Мир кристаллов

Изучая химию первый год, я поняла, какая это удивительная наука. Химия окружает нас повсюду. Что бы мы не делали, что бы мы не держали в руках, что бы мы не наблюдали вокруг – всюду нас сопровождают разнообразные вещества и превращения этих веществ. Так и хочется процитировать слова М. В. Ломоносова: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческиеКуда ни посмотрим, куда не оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания».

Раньше я думала, что химия это опыты, гром и сверкание, клубы дыма, едкие запахи. Оказалось что это не совсем так, есть много опытов, не таящих в себе никакой угрозы, но оттого не менее поучительных и красивых. И поняла я это когда познакомилась с удивительным миром кристаллов, привлекающих совершенством и красотой геометрических форм.

Глубже оценить и увидеть необыкновенный мир кристаллов, чем это дается в рамках школьного курса, мне помогло исследование по теме. В результате работы я познакомилась с историей открытия первых кристаллов, их строением, формой и физическими свойствами. Проводя эксперименты, я наблюдала за изменением формы кристалла в зависимости от условий, для чего и попыталась вырастить кристаллы соли в различных средах, в присутствии различных примесей и без них.

Работая над темой исследования, я использовала научно-популярную, учебную, справочную литературу, предложенную учителем и поселковой библиотекой.

При работе с литературой особый интерес у меня вызвала книга И. А. Леенсона «100 вопросов и ответов по химии», в которой приводятся интересные факты о кристаллах обычной поваренной соли. Много нового о строении и форме кристаллов узнала и из энциклопедии по химии и физике.

Чтобы изучить методику выращивания кристаллов, мною более детально были проработаны статьи в книгах «Занимательные опыты по химии», «Давайте похимичим».

Несмотря на то, что теоретический материал, необходимый для проведения эксперимента, был тщательно изучен, мне не удалось вырастить кристаллы сульфата никеля, так как данная соль очень хорошо растворяется в воде, и при добавлении насыщенного раствора в стакан, выращенный кристалл растворялся. Кроме того, вырастить кристалл поваренной соли в виде правильного куба оказалось также непросто.

К тому же возникли проблемы хранения выращенных кристаллов сульфата меди. К сожалению, в литературе ничего о хранении кристаллов я не встретила.

Первые сведения о кристаллах

Когда же появились первые сведения о кристаллах?

Удивительный мир кристаллов известен науке с 17 века. Слово «кристалл» происходит от греческого слова «((((((((((», что означает «лед». Во времена Римской империи найденный в Альпах прозрачный хрусталь был принят за окаменевший лед, откуда и произошло это название – горный хрусталь.

Ошибочное мнение о том, что горный хрусталь представляет собой окаменевший лед, продержалось и в средние века. Живучесть подобного заблуждения объясняется, видимо, тем, что другого столь же бесцветного и прозрачного вещества, как хрусталь, люди не знали, а прозрачные и светлые стекла, которыми мы пользуемся сегодня, еще не были открыты.

На языке физиков и химиков слово «кристалл» имеет строго определенный смысл, а в обыденной же речи у него могут быть и другие значения.

В английских словарях, например, crystal толкуется как 1) горный хрусталь,

2) хрустальная бусинка, 3) стекло, 4) кристалл.

Однако, проводя анализ трактования слова «кристалл» в разных источниках, я сделала вывод, что некоторых известных химиков обескураживает использование слова crystal по отношению к стеклу.

Известно, что еще в 1877 году французский химик Фреми научился выращивать небольшие кристаллы рубина. Благодаря его исследованиям в этой области в мире появились синтетические драгоценные камни. Сегодня можно встретить в изобилии искусственные кристаллы: рубин, сапфир, фианит, александрит, изумруд, алмаз.

Для себя я выяснила, что натуральные кристаллы, такие как кварц или горный хрусталь, можно обнаружить в карьерах рек, в частности вдоль Оки и Москвы-реки. По имеющимся данным размеры этих кристаллов в отдельных случаях достигают 4-5см. В карьерах рек также встречаются и водяно-прозрачный горный хрусталь, и окрашенный примесью оксидов железа розовый кварц.

Структура твердых тел

Нам хорошо известно, что вещества в природе существуют в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном. Исследуемый мной объект – кристаллы, относится к твердым веществам, поэтому более подробно остановлюсь на строении и свойствах твердых веществ.

Кристаллы и аморфы

Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные

Изучением кристаллических веществ начали заниматься еще в XVIIв. Известно, что датчанин Стенсен в то время описал внешнюю форму горного хрусталя и выполнил точные измерения углов, образующихся на его гранях. Вероятно, с тех пор твердые вещества с упорядоченным расположением молекул, а значит и с регулярной внешней формой, стали называть кристаллами, а соответствующую область науки стали называть кристаллографией.

Большинство твердых тел являются поликристаллическими, поскольку состоят они из множества отдельных мелких кристаллических зерен. К ним относятся: горные породы, технические металлы, сплавы.

Крупные одиночные кристаллы называют монокристаллами. К ним относятся: кварц, флюорит, полевой шпат, алмаз и т. д. В литературе имеются примеры, что некоторые из них, например, кварц, могут достигать огромных размеров (более 1м) и массы (свыше 1т).

Аморфными веществами или стеклами называются твердые вещества, в которых частицы расположены в беспорядке, словно в жидкости. Ученым это удалось установить с помощью рентгеновских лучей. Аморфы бывают природными (янтарь и другие смолы) и искусственными (стекло, некоторые виды пластмасс).

Учеными был сделан вывод, что структура твердых тел зависит от условий, в которых происходит переход из жидкого состояния в твёрдое. Если такой переход осуществляется очень быстро, например, при резком охлаждении жидкости ниже температуры плавления, частицы не успевают выстроиться в правильную структуру и образуется аморфное или мелкокристаллическое тело. При медленном охлаждении жидкости получаются крупные и правильной формы кристаллы.

Таким образом, можно сделать вывод, что, подбирая соответствующие условия, возможно получить в кристаллическом состоянии почти все типично аморфные вещества.

Дадим сравнительную характеристику кристаллическим и аморфным веществам.

1. Кристаллы обладают периодической структурой, которая называется кристаллической решеткой; имеют форму правильного симметричного многогранника.

Аморфное состояние является промежуточным между кристаллическим и газообразным состояниями, т. к. частицы располагаются менее правильно, чем в кристалле, но и менее беспорядочно, чем в газах. И еще одно подтверждение этому: в переводе с греческого «аморфос» - «бесформенный». Такое название эти вещества получили потому, что в отличие от кристаллов они не имеют формы многогранников.

2. Различие между кристаллическими и аморфными веществами особенно сильно проявляется в их отношении к нагреванию. Любое кристаллическое вещество плавится при строго определённой температуре, а вот аморфные вещества постоянной точки плавления не имеют. С повышением температуры они постепенно размягчаются, начинают растекаться и, наконец, становятся совсем жидкими. Таким образом, установить момент перехода аморфного вещества из твёрдого состояния в жидкое не представляется возможным.

Впервые этот важный факт бал установлен зимой 1754/55 гг швейцарским физиком Жаном Андре Делюком (1727-1817) при проведении следующего эксперимента. Поставив на огонь сосуд со льдом, он заметил, что его температура оставалось равной 00С до тех пор, пока лед полностью не превратился в воду.

3. Характерным свойством, отличающим кристаллические вещества от аморфных, является анизотропия (от греч. «анизос» - «неравный» и «тропос» - «направление») кристаллов, т. е. по разным направлениям в кристалле могут быть неодинаковыми механическая прочность, теплопроводность, тепловое расширение и другие свойства. В отличии от кристаллов аморфы изотропны.

Жидкие кристаллы

Остановимся на характерных признаках жидких кристаллов.

Некоторые твёрдые органические вещества сложного строения при повышении температуры переходят не в жидкое, а в особое жидкокристаллическое состояние. Внешне это проявляется в наличии у таких веществ как бы двух точек плавления. Жидкие кристаллы были открыты в 1889г. австрийским ботаником Ф. Рейницером и немецким физиком Отто Леманом (1855 – 1922). К веществам, находящимся в таком состоянии, относятся, например, эфиры, холестерин.

Вещество в жидкокристаллическом состоянии обладает свойствами, промежуточными между свойствами твёрдого кристалла и жидкости. Так, жидкие кристаллы текучи, их вязкость изменяется от вязкости воды до вязкости густого масла. Однако, в отличие от обычной жидкости, жидкие кристаллы анизотропны, т. е. проявляют различные физические свойства в зависимости от направления измерения.

Особые свойства жидких кристаллов обусловлены их внутренней молекулярной структурой. При переходе вещества из твёрдого в жидкокристаллическое состояние движение молекул не становится столь беспорядочным, как в жидкости. Силы, действующие между молекулами, оказываются при данной температуре достаточными для того, чтобы сохранить некоторый порядок в их взаимном расположении.

В жидкокристаллическое состояние могут переходить только те вещества, молекулы которых имеют вытянутую, палочкообразную форму. Такая форма молекул способствует их взаимной параллельной ориентации, что свойственно всем жидким кристаллам без исключения.

Другим условием, обеспечивающим возможность перехода вещества в жидкокристаллическое состояние, является наличие в молекулах сильно полярных и легко поляризующихся групп.

Однако не все палочкообразные молекулы, содержащие полярные группы, способны образовывать жидкие кристаллы. Так, например, молекулы 1-хлордодекана узки и длинны, но жидких кристаллов они не образуют. Этим молекулам не хватает жесткости.

Жидкие кристаллы являются диэлектриками; диамагнетиками. Тонкие слои жидких кристаллов в поляризованном свете всегда ярко окрашены. Цвет лучей, отраженных от тонкого слоя жидкого кристалла, зависит от угла наблюдения. При рассмотрении слоя под прямым углом видна голубая окраска, а с уменьшением угла наблюдения окраска последовательно переходит в зелёную, желтую, оранжевую, красную.

Все жидкие кристаллы сильно рассеивают свет. Слой толщиной всего в несколько миллиметров уже совершенно непрозрачен. Благодаря особым электрооптическим свойствам жидкие кристаллы находят широкое применение в технике.

Жидкие кристаллы нашли свое широкое применение. Они используются в радиотехнике, голографии, лазерной и вычислительной технике, а также в электроизмерительных устройствах. На основе жидких кристаллов созданы цифровые индикаторы для различных классов приборов. Кстати, надо отметить, что такие индикаторы потребляют ничтожно малое количество энергии и могут управляться низкими напряжениями. Цифровые индикаторы такого типа можно увидеть и на циферблатах электронных наручных часов, на миникомпьютерах и на других электронных приборах. Кроме того, их используют в плоских мониторах компьютеров, экранах портативных телевизоров, микрокалькуляторах, электронных часах.

Области применения жидких кристаллов непрерывно расширяются. Новым и перспективным направлением их использования является медицинская диагностика.

Парад кристаллических структур

В следующей части работы остановлюсь более подробно на видах кристаллических структур.

Правильная и постоянная форма кристаллов давно привлекала пристальное внимание учёных, видевших причину этого явления во внутреннем строении кристаллов. По мнению ученых, внутреннее строение кристаллов подчиняется строгим законам симметрии.

Так, И. Ньютон ещё в 1675г. писал: «Нельзя ли предположить, что при образовании кристалла частицы не только установились в строй и ряды, застывая в правильных фигурах, но также посредством некоторой полярной способности повернули свои одинаковые стороны в одинаковом направлении».

Другой, не менее знаменитый ученый, французский минералог и кристаллограф Рене Жюст Гаюи считал, что определённая форма кристаллов является следствием аналогичной формы молекул, образующих этот кристалл. Однако такое представление продержалось не очень долго, по-видимому, потому, что было чисто умозрительным.

Нидерландский физик Христиан Гюйгенс отмечал, что «правильность, обнаруживаемая в этих образованиях, по-видимому, происходит от расположения маленьких невидимых и одинаковых частичек, из которых они состоят».

И, наконец, в 1813г. У. Волластон предложил заменить многогранные молекулы Гаюи шарами или же просто математическими точками

Так возникло представление о кристалле как о пространственной решетке. Каждую точку, в которой находится частица вещества, стали называть узлом кристаллической решетки, а параллельные и равноотстоящие плоскости, проходящие через узлы кристаллической решетки, - её плоскостями.

Наименьшая часть кристаллической решетки, полностью передающая все характерные особенности её структуры, получила название элементарной ячейки.

Любой кристалл можно представить состоящим из таких ячеек, плотно прижатых друг к другу. Одной и той же кристаллической системе может соответствовать несколько элементарных ячеек.

Для примера рассмотрим кубическую систему. Куб с частицей в каждой вершине представляет собой простую кубическую элементарную ячейку. В кубической гранецентрированной ячейке частицы вещества занимают все вершины, и центры каждой грани. И, наконец, объёмоцентрированная кубическая ячейка содержит частицы в вершинах и в центре куба.

Изучением строения кристаллических решеток, расположением атомов в кристаллах занимается наука - кристаллохимия. В настоящее время изучена кристаллическая структура уже боле 20 тыс. химических соединений.

По типу химической связи между образующими кристалл частицами различают ковалентные (алмаз), ионные (поваренная соль), молекулярные (углекислый газ) и металлические кристаллы.

Остановимся на характеристике каждого типа кристаллической решетки.

Молекулярная кристаллическая решетка

Что представляет собой молекулярная кристаллическая решетка?

В узлах молекулярной кристаллической решетки находятся молекулы, связанные между собой силами Ван-дер-Ваальса. Такие кристаллы образуют водород, хлор, азот, оксид углерода (IV) и многие органические соединения. Вследствие небольшой энергии взаимодействия частиц молекулярные кристаллы плавятся при низких температурах и легко растворяются в различных жидкостях.

Ионная кристаллическая решетка

Следующий тип кристалла – ионный.

В узлах кристаллической решетки ионного кристалла находятся ионы. Устойчивыми будут только такие ионные кристаллические решетки, для которых выполняются следующие два условия: разноимённые ионы максимально сближены; одинаково заряженные ионы максимально удалены друг от друга.

Ионные соединения представляют собой хрупкие твёрдые вещества с высокими температурами плавления. Их переход в жидкое состояние происходит обычно с увеличением объёма.

Ионные кристаллические решетки образуют практически все соли, гидроксиды металлов, некоторые оксиды.

При растворении ионных соединений в воде или других высокополярных жидкостях происходит разрушение кристаллической решетки с образованием сольватированных ионов.

Металлическая кристаллическая решетка

Более подробно хочется рассказать о металлических кристаллах, т. к. с металлами мы сталкиваемся практически ежедневно.

С точки зрения современных представлений металл- это сложная система, состоящая из положительно заряженных ионов и нейтральных атомов, занимающих узлы кристаллической решетки, и «свободных» электронов, заполняющих межатомное пространство.

В металлическом кристалле существует подвижное равновесие: в одних его местах катионы захватывают электроны из окружающего пространства, превращаясь в нейтральные атомы, в других - атомы металла теряют свои валентные электроны и превращаются в катионы. «Свободные» электроны делокализованы по всему объему кристалла и принадлежат одновременно всем образующим его атомам. Часто говорят поэтому, что в кристаллических решетках металлов катионы погружены в «электронный газ».

Наличие «свободных» электронов в кристаллической решетке металлов было подтверждено экспериментально опытами советских ученых Л. И. Мендельштамом и

Н. Д. Папалекси, которые наблюдали появление электрического тока при резком торможении вращающегося с большой скоростью куска металла.

Наличие в кристаллической решетке металла «свободных» электронов объясняет одно из важнейших свойств всех металлов – их способность хорошо проводить электрический ток. Однако при одной и той же температуре одни металлы проводят ток лучше, другие – хуже. Электрическая проводимость металлов зависит от общего числа валентных электронов в атомах, степени заполнения энергетических подуровней, а также от типа кристаллической решетки. Для всех металлов характерно более или менее быстрое понижение электрической проводимости с увеличением температуры.

При сверхвысоких давлениях металлические свойства проявляются у многих неметаллов. Так, например, сера становится хорошим проводником электрического тока при 4 х1010 Па, иод –при 2,2 х1010 Па, а кремний – при 1,6 х1010 Па.

В металлическом состоянии находится, по-видимому, большинство элементов, составляющих ядро нашей планеты. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что на глубине, равной приблизительно половине земного радиуса, плотность вещества скачкообразно возрастает с 5 до 10г/см3. Теоретические расчеты показывают, что при

1,8 х1012 Па даже водород должен перейти в металлическое состояние.

Интересным оказывается поведение металлов при низких температурах, - вблизи абсолютного нуля (-273,160С). Последовательно увеличиваясь с понижением температуры, электрическая проводимость некоторых металлов, например, свинца, олова, ртути, неожиданно возрастает практически до бесконечности. Это явление, открытое в 1911г. немецким физиком Каммерлинг-Оннесом получило название сверхпроводимости.

Атомная кристаллическая решетка

Особый интерес у меня вызвали ковалентные кристаллы.

В узлах кристаллической решетки ковалентного кристалла находятся атомы. Число веществ с атомной кристаллической решеткой не велико. Из простых веществ к ним относятся кристаллический углерод, бор, кремний и германий, примером сложного вещества может служить оксид кремния (IV).

Более подробно остановлюсь на «вездесущем» атоме углерода. Уникальность данного элемента состоит в том, что он входит в состав всех органических веществ, образует множество сложных неорганических веществ, а также несколько простых веществ – аллотропных модификаций.

В свободном состоянии углерод – твердое кристаллическое тело. Д. И. Менделеев, описывая свойства углерода, отмечал: «Углерод встречается в свободном состоянии в природе в трех видах: в виде угля, графита и алмаза»Сейчас нам известно, что уголь не является чистым углеродом. А кроме графита и алмаза существуют и другие его модификации: карбин, лонсдейлит и фуллерен. Как же так получается, что одни и те же атомы способны образовывать различные тела? Дело в том, что атомы углерода могут соединяться между собой различными способами, образуя различные кристаллические решетки.

Графит – черно – серый, мягкий, слоистый материал, обладающий металлическим блеском. Атомы углерода связаны в нем в плоские слои, состоящие из соединенных ребрами шестиугольников, наподобие пчелиных сот. При нажатии графит легко расслаивается, благодаря чему находит широкое применение в производстве грифелей карандашей.

Перемешав все атомы и создав из них новую конструкцию, получим тот же углерод, но с совершенно иными свойствами. Это будет алмаз – самое твердое вещество в природе. В структуре алмаза, каждый атом углерода имеет четырех соседей, которые расположены от него на равных расстояниях. Весь кристалл представляет собой единый трехмерный каркас.

Стройные ряды шестиугольных столбиков атомов углерода образуют лонсдейлит, или гексагональный алмаз. Это вещество получили сначала искусственно и лишь, затем обнаружили в виде маленьких кристалликов внутри метеоритов.

Укладывая линейные цепочки атомов углерода, подобно штабелям бревен, получим цепи прочного беловатого карбина, который был открыт в 60-х гг. ХХв.. В природе карбин встречается редко, но ученые нашли способ получения его в лабораторных условиях.

Построив из нескольких десятков атомов углерода молекулу, напоминающую покрышку футбольного мяча, и сложив затем из этих «мячей» кристалл, можно получить фуллерен – вещество черного цвета, обладающее металлическим блеском и свойствами полупроводника.

Оно названо по имени американскогоархитектора Ричарда

Бакминстера Фуллера, который при конструировании куполов зданий использовал структуры, удивительно похожие на молекулы фуллерена. Первый представитель этой модификации углерода – С60 был открыт в 1985г. авторы открытия – английский ученый Гарольд Крото и американские ученые Роберт Керл и Ричард Смели в 1996г. награждены Нобелевской премией по химии.

До сих пор ведется интенсивное изучение свойств фуллеренов. Оказалось, что их можно использовать для создания запоминающих устройств с очень высокой плотностью информации, сверхпроводящих материалов, новых гальванических элементов, лекарств с противоопухолевой активностью, различных красителей и т. д.

Форма кристаллов

В этой части работы остановлюсь на наиболее интересных моментах, описанных в литературе, о формах кристаллов, поскольку это имеет прямое отношение к практической части исследования.

Кристаллы, выросшие в естественных условиях, обычно имеют форму правильных многогранников той или иной симметрии. Грани любого кристалла всегда плоские, ребра между гранями прямолинейные. Существует 32 класса симметрии кристаллических многогранников, которые группируются в соответствии с наличием в них определенных элементов симметрии в семь групп: триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, гексагональную, тригональную, кубическую.

При одних и тех же условиях каждое вещество образует кристаллы только одной и совершенно определённой формы. Хлорид натрия кристаллизируется в форме кубов, а селитра – в форме призм. Форма кристаллов является, поэтому одним из наиболее характерных свойств вещества.

Если во время роста кристалла изменятся условия или в кристалл попадут примеси, то структура кристалла нарушится, и в нем появятся различные дефекты. От количества и типа дефектов в кристалле зависят многие его свойства: прочность, пластичность, окраска.

Часто в кристалл вводят небольшие количества определенных примесей, чтобы изменить в нужную сторону те или иные его свойства. Например, введение в кристалл германия или кремния атомов элементов III и V групп значительно расширяет возможности применения этих кристаллов в полупроводниковой технике.

Форма кристаллов во многом зависит от температуры и внешнего давления. Так, например, нитрат аммония при обычном давлении известен в пяти различных кристаллических формах. Подобные изменения называются полиморфными, а само явление существования различных кристаллов одного и того же вещества – полиморфизмом.

Русский химик Т. Е. Ловиц в 1792г. выращивал кристаллы поваренной соли при температуре -150 С. В результате вместо кристаллов кубической формы выросли плоские шестиугольные пластинки. Так был впервые получен минерал дигидрата хлорида натрия NaCl • 2H2 O.

Из популярной литературы я узнала, что в соляных озерах в зимнее время нередки скопления этого минерала, который называется «гидрогалит», т. е. «водная соль». Следовательно, кристалл гидрогалита можно вырастить в банке с рассолом, если оставить его зимой на балконе.

Природные кристаллы очень редко имеют правильную форму. Вследствие неравномерного развития и срастания друг с другом они, как правило, искажены.

Но, как бы сильно не был деформирован кристалл, его всегда можно «узнать». Существует закон, открытый датским учёным Нильсом Стенсоном и окончательно сформулированный французским исследователем Жаном Батистом Луи Роме де Лилем, согласно которому углы между соответственными гранями кристаллов одного и того же вещества всегда постоянны. Поэтому для распознания кристаллического вещества достаточно измерить двугранные углы в кристалле и сравнить полученные значения с табличными данными.

При работе над статьей было прочитано много публикаций о методике выращивания кристаллов. Оказывается, тут нет ничего мудреного: надо приготовить горячий насыщенный раствор соли, осторожно охладить его, чтобы излишек растворенного вещества не выпал в осадок, и, наконец, ввести затравку – кристаллик той же соли, подвешенный на нитке. После этого остается только прикрыть сосуд листком бумаги, поставить в укромное место и ждать, пока вырастут крупные кристаллы, на что могут уйти недели и даже месяцы; единственное, что придется изредка делать, - это подливать понемногу насыщенный раствор по мере испарения.

Эти опыты показались мне настолько эффектны и несложны, что мне пришла идея самой вырастить кристаллы.

Цель практической работы: вырастить кристаллы поваренной соли, медного купороса и меди в различных условиях.

Исходя из темы и цели работы, были определены следующие задачи исследования:

– рассмотреть форму кристаллов поваренной соли и медного купороса;

– проследить, какое влияние оказывает температура на размер и форму кристаллов;

– пронаблюдать влияние на рост кристалла поваренной соли различных примесей;

– рассмотреть, влияет ли на темп роста, форму и размер кристалла среда выращивания (нейтральная, кислая, щелочная).

Выращивание кристаллов в нормальных условиях

Один из простейших опытов - вырастила кристаллы поваренной соли и медного купороса при нормальных условиях (использовала методику описанную выше), без каких либо вмешательств со стороны

Таким образом, были подтверждены полученные из литературы сведения:

– при выращивании кристаллов без вмешательства со стороны полученный кристалл не имеет правильной формы, однако отдельно взятые мелкие кристаллики поваренной соли имеют форму куба, а кристаллы медного купороса похожи на ромб;

– кристаллы медного купороса более крупные, чем кристаллы поваренной соли.

Выращивание кристалла медного купороса более крупной формы

Данный опыт проведен с целью: вырастить более крупный кристалл медного купороса. В результате проведенной работы был дан ответ на вопросы: к какой группе кристаллов его можно отнести – моно- или поликристаллы, какова форма кристалла.

Для проведения этого опыта был взят самый крупный кристаллик из первого эксперимента в качестве затравки. Во время процесса регулярно отбрасывались выросшие мелкие кристаллики.

Исходя из результатов эксперимента были сделаны выводы: отдельные кристаллы медного купороса имеют форму ромба и являются монокристаллами.

Получение кристаллов «гидрогалита»

При проведении этого исследования взяла на себя ответственность, повторить опыт русского химика Т. Е. Ловица.

Приготовив насыщенный при комнатной температуре раствор поваренной соли, стала охлаждать его до -150 С.

В результате выросли плоские шестиугольные пластинки – кристаллы «гидрогалита». Для того чтобы зафиксировать полученные результаты мне необходимо было сфотографировать эти кристаллы. Однако малейшее изменение температуры привело к разрушению кристаллов.

Получение кристаллов поваренной соли с добавлением примеси сахара, соды и медного купороса

Давно известно, что некоторые примеси могут изменить кристаллическую форму вещества, выделяющегося из раствора. Так, например, в литературе встречаются данные о том, как можно получить солевые октаэдры с помощью добавления в насыщенный раствор поваренной соли примеси мочевины или буры.

Было решено проверить в домашних условиях, как повлияют на рост кристалла поваренной соли примеси сахара, соды и медного купороса.

Наблюдения за протеканием процесса позволили сделать следующие выводы:

– примеси соды замедляют процесс роста кристалла;

– в растворе поваренной соли с примесью сахара вырастает множество мелких кристаллов как вокруг «затравки», так и на стенках стакана;

– в растворе с примесью соды кристаллики растут медленно, в основном, вокруг «затравки».

– в растворе с примесью медного купороса кристалл приобретает немного другую окраску, растет по длине всей нити и на стержне

Выращивание кристаллов в различных средах

Выращивала кристаллы все той же поваренной соли в различных средах: нейтральной, кислой, щелочной. Для создания кислой среды использовалась уксусная кислота, для щелочной – кусочек хозяйственного мыла.

В результате проведенного эксперимента были сделаны следующие выводы:

– среда оказывает влияние на темп роста кристалла (в щелочной среде кристаллы растут очень медленно);

– среда оказывает влияние на форму кристалла (в кислой среде кристаллы поваренной соли приобретают более правильную кубическую форму, выросли красивые кристаллы на самом стержне

В 8 классе при изучении свойств солей мы получали мелкие кристаллы меди, опуская гвоздь в раствор медного купороса. Кристаллы были настолько малы, что пленка меди на поверхности гвоздя казалась почти сплошной.

Для выращивания отдельных кристаллов был проведен следующий эксперимент.

Положила на дно стакана немного кристаллов медного купороса и засыпала их небольшим слоем поваренной солью, которая является тормозом для реакции. Кристалл прикрыла фильтровальной бумагой. Сверху на бумагу положила железный кружок. В стакан налила насыщенный раствор поваренной соли, чтобы он полностью закрыл железный кружок. Дальше процесс шел без моего участия. Спустя 3 дня в сосуде были обнаружены мелкие красные кристаллы меди.

Возник вопрос – как вырастить кристаллы крупнее? Так как хлорид натрия служит тормозом реакции, в следующем эксперименте были взяты более крупные кристаллы медного купороса, которые засыпала слоем поваренной соли толщиной 5-6см. Скорость роста кристалла заметно уменьшилась. Первые кристаллики появились спустя 2 недели. Они были значительно крупнее первых.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: меняя размеры кристалликов медного купороса, толщину слоя поваренной соли можно получить медные кристаллы разнообразной величины и формы. Для сохранения полученных кристаллов, поместила их в слабый раствор серной кислоты.

В результате проведенного исследования, я убедилась в том, что мир химии - удивительный и не до конца изученный мир.

А каким увлекательным оказалось путешествие в мир кристаллов! Кристаллы мне показались огромными зданиями с обширными «залами», извилистыми «переходами», «этажами» и закрученными по спирали «лестницами». И весь этот «интерьер» находится в строгом соответствии с «экстерьером» - внешней огранкой кристалла.

В ходе работы над темой исследования я познакомилась с историей возникновения кристаллов, их причудливыми формами и свойствами, с влиянием типа кристаллической решетки на свойства вещества. Проведенные опыты подтвердили следующие факты:

– форма кристалла поваренной соли меняется при низкой температуре;

– примеси оказывают влияние, как на форму кристалла, так и на скорость его роста;

– отдельные кристаллы медного купороса относятся к монокристаллам и имеют ромбическую форму;

– при определенных условиях можно вырастить кристаллы меди разнообразной величины и формы.

Однако кто знает, что еще необычного и неожиданного таит в себе мир кристаллов? Ведь, несмотря на проведенную работу, остались вопросы, на которые найти ответы я пока не смогла. Например, почему в одних случаях кристалл растет вокруг «затравки», а в других и на нити и на стержне? Не влияет ли на данный процесс качество нити и стержня?

Надеюсь, что дальнейшее знакомство с миром химии, и в частности с миром кристаллов, откроет мне секреты химии, позволит найти ответы на поставленные вопросы.