Способы выращивания кристаллов у домашних условиях

Как вырастить кристалл

Выращивание кристаллов в домашних условиях из различных химических элементов – очень увлекательное занятие. Для этого увлечения не нужны особо дорогостоящие вещества, правда, потребуется запастись временем и терпением, но тем занятнее будет этот процесс. Как вырастить кристалл? Ну, обо всем по порядку.

Правила выращивания кристаллов

Что же такое кристаллы? Твердые образования, залегающие глубоко в земных недрах, молекулы и атомы которых определенно расположены, образуя трехмерную кристаллическую решетку. Форма кристаллов разнообразна – не зря их называют «цветами мира камней». Самые крупные из найденных образований обнаружены в Мексике. Отдельные образцы кристаллов гипса достигают 15 м длиной и 1 м шириной, а в Южной Дакоте был найден кристалл сподумена (силикат лития и алюминия) длиной 13 м и весом около 90 т. Некоторые кристаллы настолько малы, что их можно разглядеть только в микроскоп. Японским ученым даже удалось снять на видео через электронный микроскоп процесс роста кристалла соли. Чистота этих творений природы зависит от включенных примесей других элементов, интерес представляют особо прозрачные кристаллы, которые поражают своей «игрой», преломляя свет. Недаром говорят, «кристально чистый» или «прозрачный, как кристалл». Необходимо различать два понятия – поликристаллы и монокристаллы. Различие состоит в том, что поликристаллы состоят из мелких разноориентированных монокристаллов.

Сразу стоит оговориться, что выращивание кристаллов – это также и целое научное направление. Существуют различные методы и специальные дорогостоящие технические устройства, с помощью которых реализуется этот процесс. Об этом написано много литературы, которую можно найти на просторах интернета. В нашей же статье пойдет речь о выращивании в домашних условиях несложных конфигураций с познавательной целью.

Методы выращивания монокристаллов можно классифицировать на три большие группы:

• из растворов;
• из расплавов;
• из газовой (паровой) фазы.

Распространенным методом в научных целях для получения технически важных кристаллов является выращивание из расплавов. 70% полученных образцов получают именно этим методом. Нас будет интересовать метод получения из растворов.

В домашних условиях используется в основном 2 способа выращивания:

1. путем выпаривания растворителя, в котором находится искомое вещество;
2. способом изменения температуры раствора, а именно охлаждением.

Вкратце, берется растворитель, например, обычная вода, готовится перенасыщенный раствор, в который помещается мелкий кристаллик (затравка). Далее вступает один из вышеназванных способов. Наиболее быстрый способ – медленное охлаждение раствора. Конечно, данное описание является обобщенным – для понимания процесса. Перед началом работ необходимо усвоить, что процесс кристаллообразования должен протекать в чистой посуде. Необходимо добиться применения максимально чистого (отфильтрованного) растворителя. Важно также исключить разнообразные вибрации и вмешательства посторонних лиц.

Кроме этого, необходимо соблюдать технику безопасности при производстве подобных опытов:

• работать в перчатках и защитных очках;
• мыть руки после завершения опытов;
• соблюдать меры предосторожности при утилизации отходов;
• исключить присутствие при проведении опытов детей и домашних животных;
• хранить материалы для опытов в недоступных местах для посторонних лиц.

Интересный факт! Для выращивания кристаллов кремния в целях производства полупроводниковых микросхем применяются особо чистые комнаты. Чистота достигается особой фильтрацией поступающего воздуха, ламинарным распределением его потока в помещении от потолка к полу (примерно за 6 сек), постоянным контролем температуры и влажности. Сотрудники, обслуживающие техпроцессы одеты в специальные костюмы (скафандры), иногда с собственной системой дыхания, исключающие попадание волос и частичек кожного покрова на кремниевые пластины. Для сравнения комната 1 класса чистоты, используемая в таком производстве в тысячу раз чище хирургической операционной. Коэффициент загрязненности в такой комнате при дыхании после курения равен 2-5, при вынимании носового платка из кармана 3-10, а при чихании 5-20. Для исключения вибраций такие комнаты имеют свой собственный виброзащитный фундамент и чаще всего расположены в районах с минимальной сейсмической активностью.

Что нужно для выращивания кристаллов в домашних условиях

Выращивание кристаллов в домашних условиях — процесс не сложный. Первым делом необходимо запастись терпением. Также потребуется чистая стеклянная посуда небольшого объема и изначальный химический материал, из которого будет изготовлен раствор. Требуется соблюсти температурный режим, причем изменение должно быть постепенным без резких скачков. Для наблюдения за опытом желательно ведения дневника, куда будут занесены ежедневные записи. Таким образом, можно провести анализ изменений во времени и получить ценный опыт. Приобрести соответствующие материалы можно в хозяйственных магазинах удобрений для растений.

Как быстро вырастить кристалл из поваренной соли и воды

Для получения кристалла из соли, как уже говорилось, потребуется время. Необходимо взять:

• чистую стеклянную посуду небольшого объема для приготовления раствора. Выбор материала посуды важен для исключения реакции рассола и удобства наблюдений за процессом;
• собственно поваренную соль;
• палочку для размешивания полученного раствора;
• кристаллик соли в качестве затравки;
• нить подвешивания затравки для равномерного образования поликристалла;
• бумажный фильтр или салфетку.

Далее в нашу стеклянную посуду наливаем чистую, лучше дистиллированную воду комнатной температуры и небольшими порциями всыпаем поваренную соль, постоянно помешивая. Когда раствор насытится, а определить этот момент можно по остаткам соли на дне, нужно нагреть наш рассол. Для этого помещаем посуду с раствором на водяную баню и размешиваем до полного растворения остатка на дне. Когда остатки соли растворятся необходимо перелить нагретый раствор, предварительно отфильтровав, в нашу искомую емкость, в которой будет выращиваться кристалл.

Совершив нехитрые манипуляции, приступаем к приготовлению затравки. Для этого выбираем небольшой кристаллик соли и привязываем его на конец нитки. Другой конец привязываем к палочке, которая позволит удержать наш кристаллик в подвешенном состоянии в центре емкости с подготовленным рассолом. В качестве затравки можно взять небольшую пластиковую пуговицу, предварительно замочив ее в рассоле и дав ей высохнуть.

Всю полученную конструкцию, предварительно накрыв бумагой во избежание попадания пыли и другого мусора, ставим в недоступное место в целях безопасности и исключения вибраций и оставляем остывать. Дальше в процесс вступают «силы природы», а нам остается наблюдать и заносить записи в дневник. При испарении раствора и для получения более крупного поликристалла допускается приготовление раствора той же насыщенности и добавление в емкость. Кристалл желаемого цвета получают на стадии приготовления рассола, добавив пищевой краситель.

Как сделать большой белый кристалл из морской соли

Образование кристалла из морской соли аналогичен вышеописанному методу получения соли. Для выращивания крупного кристалла потребуется больше времени. При этом надо следить за уровнем жидкости, не допуская оголение образца, а по мере испарения добавлять новый рассол.

Выращивания кристалла из медного купороса

В качестве сравнения предлагается вырастить кристалл из медного купороса двумя способами.

Для проведения этого опыта нам потребуется медный купорос, приобретенный в магазине удобрений. Возьмем 2 отдельные емкости вместимостью не более 200 мл. Требуется приготовить раствор в пропорции 43 г купороса на 100 мл воды для каждой емкости. Наша задача: провести наблюдение в течение 15 суток за кристаллообразованием, снять размеры выращенного образца. В первом сосуде выращивание кристалла будет происходить без затравки, соответственно, во втором с затравкой на нити.

На второй день оцениваем температурный режим. Температура нашего раствора составляем 23 градуса, что соответствует комнатной температуре окружающего воздуха. Емкости находятся вдали от нагревательных приборов, то есть в одинаковых условиях.

На 3-4 день видимых изменений не происходит.

На 5 сутки появился тонкий налет на поверхности раствора.

При замере уровня раствора на 6 день обнаружили понижение на 2 мм.

На 7 сутки наблюдаем понижение уровня на 6 мм и появлением взвеси.

В начале второй недели наблюдаем первые признаки образования кристаллов. В 1 сосуде на поверхности появилась тонкая кристаллическая пленка. Во 2 емкости заметны кристаллики на нити.

На 9 сутки уровень жидкости упал на 15 мм. Во 2 сосуде заметное увеличение кристаллов с появлением на них новых образований.

На 10 день на дне 1 сосуда появились два небольших нароста. В обеих емкостях наблюдается понижение уровня еще на 2 мм.

На 11 день на стенках сосуда процесс осаждения осадка. На нити образовалось множество кристаллов.

На 12 сутки поверхность стенок 1 емкости полностью покрылась налетом.

13-14 день в 1 сосуде наблюдается увеличение размеров кристалла (приблизительно 8 мм). Во 2 сосуде на нити 5 мм. Опыт подходит к концу, ожидаем естественное испарение раствора.

Наступили 15 сутки наших наблюдений для подведения итогов.

В обоих сосудах осталось приблизительно 25-30 мл раствора. В первом образовались 2 сростка. Первый – из 4 кристаллов плоской формы с ярко выраженными гранями, второй – из 5. Размеры сростков: 2 * 1,2 * 0,3-0,8 см и 1,8 * 1,7 * 0,4-0,8 см. На дне и стенках виден осадок пластинок, толщиной около 1 мм. Во втором сосуде на нити образовался поликристалл, состоящий из монокристаллов разной ориентации. Ширина составила около 6 мм. На протяжении всего опыта велись записи в дневник наблюдений.

Как получить красивые и цветные кристаллы

Придать кристаллу определенный цвет очень просто. На стадии подготовки раствора необходимо добавить пищевой краситель любого цвета. Цветовая насыщенность будет зависеть от количества добавляемого красителя.

Покрасить готовый кристалл тоже возможно, но покраска грозит потерей его прозрачности.

Как вырастить кристалл из сахара

Выращивание поликристалла из сахара занимательное и вкусное занятие, так как после завершения опыта им можно угостить своих знакомых на очередном чаепитии. Более того, это безопасно и познавательно для детей, присутствие взрослых понадобится только при приготовлении раствора на плите.

Получение кристаллов сахара схож со способом образования образцов из соли, поэтому разберем пропорции и некоторые нюансы приготовления. Для этого потребуется 5 стаканов сахара и 2 стакана воды. В качестве затравки приготовим шпажки, которые надо предварительно обмакнуть в заранее приготовленный сироп (1/4 стакана воды и 2 чайных ложки сахара) и равномерно обсыпать сахаром.

Затем приступаем к приготовлению раствора. Насыпаем 2,5 стакана сахара в кастрюльку с водой, постоянно помешивая на малом огне. Размешав первую порцию сахара, высыпаем остальные 2,5 стакана. Добиваемся полного растворения сахара, варим сироп (5 минут). Снимаем с плиты и даем остыть 15-20 минут. После всех «кулинарных» манипуляций разливаем сироп по стаканам и опускаем в них наши заготовленные шпажки, прикрепив их к бумаге, которой накрываем стакан. Через неделю получаем красивый сахарный кристалл, которым можно угостить своих друзей. Для получения цветных кристаллов добавляем пищевой краситель на стадии приготовления сиропа.

Кристаллы из селитры

Со способом получения кристаллов из нагретых растворов мы уже ознакомились, поэтому ограничимся пропорциями. Возьмем 100 г селитры на 50 мл воды и ставим на огонь в небольшой емкости. После растворения осадка фильтруем раствор и оставляем остывать. По мере остывания начнут образовываться кристаллы ярко-белого цвета. Для получения более крупного кристалла нужно увеличить количество раствора. Чем медленнее остывает раствор, тем лучше кристаллообразование.

Видео «Кристаллы из лимонной кислоты»

В заключение хочется пожелать успехов в опытах и обязательно соблюдать технику безопасности.

Источник

Как самостоятельно вырастить кристаллы?

Производители современных игрушек, предназначенных для организации познавательного детского досуга, сегодня часто предлагают готовые наборы для выращивания кристаллов в домашних условиях. Но было бы ошибочно думать, что это занятие является разработкой нашего времени и достижением современной химической промышленности.

Выращивание кристаллов

Научившись выращивать кристаллы, с их помощью можно создавать красивые декоративные элементы, которые могут стать оригинальным елочным украшением или частью праздничного декора интерьера.

Общие правила выращивания кристаллов

• Перед тем как приступить к практической части, хочется предупредить: выращивание кристаллов не терпит суеты: красота их формы напрямую зависит от условий, в которых находится раствор. Сосуд, где происходит рост кристаллов, необходимо убрать в такое место, где его никто не потревожит и не сможет случайно задеть, толкнуть, опрокинуть. Любое неосторожное движение может привести к тому, что кристалл получится не таким крупным, ровным и красивым, как хотелось бы.
• Чтобы получить крупные кристаллы, количество воды нужно увеличить: чем больше по размеру должен быть кристалл, тем больше воды необходимо брать для растворения исходного ингредиента. Большинство компонентов чувствительны к качеству воды и могут вступать в реакцию с примесями, входящими в ее состав, поэтому желательно брать фильтрованную или дистиллированную воду.
• Чем меньше нагревают раствор — тем лучше для кристаллов, т.к. в нагретой и отстоявшейся воде получаются более крупные и более ровные образования. Как только на дне сосуда появляются кристаллы, следует отобрать и вынуть самые мелкие, оставив одни крупные. Оставшиеся кристаллы каждое утро очень осторожно тонкой палочкой переворачивают на другую сторону — так нарастание слоев получается равномерным.

Что нужно знать?

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми.

Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы).

Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши.

Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество и они мешают друг другу.

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет.

Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор.

Выращивание кристаллов — процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

Но, есть некоторые особенности их хранения (конечно каждая соль и вещество имеют свои особенности).
Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок.

Как вырастить кристалл?

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например из сахара, даже каменные — искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).

В домашних условиях, конечно, всего этого у нас не получится, поэтому поступим другим образом. Будем выращивать кристаллы соли. У всех у нас есть дома обычная пищевая соль (как наверное, знаете, что её химическое название хлорид натрия NaCl). Подойдёт и любая другая соль (соль — с химической точки зрения), например, можно получить красивые синие кристаллы из медного купороса или или любого другого купороса (например железного).

Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий).
Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий: сделали раствор, опустили туда «зародыш» (всё это подробно описано ниже) и растёт он себе, каждый день прибавляя в росте.

Да, не следует раскрашивать раствор, где растёт Ваш кристалл, например красками или чем нибудь подобным, — это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит!

Лучший способ получить цветные кристаллы — это подобрать нужную по цвету соль! Но будьте внимательными: например кристаллы жёлтой кровной соли имеют красно-оранжевый цвет — а раствор получается жёлтым. Вот теперь можем приступить!

Выращивание кристаллов поваренной соли

Кристаллы поваренной соли — процесс выращивания не требует наличия каких-то особых химических препаратов. У нас всех есть пищевая соль (или поваренная соль), которую мы принимаем в пищу. Её также можно назвать и каменной — всё одно и то же. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики.

Начнём. Разведите раствор поваренной соли следующим образом: налейте воды в ёмкость (например стакан) и поставьте его в кастрюлю с тёплой водой (не более 50°С — 60°С). Конечно, в идеальном варианте, если вода не будет содержать растворённых солей (т.е. дистиллированная), но в нашем случаем можно воспользоваться и водопроводной.

Насыпьте пищевую соль в стакан и оставьте минут на 5, предварительно помешав. За это время стакан с водой нагреется, а соль растворится. Желательно, чтобы температура воды пока не снижалась. Затем добавьте ещё соль и снова перемешайте. Повторяйте этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана.

Мы получили насыщенный раствор соли. Перелейте его в чистую ёмкость такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне.Выберите любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной

соли и положите его на дно стакана с насыщенным раствором. Можно кристаллик привязать за нитку и подвесить, чтобы он не касался стенок стакана.
Теперь нужно подождать.

Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. А если проделать всё то же ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее (извлеките кристаллик и используйте уже приготовленный раствор, добавляя в него воды и необходимую порцию пищевой соли).

Для сведений: в 100г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35 г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт. Так выращивают кристаллы поваренной соли (или кристаллы соли, форма и цвет которых Вам больше нравится)

Выращивание кристаллов медного купороса

Кристаллы медного купороса — выращиваются подобным образом, также, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор соли, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли медного купороса.

Медный купорос- — химически активная соль! Поэтому для удачности опыта в этом случае воду нужно взять дистиллированную, т.е. не содержащую других растворённых в ней солей. Из под крана воду тоже лучше не брать, так как она во-первых содержит растворённые соли, во-вторых может быть сильно хлорированной. Примеси (особенно карбонаты в жёсткой вроде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего раствор сильно портится

Если всё в порядке, — продолжим. Если Вы решили не переливать раствор из ёмкости, в которой первоначально рос маленький кристаллик, тогда подвесьте кристаллик, что бы он не касался других кристалликов, оставшихся на дне!

Выращивание кристаллов производят не только из растворов, но и из расплавов соли. Ярким примером могут служить жёлтые непрозрачные кристаллы серы, имеющие форму ромба или вытянутых призм. Но с серой, особо, работать не советую. Газ, образующийся при её испарении,
вреден для здоровья.

Можно избежать роста отдельных граней кристаллика. Для этого эти грани надо нанести раствор вазелина или жира.

Выращивание кристаллов меди

Теперь вырастим красные кристаллы меди. Нам необходимы медный купорос, поваренная соль, стальная пластинка по форме сечения ёмкости (немного меньшего периметра. Можно использовать стальную стружки или кнопки), где будут расти кристаллы меди и кружок из промокательной бумаги в форме сечения.

Итак, положите немного медного купороса на дно пузырька (желательно равномерно по площади). Сверху насыпьте поваренной соли и закройте всё это вырезанным кружком бумаги. На неё положите железную пластинку (или засыпьте стальной стружкой).

Всё это вместе надо залить насыщенным раствором поваренной соли (такой раствор мы готовили из поваренной соли). Оставьте ёмкость приблизительно на неделю. За это время вырастут иглоугольные красные кристаллы меди.

Когда идёт процесс роста старайтесь не переносить ёмкость, а также очень нежелательно изымать кристаллики из раствора.

Можно вырастить кристалл разноцветным и многослойным. Их получают путём приготовления растворов квасцов (двойные соли серной кислоты) и переносят поочерёдно выращиваемый кристаллик из одного раствора в другой.

Если смешать горячие концентрированные растворы сульфатов алюминия Al₂(SO₄)₃ и калия K₂(SO₄), а полученный раствор охладить, то из него начнут кристаллизоваться квасцы — двойной сульфат калия и алюминия 2KAl(SO₄)₂•12Н₂О. Квасцы растворяются в воде так: 5,9 г на 100 г воды при 20 °С, но уже 109 г — при 90 °С в пересчёте на безводную соль.

При хранении на воздухе квасцы выветриваются. При температуре 92,5 °С они плавятся в своей кристаллизационной воде, а при нагревании до 120 °С обезвоживаются, переходя в жжёные квасцы, которые разлагаются лишь при температуре выше 700 °С.

Кое-что о жидких кристаллах

Жидкие кристаллы — это вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой — расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной).

Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах они замерзают, превращаясь в твёрдые тела.

Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Их свойствами можно управлять, подвергая действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров.

Итак, процесс выращивание кристаллов в домашних условиях разделим на основные этапы:

1. Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогтерть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендую использовать дистиллированную воду (т.е. не содержащую примесей других солей)
2. Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал.
3. Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите например к спичке и положите спичку на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор (этап 3). Кристаллик опустите в насыщенные раствор.
4. Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
5. Накройте чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней.

Важно:

• кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора
• не допускать попадание мусора в насыщенные раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду
• следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор

Источник