Всего на сайте:
236 тыс. 713 статей

Главная | Естествознание

Выращивание кристаллов  Просмотрен 38

Кристаллы можно получить из раствора или из расплава данного вещества, а также из его паров.

Наиболее распространенные способы выращивания монокристаллов ― кристаллизация из расплава и кристаллизация из раствора. Эти технологии очень сложны. Однако каждый желающий может вырастить некоторые моно- и поликристаллы в домашних условиях кристаллизацией из водного раствора кристаллического вещества. Именно этим способом выращивания я воспользовалась в своей работе.

Выращивают кристаллы из раствора, в основном, двумя способами. Один из них — охлаждение насы­щенного раствора вещества. С понижением темпе­ратуры растворимость большинства веществ уменьшается, 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 твердых примесей (например, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в кра­сивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кри­сталлизации возникает много, сам про­цесс идёт активнее. Правильных кри­сталлов при этом не получится, ведь множество быстро растущих кристал­ликов мешают друг другу.

Другой метод выращивания кри­сталлов — постепенное удаление воды (испарение) из насыщенного раствора. И в этом слу­чае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длитель­ный срок — вода при этом будет испа­ряться медленно (особенно если свер­ху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).

Форма кристалла зависит от формы и размера частиц данного вещества (атомов, ионов или молекул), а также от того, как они друг с другом взаимодей­ствуют.

Для того чтобы получить кристаллы из паров надо собрать установку, служащую для так называемой возгонки кристаллов.

Некоторые вещества выкристаллизовываются из пара, получающегося при испарении твердого порошка, например, нашатыря или йода. Порошок нашатыря легко переходит в пар при небольшом нагревании. Поэтому возгонку его вполне возможно производить просто в пробирке.

Многие видные ученые начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов.

Вот простая модель, поясняющая суть кристаллизации. Представим, что в большом зале укладывают паркет. Легче всего работать с плитками квадратной формы – как ни поверни такую плитку, она все равно подойдет к своему месту, и работа пойдет быстро. Именно поэтому легко кристаллизуются соединения, состоящие из атомов или небольших симметричных молекул.

Труднее выложить паркет из прямоугольных дощечек, особенно если у них с боков имеются пазы и выступы – тогда каждую дощечку можно уложить на свое место одним единственным способом. Особенно трудно выложить паркетный узор из дощечек сложной формы.

Если паркетчик очень торопиться, то плитки будут поступать к месту укладки слишком быстро. Правильного узора не получиться – если хотя бы в одном месте плитку перекосит, то дальше все пойдет криво, появятся пустоты. Ничего хорошего не получится и в том случае, если в большом зале начнут укладывать паркет сразу 10 мастеров – каждый со своего места.

Соседние участки окажутся плохо состыкованными. Вид у помещения получится весьма нехороший.

Примерно те же процессы происходят и при росте кристаллов, только сложность здесь еще и в том, что частички должны укладываться не в плоскости , а в объеме. Но ведь никакого «паркетчика» здесь нет – кто же укладывает частички вещества на свое место? Оказывается, укладываются сами. Они непрерывно совершают тепловые движения и «ищут» самое подходящее для себя место, где им будет наиболее «удобно»

Способы выращивания кристаллов

Кристаллизацию можно вести разными способами.

Первый способ - охлаждение насыщенного горячего раствора.

При каждой температуре в данном количестве растворителя ( например, в воде ) может раствориться не более определённого количества вещества.

В 100г. воды при 90◦C может раствориться 200г. алюмокалиевых квасцов.. Такой раствор называется насыщенным.

При 80◦С в 100г. воды можно растворить уже не более 130г. квасцов. Остальные 70г. выпадут в осадок.

Из-за быстрого охлаждения. Высушив этот осадок, мы можем увидеть множество мелких кристалликов.

При охлаждении раствора частички вещества слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы- зародыши. Пыль и мельчайшие неровности на стенках сосуда способствуют образованию зародышей в растворе.

Если раствор охлаждать медленно, зародышей образуется немного. Обрастая постепенно со всех сторон, они превращаются в красивые кристаллики правильной формы.

При быстром же охлаждении образуется много зародышей. Частички из раствора будут «сыпаться» на поверхность растущих кристалликов, как горох из порванного мешка.

Правильных кристалликов при этом не получится, потому что находящиеся в растворе частицы могут просто не успеть «устроиться» на положенное им место на поверхности кристалла.

Второй способ – выращивание кристаллов из расплавленных веществ, при медленном охлаждении жидкости.

Третий способ – постепенное удаление воды из насыщенного раствора.

«Лишнее» вещество при этом кристаллизуется. И в этом случае, чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА «ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ»

Предыдущая статья:Теория и структура кристаллов Следующая статья:Выращивание кристаллов в домашних условиях.
page speed (0.0106 sec, direct)