«В глубине Великого Кристалла»
Руководитель: учитель химии Леденева Е.В.
«Почти
весь мир кристалличен.
В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы»
А.Е. Ферсман
Форма кристаллов
Существуют особые формы
кристаллов: иглы, перья, ветки, цветы, деревца и т.п. Примерами таких
причудливых кристаллов служат всем известные ледяные узоры на окнах.
Кристалл – это твердое состояние вещества.
Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения
своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и
могут отличаться размерами.
В природе существуют сотни веществ,
образующих кристаллы. Вода – одно из самых распространенных из них. Замерзающая
вода превращается в кристаллы льда или снежинки.
Конечно, мы все обращали внимание на
бесконечное разнообразие снежинок. Еще в 17 веке знаменитый астроном Иоганн
Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а спустя три столетия были
изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч
снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую
Слово «кристалл» звучит почти одинаково во
всех европейских языках. Много веков назад среди вечных снегов в Альпах, на территории
современной Швейцарии, нашли очень красивые, совершенно бесцветные кристаллы,
очень напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали –
«кристаллос», по-гречески – лед; это слово происходит от греческого «криос» –
холод, мороз. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном
морозе, окаменевает и теряет способность таять. Один из самых авторитетных
античных философов Аристотель писал, что «кристаллос рождается из воды, когда
она полностью утрачивает теплоту». Римский поэт Клавдиан в 390 году то же самое
описал стихами:
Ярой альпийской зимой лед превращается в камень.
Солнце не в силах затем камень такой растопить.
Аналогичный вывод сделали в древности в
Китае и Японии – лед и горный хрусталь обозначали там одним и тем же словом. И
даже в 19 в. поэты нередко соединяли воедино эти образы: Едва прозрачный лед,
над озером тускнея,
Кристаллом покрывал недвижные струи.
А.С.Пушкин. К Овидию
Формы кристаллов могут быть самыми разнообразными
Нахождение в природе крупных однородных
кристаллов - явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются
весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники,
известняк - кристаллы. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма
кристалличны, например, роговица глаза, витамины, мелиновая оболочка нервов
- это кристаллы.
Минеральные кристаллы образуются в ходе
определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и
расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют
из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных
пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.
Они охлаждаются очень медленно. Минералы
превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в
холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких
минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был
расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной
коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и
образуют кристаллы различных видов.
Природа продолжает преподносить нам
сюрпризы, создавая все новые чудеса. Совсем недавно, в 2000 году, в
мексиканской пустыне Чихуахуа была открыта необычная пещера, где находятся
самые большие природные кристаллы, которые когда-либо создавала природа
(рис.5). Мегакристаллы селенита были сформированы гидротермальными жидкостями,
исходящими от пещер, расположенных ниже.
В горе Найса на глубине 300
метров, в рабочей шахте, где велась добыча цинка, серебра и свинца, шахтеры
совершенно случайно обнаружили пустоты, в которых их взору открылись огромные
кристаллы селенита. Эти невероятно красивые образования, созданные природой,
образуют три полости, которые получили поэтические названия «Глаз Королевы»,
«Пещера Парусов» и «Стеклянная пещера».
Это самые большие из известных на сегодня
природных кристаллов – полупрозрачные лучи неимоверной длины до 15
метров, диаметром 1,2 метра, весом не менее 55 тон каждый –
волшебно-причудливым образом переплетены между собой и создают в пещере
неимоверной красоты пейзаж. Но полюбоваться этой красотой непросто. Попасть в
пещеру без специального обмундирования и оборудования невозможно без риска для
жизни. Температура воздуха там составляет около 50 градусов Цельсия, а
влажность – практически 100%! Даже в специальном костюме находиться в этих
пещерах можно не очень долго – около часа.
Но, особое место среди кристаллов занимают
драгоценные камни. Алмаз! С этим словом ассоциируется представление о
несравненном блеске и непревзойденной твердости. Со вторым свойством связано
название минерала, которое происходит или от арабского слова «алмас» –
твердейший, или от греческого «адамантос»–несокрушимый.
Выращивание кристаллов в домашних
условиях
Для получения
кристаллов вначале приготовляли пересыщенные растворы медного купороса и
поваренной соли, которые отфильтровывали и затем остужали. Через несколько дней
на дне сосудов появлялись небольшие кристаллики. Выбранные кристаллы более
правильной формы, мы помещали в сосуды с пересыщенным раствором этих же солей.
При этом сосуды оставлялись нами на несколько дней в местах, где была создана
комнатная температура
В результате
проведенной работы, опытным путем, нами было установлено влияние времени
охлаждения насыщенных растворов на вид и форму кристаллов. Полученные кристаллы
медного купороса имели триклинную форму. Кристаллы поваренной соли
характеризовались гранецентрированной кубической решеткой.
Наши результаты:
Характеристики
|
Монокристалл
|
Поликристалл
(друза)
|
Насыщенность раствора
|
насыщенный
|
пересыщенный
|
Чистота раствора
|
практически
без примесей
|
допускается небольшое наличие примесей
|
Скорость охлаждения раствора
|
Медленная
|
Средняя
|
Время образования (роста) кристалла
|
8-10 часов при н.у
|
48-56 часов при н.у
|
Наличие затравки
|
Не обязательно
|
обязательно
|
Так же нами были выращены кристаллы хромата
и дихромата калия и салициловой кислоты, с целью эстетического наслаждения.
Применение кристаллов в промышленности
Особое место среди кристаллов занимают
драгоценные камни, которые с древнейших времен привлекают внимание человека.
Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например,
подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных
рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще
не существуют. Например, фианиты – их название происходит от сокращения ФИАН –
Физический институт Академии наук, где они впервые были получены. Фианиты –
искусственные кристаллы, которые внешне очень похожи на бриллианты
Выращивание кристаллов – очень интересный и
увлекательный процесс.
К сожалению, в данном процессе присутствует
элемент случайности. Вроде и раствор насыщенный, и охлаждается медленно, а
кристалл не образовывается, или готовишь новый раствор для бóльшего роста
кристалла, а утром видишь, что кристалл не только не стал больше, но и совсем
растворился … Тем не менее, можно выделить общие признаки роста кристаллов.
Во-первых, чем насыщеннее раствор, тем
быстрее вероятность образования кристалла. Чем лучше отфильтрован раствор, тем
больше вероятность образования монокристалла, т.к. примеси, оставшиеся в
растворе, служат дополнительными центрами кристаллизации. Если раствор
охлаждать недостаточно медленно, то это, с большой долей вероятности, приведет
к образованию друзы (сростка кристаллов), т.к. его молекулы не успеют построить
правильный кристалл. А при слишком резком охлаждении образуется аморфное
(стеклообразное) состояние вещества.
Проводимой
работой, реализуя свой интерес к устройству окружающих нас
предметов, мы развивали свое логическое мышление, и расширяли свой
политехнический кругозор, т.к. пробовали самостоятельно получать знания и
пользоваться ими, что естественно побуждало в нас стремление к знаниям,
интерес к предмету и любовь к природе.
1. Крапивин В.П. В глубине Великого
кристалла.
2. Минералы. Сокровища Земли. Еженедельное
издание №1-№70, 2009-2011 г. Де Агостини.
3. Шаскольская М.Л. Кристаллы, М.: Наука, 1985
г.
4. Кантор Б.З. Минерал рассказывает о
себе, М.: Недра, 1985 г.
5. Ольгин О., Опыты без взрывов, М.:
“Химия”, 1995 г.
6. Стёпин Б. Д., Аликберова Л.Ю., Книга по
химии для домашнего чтения, М.: Химия, 1994г.
7. Алексинский В. Н. Занимательные опыты
по химии, М.: Просвещение, 1995г.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.