kot trdne elastične kroglice, ki medsebojno delujejo. Natezna deformacija kristala povzroči povečanje razdalje med središči sosednjih kroglic in prevlado privlačnih sil, kompresijska deformacija pa povzroči zmanjšanje te razdalje in prevlado odbojnih sil.
Natezna trdnost se običajno imenuje najvišja obremenitev, ki jo material lahko prenese, ne da bi se zlomil. Ko je vzorec raztegnjen, je natezna trdnost določena z največjo vrednostjo nastale sile medatomske privlačnosti na enoto površine odseka, pravokotnega na smer napetosti.
Nastala sila medatomske interakcije doseže največjo vrednost, ko so središča atomov na razdalji r1 drug od drugega. Ko se raztezanje še poveča, postanejo interakcijske sile tako majhne, da se vezi med atomi prekinejo.
