Grkflower.ru

ГРК Флора
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Из каких агрегатных состояний выращивают кристаллы

Идеальный кристалл представляется в виде периодически повторяющихся одинаковых структур – так называемых элементарных ячеек кристалла. В общем случае, форма такой ячейки – косоугольный параллелепипед.

Следует различать такие понятия как кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Первая – это математическая абстракция, изображающая регулярное расположение неких точек в пространстве. В то время как кристаллическая структура – это реальный физический объект, кристалл, в котором с каждой точкой кристаллической решетки связана определенная группа атомов или молекул.

Кристаллическая структура граната — ромб и додекаэдр

Основным фактором, определяющим электромагнитные и механические свойства кристалла, является строение элементарной ячейки и атомов (молекул), связанных с ней.

Читайте также

2. Кристаллы-близнецы

2. Кристаллы-близнецы Рассмотрим внимательно большое количество кристаллов одного и того же вещества. Не все образцы будут представлять собой правильные фигуры. Некоторые кристаллики будут просто обломками, другие будут иметь одну, две грани «ненормально» развитыми.

10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы

10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы Чёрный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный твёрдый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов, а именно, атомов углерода. Почему так резко различны свойства этих двух сходных по составу

12. Кристаллы и свет

12. Кристаллы и свет Гладкие грани кристаллов отражают свет подобно самому чистому зеркалу. Наряду с другими, некристаллическими телами: водой, стеклом – кристаллы также преломляют свет. То, что свет, падая из воздуха в более плотную среду, или, наоборот, из воды в воздух,

26 Кристаллы на дому

26 Кристаллы на дому Для опыта нам потребуются: банка, соль. Превращения вещества из жидкого в твердое, из газа в жидкость очень часты. Мы просто не привыкли это замечать. Между тем мы можем легко наблюдать очень интересное явление – выпадение вещества из раствора, где оно

59 Как растут барханы в пустыне, или Про зыбучие пески

59 Как растут барханы в пустыне, или Про зыбучие пески Для опыта нам потребуются: немного разных сухих сыпучих продуктов – манка, соль, сахар, гречка, растворимый кофе. Не у всех есть возможность побывать в настоящей пустыне. Но все знают, что в песчаной пустыне ветер гонит

Кристаллы

Кристаллы Многие думают, что кристаллы – это красивые, редко встречающиеся камни. Они бывают разных цветов, обычно прозрачные и, что самое замечательное, обладают красивой правильной формой. Чаще всего кристаллы представляют собой многогранники, стороны (грани) их

Одни и те же атомы, но разные кристаллы

Одни и те же атомы, но разные кристаллы Черный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный, твердый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов – атомов углерода. Почему же так различны свойства этих двух одинаковых по составу

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

Агрегатные состояния кристалов

РубрикаГеология, гидрология и геодезия
Видпрезентация
Языкрусский
Дата добавления26.06.2014
Размер файла440,6 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Читать еще:  Какие цветы можно выращивать в теплице круглый год?

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Исследование основных законов геометрической кристаллографии. Характеристика строения кристаллов по типу пространственной решётки. Закономерные сростки кристаллов. Простые формы кристаллов высшей категории и кубической сингонии. Комбинации простых форм.

реферат [2,3 M], добавлен 01.07.2016

Названия видов симметрии кристаллов по номенклатуре Федорова и Грота (по общим формам). Примеры расположения осей кристаллической решетки при триклинной, моноклинной, ромбической, тригональной, тетрагональной, гексагональной и кубической сингонии.

презентация [4,4 M], добавлен 12.05.2015

Общий анализ программ, найденных в англоязычном и русскоязычном сегментах Google. Построение проекций кристаллической решетки и определение видов кристаллов. Определение абсолютного и относительного возраста горных пород. Создание схем скважин.

курсовая работа [348,8 K], добавлен 18.07.2014

Исторические свойства и химический состав. Структура и диагностические признаки минерала. Генезис и месторождения. Габитус и изменения кристаллов антимонита. Определение рентгенометрических характеристик. Моделирование структуры кристаллов антимонита.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.03.2014

Изучение моделей кристаллов, их классификация и виды симметрии. Правила выбора системы кристаллографических координат. Способы графического изображения кристаллов при помощи стереографической проекции. Методы расчета символов граней и простых форм.

методичка [1,7 M], добавлен 01.10.2010

«Переводы»: Новое состояние вещества. Что такое временные кристаллы?

В начале этого года физики составили предварительную программу по созданию и измерению временных кристаллов – странного состояния вещества, характеризующегося тем, что атомная структура повторяется не только в пространстве, но и во времени, что позволяет им поддерживать постоянную осцилляцию (колебание) без затраты энергии.

Две независимых группы исследователей смогли создать что-то, что было до жути похоже на временные кристаллы еще в январе, но рецензирование оба эксперимента прошли относительно недавно, что позволило официально ввести «невозможное» явление в царство физической реальности.

«Мы взяли теоретические идеи, которые мы крутили и так, и этак в течение пары лет, и, на самом деле, создали эти кристаллы в лаборатории», говорит один из исследователей, Эндрю Поттер (Andrew Potter) из Техасского университета, г. Остин, и добавляет: «Надеемся, что это всего лишь первый образец и их будет еще много».

Временные кристаллы – это одна из самых захватывающих новостей, которыми физики порадовали мир за последние месяцы. Дело в том, что кристаллы указывают на наличие целого мира «неравновесных» фаз, кардинально отличающегося от всего, что ученые исследовали раньше.

В течение десятилетий ученые изучали вещества, такие как металлы и диэлектрики, которые определяются тем, что находятся в состоянии «равновесия», то есть в состоянии, при котором все атомы в материале имеют то же количество тепла.Теперь, похоже, временные кристаллы станут первым примером неравновесного состояния вещества, существование которого было предсказано теоретически, но еще не было исследовано на практике.

К тому же они могут приблизить революцию в способе хранения и передачи информации через квантовые системы. «Это показывает, что разнообразие состояний вещества еще шире (чем мы думали)», в интервью Gizmodo сказал физик Норман Яо (Norman Yao) из Калифорнийского университета, Беркли, который опубликовал программу по созданию временных кристаллов еще в январе.

«Одним из священных Граалей физики является понимание, какие типы вещества могут существовать в природе. Неравновесные фазы представляют собой новый путь, отличный от всех тех явлений, которые мы изучали в прошлом».

Временные кристаллы, существование которых впервые предположил лауреат Нобелевской премии, физик-теоретик, Фрэнк Вильчек, это гипотетические структуры, пребывающие в движении даже на самом низком энергетическом уровне, известном также как «основной уровень» (ground state). Обычно, когда материал входит в свое основное состояние – также называемое нулевой точкой энергии системы – движение, теоретически, должно быть невозможно, так как оно требует затраты энергии.

Но Вильчек создал в своем воображении объект, который мог достичь постоянного движения, изначально пребывая в основном состоянии, снова и снова периодически изменяя расположение атомов в кристаллической решетке, то есть, как бы выходя из основного состояния и возвращаясь в него.

Однако, давайте проясним ситуацию – это не вечный двигатель, так как общее количество энергии системы равно нулю. Но эта гипотеза казалась изначально неправдоподобной по другой причине. Она предполагала наличие системы, которая нарушает самое фундаментальное положение современной физики – симметрию относительно сдвига во времени, которое гласит, что законы физики одинаковы везде и всегда.

Как объяснил Дэниэль Оберхаус (Daniel Oberhaus) в интервью Motherboard, симметрия относительно сдвига во времени является причиной того, что невозможно подбросить монетку один раз таким образом, чтобы возможность выпадения «орла» и «решки» была бы 50/50, но в следующий раз, когда вы подбрасываете монетку, вероятность, внезапно, составляет 70/30.

И все же некоторые объекты способны нарушать эту симметрию, находясь в своем основном состоянии, при этом не нарушая законы физики. Представьте себе магнит с северным и южным полюсом. Неясно, как магнит «решает», какой полюс у него северный или южный, но факт того, что у него есть эти полюса, северный и южный, подразумевает, что он не будет выглядеть одинаково с обоих концов – он от природы ассиметричен.

Читать еще:  Где лучше выращивать орхидею в домашних условиях

Другим примером физического объекта с ассиметричным основным состоянием является кристалл. Кристаллы известны своими повторяющимися структурными паттернами, но атомы внутри них имеют свои «предпочтительные» позиции в решетке. Таким образом, в зависимости от того, с какой точки вы рассматриваете кристалл в пространстве, он выглядит различно – законы физики больше не симметричны, потому что они неприменимы равным образом ко всем точкам в пространстве.

Держа это в уме, Вильчек предположил, что возможно создать объект, который достигает ассиметричного основного состояния не в пространстве, как обычные кристаллы или магниты, а во времени. Что пораждает логичный вопрос, могут ли атомы «предпочитать» разные состояния в течение разных промежутков времени?

Спустя несколько лет американские и японские исследователи показали, что это возможно, но при этом в предположение Вильчека было внесено значительное изменение: чтобы кристаллы снова и снова сменяли свои состояния, им иногда нужно давать «толчок».

В январе этого года, Норман Яо (Norman Yao), в своем интервью Элизабет Гибни для журнала «Nature», описал, как можно построить такие системы, при этом используя более «слабый» вид нарушения симметрии, чем тот, который предполагал Вильчек.

«Это как прыжки на скакалке, когда, каким-то образом, мы вращаем руки два раза, но скакалка вращается только один раз», говорит он, добавляя, что, в версии в Вильчека, скакалка двигалась бы вовсе сама по себе – «Это звучит уже менее странно, чем изначальная идея, но, все еще, чертовски странно».

Две независимых группы исследователей, одна от Университета штата Мэриленд, другая – от Гарвардского Университета, взяли на вооружение эту идею и воплотили ее в жизнь, создав две разные версии временного кристалла, которые оказались одинаково жизнеспособными.

«Обе системы очень впечатляют (в оригинале: «really cool»). Они очень сильно отличаются. Думаю, они, в высшей степени, дополняют друг друга», сказал Яо в интервью Gizmodo – «Я не думаю, что одна из них лучше другой. Они относятся в двум разным физическим условиям. Тот факт, что мы наблюдаем сходную феноменологию в двух очень разных системах, по-настоящему захватывает дух».

Как описано в препринте, вышедшем в январе 2017 года, временные кристаллы, созданные группой из Университета Мэриленд, были сконструированы в виде «паровозика» из 10 атомов иттербия, у всех этих атомов был «спутанные» спины электронов.

Крис Монро, Университет штата Мэриленд

«Ключевым условием, необходимым для обращения данной конструкции во временной кристалл, было поддержание ионов в неравновесном состоянии, для этого исследователи попеременно подвергали их воздействию лазеров. Один из лазеров создавал магнитное поле, а второй лазер – частично изменял спины атомов» – рассказала Фиона МакДональд, в одном из своих предыдущих интервью Science Alert.

Так как спины атомов были «спутанными», атомы сформировали стабильный, повторяющийся паттерн смены спина, который определяет кристалл. Параллельно с формированием повторяющегося паттерна происходило что-то на самом деле странное, но одновременно необходимое, чтобы превратить данную структуру во временной кристалл – паттерн изменения спинов в системе повторялся только наполовину так часто, как импульсы лазеров. «Это, как если бы вы потрясли желе и обнаружили бы, что его ответные колебания были бы с другим периодом, чем изначальные, не правда ли, это было бы крайне странно?» говорит Яо. Что касается, гарвардских временных кристаллов, то они были созданы на основе алмазов, загрязненных азотом, которые по этой причине выглядели полностью черными.

Гарвардский алмаз. Credit: Georg Kucsko

Спин данных примесей также периодически сменялся и возвращался к изначальному состоянию, как и спин ионов иттербия в рамках эксперимента Университета Мэриленда. Это был очень волнительный момент для физики, но теперь все действительно официально, потому что оба эксперимента прошли рецензирование, а результаты опубликованы в двух разных статьях в журнале «Nature».

Теперь, когда стало известно, что такое явление существует, необходимо придумать способы его использования. Одним из наиболее многообещающих применений временных кристаллов являются квантовые вычисления – они могут помочь физикам создать стабильные квантовые системы, работающие при значительно более высоких температурах, чем существующие на сегодняшний день, то есть, это может стать тем толчком, который сделает квантовые компьютеры повседневной реальностью.

Даже люди, далекие от науки, могут почувствовать потенциал новой технологии. Интересно, что она нам принесет?

Жеода — чудо природы

Природа создала множество удивительных творений, и одно из них — жеоды. Жеоды — это необычные, полые внутри камни, полностью или частично заполненные разросшимися кристаллами. Жеоды бывают любой формы, но чаще всего встречаются округлые или овальные.

Снаружи жеоды не представляют собой ничего примечательного: они выглядят как обычные камни. Вся их красота становится очевидной только после распиливания. Иногда жеоды называют «шкатулки с сюрпризом»: ведь действительно неизвестно, какая красота в них скрывается.

Размеры жеод варьируются от 1 см до 1 м, самые маленькие экземпляры (менее 1 см) называют миндалинами. Кристаллы, образовавшиеся в жеодах, зависят от минерального вещества, изначально попавшего в подземные пустоты. Чаще всего встречаются жеоды кварца, аметиста, горного хрусталя, агата, халцедона.

Образование затравки

Рассмотрим массив хаотически движущихся частиц (расплав, раствор и т.п.), охлажденных до температуры кристаллизации и ниже.

Читать еще:  Клубника Выращивание на высоких грядках

Из-за огромного их количества (к примеру, в 12 граммах углерода находится около 6,02 · 10 23 (!) атомов) в любой момент времени можно найти группы находящихся рядом частиц, выстроившихся в правильную для этого вещества кристаллическую решетку. Такой набор имеет меньшую энергию, чем окружающие его частицы, но обычно нестабилен, так как столкновения с более горячими частицами приводят к его деформации или разрушению. Однако, при достижении им определенного размера, называемого критическим, эффект от столкновения с такой частицей становится близок к нулю — вся ее энергия легко поглощается решеткой. В свою очередь, потерявшая скорость частица добавляется в решетку как еще один узел, ведь это состояние для нее энергетически выгодно.

Этот набирающий размеры правильный «осколок» решетки называется затравкой или затравочным кристаллом, а процесс ее образования — нуклеацией.

Зачастую затравки образуются на различных дефектах поверхностей и крупных примесях, поскольку образованные на них дефектные решетки обладают большей энергией, а значит захватятся частицы, потерявшие скорость на совсем уж незначительную величину. Также процессу нуклеации способствуют механические колебания среды (звук, удары) — они кратковременно уменьшают расстояния между частицами, позволяя им выстроиться в затравочный кристалл.

При отсутствии дефектов и возмущений кристаллизация может не начинаться очень долго даже после прохождения всем веществом точки кристаллизации и охлаждением до более низких температур. Такие переохлажденные или пересыщенные состояния нестабильны, вещество может начать лавинообразно кристаллизоваться при малейшей деформации емкости или колебаниях.

Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку. Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например, методами рентгеновского структурного анализа.

Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны ромбическая и моноклинная сера, графит и алмаз, которые являются гексагональной и кубической модификациями углерода, среди сложных веществ — кварц, тридимит и кристобалит представляют собой различные модификации диоксида кремния.

Драгоценные камни

Важно отметить, что драгоценные кристаллы в необработанной форме — не такие уж красивые. Их еще называют камнями или минералами. Драгоценными они называются, потому что очень красивы в огранке и используются в ювелирном деле. Многим знакомы драгоценные камни аметисты, бриллианты, сапфиры, рубины.

Самым твердым камнем считается алмаз. Хрупкий кристалл травянисто-зеленого цвета — изумруд. Разновидностью минерала корунда красного цвета является рубин. Месторождения этого кристалла существуют почти на всех континентах. Что считается неоспоримым его идеалом? Бирманские рубины. Месторождения рубинов в РФ находятся в Челябинской и Свердловской областях.

Какие еще есть дорогостоящие минералы? Прозрачными драгоценными кристаллами различной окраски — от бледно-голубой до темно-синей — являются сапфиры. Это хоть и редкий минерал, но ценится ниже рубина.

Дорогой разновидностью кварца является прекрасный драгоценный камень аметист. Когда-то он был вставлен первосвященником Аароном в число 12 камней его пекторали. Аметисты имеет красивый фиолетовый или лиловый отлив.

Виды кристаллов

Сравнение структур монокристаллов и поликристаллов

Кристаллы разделяют на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллами называют вещества, кристаллическая структура которых распространяется на все тело. Такие тела являются однородными и имеют непрерывную кристаллическую решетку. Обычно, такой кристалл обладает ярко выраженной огранкой. Примерами природного монокристалла являются монокристаллы каменной соли, алмаза и топаза, а также кварца.

Сульфат алюминия-калия монокристалл

Немало веществ имеют кристаллическую структуру, хотя обычно не имеют характерной для кристаллов формы. К таким веществам относятся, например, металлы. Исследования показывают, что такие вещества состоят из большого количества очень маленьких монокристаллов — кристаллических зерен или кристаллитов. Вещество, состоящее из множества таких разноориентированных монокристаллов, называется поликристаллическим. Поликристаллы зачастую не имеют огранки, а их свойства зависят от среднего размера кристаллических зерен, их взаимного расположения, а также строения межзеренных границу. К поликристаллам относятся такие вещества как металлы и сплавы, керамики и минералы, а также другие.

Как вырастить кристалл за один день

Сделать это можно только с помощью медного купороса. Правда, получиться не один большой кристалл, а крупный поликристалл, состоящий из мелких кристалликов.

  • медный купорос — 200 г;
  • стеклянная банка — 500 мл;
  • леска;
  • кастрюля;
  • дистиллированная вода.
  1. Растворяем медный купорос в воде температурой 80˚C, постоянно помешивая, пока не начнёт появляться осадок.
  2. Затем фильтруем раствор.
  3. К леске привязываем бусинку и помещаем в раствор (на бусинке будет образовываться кристалл).
  4. Накрываем банку марлей и оставляем в помещении с комнатной температурой. Через 10 часов вырастет кристалл.

Кристалл вынимаем, а раствор фильтруем. После этого раствор разогреваем на водяной бане в кастрюле до температуры кипения. Ждём, пока он немного остынет, и помещаем в него кристалл на леске.

Кристалл снова начнёт расти и через 10–12 часов достигнет крупных размеров.

Видео: выращивание кристаллов быстрым способом

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector