Grkflower.ru

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

Как выращивать монокристалл из медного купороса?

Это вещество принадлежит к классу солей, а значит его раствор легко может быть превращен в твердое вещество посредством процесса кристаллизации. Выращивание камня из него, как правило, происходит значительно быстрее, чем при использовании таких материалов, как поваренная соль или сахар. К тому же кристаллы из медного купороса получаются красивого синего цвета. При грамотном выращивании они приобретают правильную многогранную форму, поэтому наблюдать результат собственного опыта бывает очень интересно и приятно.

Еще одним доводом в пользу выбора именно этого материала может быть его доступность. Купить баночку с медным купоросом можно в любом магазине, специализирующемся на торговле принадлежностями для садоводов и дачников.

Выращивание кристаллов из медного купороса (CuSO4·5H2O)

Достать медный купорос (сульфат меди) можно в любом магазине, где продаются удобрения. С виду это мелкие кристаллы в виде порошка яркого синего цвета.

  • медный купорос — 0,2 г;
  • дистиллированная вода;
  • фильтровальная бумага;
  • стеклянная или пластиковая ёмкость.

Перед покупкой нужно внимательно осмотреть порошок, чтобы в нём не было комков и кристаллов зелёного цвета. Это признак попадания влаги, и такой купорос не подходит для выращивания.

Раствор качественного купороса будет ярко-синим.

Ёмкость для выращивания может быть из стекла или пластика. Практика показывает, что выбор всё же лучше делать в пользу пластика, так как к нему кристаллы слабее прилипают.

  1. Для начала понадобиться около 100 г купороса, которые заливают небольшими порциями горячей воды, постоянно помешивая. На дне должны появиться нерастворившиеся кристаллы сульфата меди.
  2. Далее пропускаем ещё тёплый раствор через фильтровальную бумагу и ставим его в прохладное место.
  3. Через 24 часа на дне раствора образуются кристаллики. Выбираем самые крупные из них и ещё раз фильтруем раствор. Кристаллы нельзя трогать руками, чтобы не оставить потожировые следы, которые тормозят рост. Если нужно поправить кристалл в ёмкости, используйте медицинские перчатки.
  4. Затем кладём отобранные кристаллы в чистый раствор. Здесь два варианта: положить кристаллы на дно (они будут расти в длину и ширину) или подвесить их на рыболовную леску (будут расти по всему объёму).
  5. Ёмкость накрываем листом бумаги, что ускорить рост кристалла.


Каждые 5–7 дней раствор фильтруем и удаляем мелкие кристаллики. Чистую жидкость заливаем к растущему кристаллу. В результате через месяц должны получиться кристаллы до 3–4 см в поперечнике.

Видео: как вырастить кристалл из медного купороса

Выращивание кристалла медного купороса Проект выполнил: Дахневского Никиты Ученик 2 «а» класса МБОУ «Лицей № 6 имени М.А.Булатова » Руководитель: Шаталова И.Н.

Содержание Введение Что такое кристалл Необходимые ингредиенты Выращивание затравки Выращивание поликристалла медного купороса Выращивание монокристалла медного купороса Вывод Список используемой литературы

Введение В мире очень много интересного и необычного. Вот, например, кристаллы. Они встречаются в нашей жизни везде, притягивая своей необычностью и загадочностью, вызывая интерес к наблюдению и изучению. Актуальность исследования: Изучить строение кристаллов и удовлетворить интерес: как растут кристаллы. Выращивание кристаллов интересное и увлекательное занятие для юного исследователя, максимально безопасное для того, кто проводит эксперимент дома.

Цель исследования: выращивание кристалла медного купороса. Задачи исследования: с помощью взрослых найти информацию о кристаллах; выбрать вещество, из которого можно вырастить кристаллы; проследить за ростом кристаллов. Методы исследования: эксперимент; наблюдение.

Проблема Говорят, что кристаллы растут. Почему же они могут расти? Ведь это не растение… Мне стало интересно, можно ли выращивать кристаллы и как это сделать. Гипотеза Если я возьму медный купорос, создам необходимые условия, то смогу сам вырастить кристаллы. Так была выбрана тема моего исследования: «Выращивание кристалла медного купороса в домашних условиях».

Что такое кристалл? Медный купорос в природе Слово «кристалл» в переводе с греческого первоначально означало «лёд» , но словом кристалл называют не только кристаллы замерзшей воды. Почти все камни, горные породы состоят из кристаллов. Самые красивые из кристаллов — это драгоценные камни. Кристалл — это твердое состояние вещества . Он имеет определённую форму и определённое количество граней . Частички (атомы) из которых состоит кристалл, в разных веществах выстраиваются и соединяются вместе разными способами. Из-за этого кристаллы могут иметь различные формы и размеры. В домашних условиях можно выращивать кристаллы из различных веществ: пищевой и морской соли, из селитры, питьевой соды, из сахара и медного купороса. Для своего исследования я выбрал медный купорос . Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями, болезнями растений, в промышленности — при производстве искусственных волокон, органических красителей. Его можно купить в магазине «Все для сада и огорода». В недрах земли люди порой находят камни, имеющие удивительную форму — иногда кажется, что их кто-то специально выпиливал, затем полировал, чтобы они приобрели именно такую форму. Правильность и совершенство формы этих камней, а также безукоризненная поверхность их граней часто поражают человека своей красотой. Иногда смотря на них, нам трудно поверить, что они образовались сами без участия человека. Именно такие камни с природной, не сделанной руками человека, правильной, симметричной, многогранной формой и называются кристаллами. Так что же такое кристаллы?

Затравка Подогреваем дистиллированную воду

Берем медный купорос

Пересыпаем его в емкость. Готовим перенасыщенный раствор.

Добавляем подогретую дистиллированную воду

Получаем раствор медного купороса

Процеживаем его через фильтровальную бумагу в ту емкость, где будем выращивать затравку

Добавляем несколько крупинок медного купороса. Они не должны раствориться

Накрываем крышкой, чтобы не попадала пыль и не испарялась вода

05.11.14 Через одни сутки затравка готова.

05.11.14 Выбираем самые крупные кристаллы. Из которых и будем выращивать кристалл медного купороса.

Делаем заготовку: сквозь картонную крышку привязываем нитку к деревянной палочке 05.11.14

К свободному концу ниточки привязываем самый крупный кристалл из затравки (4 мм.) 05.11.14 05.11.14

05.11.14 На водяной бане делаем перенасыщенный раствор медного купороса

Немного остужаем и помещаем в него затравку на ниточке 05.11.14 5 мм. 06.11.14 За сутки увеличился на 1 см.

06.11.14 Получаем поликристалл медного купороса

За 6 дней вырос до 4 см. 12.11.14 12.11.14

За 2 дня размер не изменился 14.11.14 14.11.14

За 11 дней увеличился на 1см. Общий рост 5 см. 23.11.14 23.11.14

За 39 дней роста вес кристалла составил 135 г. 14.12.12 14.12.12

За 1.5 месяца вырос на 1 см. и 99 граммов 27.01.15 г. 27.01.15 г.

Через 19 дней вырос еще на 44 грамма 15.02.15 г. 15.02.15 г.

А еще через 5 дней увеличился на 76 граммов 20.02.15 г. 20.02.15 г.

20.02.2015 г. Под тяжестью кристалла нитка на которой он держался оборвалась 21.02.2015 г. Привязали шнурок, но сделали слишком слабый раствор и кристалл уменьшился на 38 граммов за 1 день

22.02.2015 г. На следующий день переделали раствор. Он оказался с примесями и кристалл покрылся ржавчиной, но вырос на 153 грамма. 25.02.2015 г. Через 3 дна раствор был переделан. Кристалл очистился, но уменьшился на 11 граммов.

06.05.2015 г. Увеличился на 147 граммов за 74 дня.

12.11.14 Монокристалл медного купороса Из затравки выбираем кристалл правильной формы

За 2 дня вырос на 2 мм. 12.11.14 6 мм. 14.11.14 8 мм.

За 9 дней вырос еще на 2 мм. Общий рост 1 см. 23.11.14 23.11.14

За 21 день вырос на 1 см. Общий рост 2 см. 14.12.12 14.12.12

27 января 2015 г. вес 5 граммов ширина 2 см. толщина 1см. Это последний снимок монокристалла, так как при дальнейшем пересаживании была нарушена технология изготовления перенасыщенного раствора (раствор оказался слишком горячим и опущенный в него кристалл растворился.)

Работая над проектом, делая опыты, я пришёл к следующим выводам : • кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определённую форму, цвет и определённое количество граней; • грани кристалла гладкие и блестящие, а углы между ними прямые, если росту кристалла ничего не мешает, так как примеси в растворе влияют на цвет и форму кристалла; • в домашних условиях можно вырастить кристалл медного купороса. Вывод:

Подготовительные мероприятия

Медный купорос можно приобрести практически в любом хозяйственном магазине. Он активно применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Однако не следует забывать о том, что это вещество является токсичным. При работе с медным купоросом в домашних условиях обязательно используйте резиновые перчатки и не допускайте его попадания в пищевод и на слизистые оболочки. По окончании работ тщательно мойте руки в проточной воде.

Из медного купороса можно вырастить настоящее чудо, однако в процесе изготовления не забывайте о технике безопасности

Для того чтобы сделать кристалл, вам понадобятся:

  • вода — если есть возможность, используйте дистиллированную или в крайнем случае кипячёную. Сырая вода из-под крана категорически не подходит из-за содержания в ней хлоридов, которые вступят в реакцию с раствором и ухудшат его качество;
  • медный купорос;
  • стакан;
  • проволока;
  • нить из шерсти — проследите, чтобы она была тонкой. Можно использовать длинный волос. Кристаллы сульфата меди прозрачны, и нитка не должна просматриваться сквозь них.

Помещая затравку в ёмкость с раствором, следите, чтобы она не соприкасалась со стенками или дном сосуда. Это может нарушить процесс роста кристалла и его структуру.

Фотогалерея: варианты кристаллов, выращенных своими руками

Гигиенические требования

Прежде всего, стоит позаботиться о необходимой стерильности, в которой должен проходить опыт. В идеале волосы химика-любителя должны быть покрыты головным убором, а на руки лучше всего надеть резиновые перчатки. Медный купорос, если обращаться с ним аккуратно и разумно, не представляет никакой опасности для организма человека.

Все вышеизложенные меры предосторожности нужны в первую очередь для того, чтобы защитить раствор от попадания в него пыли и мелких частичек посторонних материалов. Это является крайне нежелательным, так как на подобных, случайно попавших в жидкость песчинках могут начать расти другие кристаллы, что замедлит развитие основного камня.

Инструкция

Процесс выращивания кристалла включает в себя несколько этапов.

  1. Имеющуюся емкость наполняем солевым раствором, содержащим в себе 100 мл воды, температура которой колеблется от 50º С до 60º С, и 40-45 г соли. Жидкость должна остыть, после чего ее необходимо профильтровать через марлю, сложенную в несколько слоев.
  2. Каркас для будущего кристалла (будь то нитка или проволока), опускается в емкость с уже налитым в нее раствором таким образом, чтобы он располагался вертикально и не касался внутренней поверхности сосуда – в данном случае получится предмет вытянутой формы. Форму кристалла можно скорректировать заранее, если в роли основы выступает проволока – ее можно изогнуть, скрутить любым образом.
  3. Раствор с зафиксированной основой следует оградить от пыли и мелкого мусора.
  4. Сосуд оставляют в укромном месте, где кристалл будет защищен от механического воздействия (встряски и т. п.), света, тепла, температурных скачков и сквозняка.
  5. Кристалл увеличивается, вытягивая соль из окружающей его среды, т.е. ее концентрация в жидкости будет постепенно уменьшаться. Для восстановления необходимого баланса время от времени (раз в 5-6 дней) раствор нужно освежать, подливая новые порции воды с солью, но полностью его заменять или вынимать кристалл из него недопустимо.
  6. Когда кристалл достигнет запланированных размеров, его следует бережно извлечь из раствора, переложить на бумажную салфетку и промокнуть тканью из мягкого материала. Поскольку полученный предмет отличается повышенной хрупкостью, нужно покрыть его поверхность бесцветным лаком для маникюра – в результате этой процедуры кристалл приобретет необходимую прочность, и уже можно будет думать о том, как распорядиться получившейся вещицей. Если отказаться от использования лака, то можно будет пронаблюдать, как кристалл разрушается.

Следующий этап

Пока раствор охлаждается, необходимо приготовить специальную «затравку». В качестве нее может выступать сам медный купорос. Формула такой «затравки» аналогична самому химическому соединению, отличия есть только в размерах кристалла, его форме. Ее фиксируют на нити. Также с ролью «затравки» прекрасно справится пуговица или бусина. Она помещается внутрь банки с приготовленным пересыщенным раствором сульфата меди. Чтобы «затравка» выполняла свое функциональное предназначение, она должна касаться дна либо стенок сосуда.

После того, как конструкция будет приготовлена, необходимо набраться терпения. Как быстро появится кристаллический медный купорос? Формула данного соединения, указанная выше, свидетельствует о том, что в составе есть катионы меди и анионы сульфата.

Опытным путем установлено, что кристаллы данной средней соли образуются быстрее, чем у поваренной соли (хлорида натрия).

Когда он станет желаемого размера, его извлекают из раствора, нить обрезают. Чтобы готовый кристалл имел оригинальный внешний вид, можно дополнительно его покрыть бесцветным лаком.

  1. Надеваем перчатки и готовимся к приготовлению перенасыщенного раствора.
  2. В банку необходимо налить 300 мл воды.
  3. Насыпаем туда столовую ложку медного купороса и размешиваем.
  4. Когда купорос растворится, добавляем еще ложку и снова размешиваем. Процедуру повторяем так до тех пор, пока на дне начнет оседать соль.
  5. Чтобы вырастить кристалл из медного купороса, эту банку помещаем в кастрюлю с водой и ставим ее на огонь до полного растворения в воде купороса.
  6. Снимаем кастрюлю с огня и даем раствору остыть.
  7. Крупную бусину или пуговицу закрепляем на нитке – получается так называемая затравка.
  8. Затравку на нитке помещаем внутри банки с раствором таким образом, чтобы она не касалась стенок или дна сосуда. Для этого нужно привязать нитку к карандашу посредине, а карандаш положить поперек горлышка банки.
  9. Далее необходимо подождать, пока образуются кристаллы. Когда кристалл достигнет нужного размера, необходимо извлечь его из раствора и обрезать нитку.
  10. Чтобы придать кристаллу привлекательный вид, покройте его лаком для ногтей.

Небольшие кристаллы можно вырастить быстрее. Медный купорос просто растворяем в горячей воде, полученный раствор охлаждаем. После этого опускаем в него нитку с приготовленной затравкой или даже пустую нитку. Через несколько часов на нитке начнут расти кристаллы медного купороса. Они обычно достигают размера одного сантиметра и образуют большие сростки, похожие на мидии.

Выращивание больших монокристаллов медного купороса

Выращивать кристаллы – не пустая забава. Кристаллизация – очень распространенный в химии процесс, редко какое производство без него обходиться. Конечно, на заводе выращивают кристаллы не ради красоты. Там задача совсем иная. Но если заодно получается красиво, разве это плохо? Например, искусственные ярко-красные рубины выращивают не только для украшений в наручных часах, они играют роль опоры для вращающихся деталей. Теперь научились выращивать и самые твердые на свете кристаллы – синтетические алмазы.

Выращивание кристаллов поистине удивительное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и дешевое, и, что немаловажно, максимально безопасно с точки зрения техники безопасности.

Современная литература по демонстрационному эксперименту, как правило, не всегда указывает на детали в методике по выращиванию кристаллов. Ниже мы излагаем методику по выращиванию кристаллов, которой мы пользовались в ходе нашей работы.

Этот график показывает растворимость некоторых солей в воде. Как показывает практика, наиболее распространёнными среди них являются: хлорид натрия NaCl, медный купорос CuSO4·5H2O, квасцы (алюмокалиевые KAl(SO4)2·12H2O, хромокалиевые KCr(SO4)2·12H2O).

Как правило, при выборе материала важны следующие факты:

— доступность и дешевизна;
— вещество должно быть стабильным (в частности, к повышению температуры) и химически чистым;
— способность вещества растворяться в доступном растворителе;
— должен быть известен характер растворения вещества (иногда приходится наблюдать экзо- или эндотермическое растворение);
— вещество не должно вступать в химическую реакцию со средой (здесь имеется ввиду и воздух) и растворителем или давать с ним устойчивую систему, несклонную к кристаллизации (попытки кристаллизовать гидроксиды щелочных металлов, сахарные сиропы к успеху не приведут);
— образующиеся кристаллы должны быть стабильны (на воздухе кристаллы хромокалиевых квасцов, тиосульфата и сульфита натрия выветриваются: теряют кристаллизационную воду, превращаясь в порошок);

Требуемое оборудование:
— химическая посуда (литровые и трехлитровые банки)
— водяная баня (я использовала кастрюлю)
— сосуд для кипячения (трехлитровая банка)
— дистиллированная вода
— леска
— фильтровальная бумага
— дополнительные мелочи, которые требуются при выполнении (воронки, ложка)

Монокристалл медного купороса – это призма, в сечении которой лежит ромб. Основой его выращивания, как пишет любая литература, является насыщенный раствор соли. Однако здесь есть свои нюансы, которые следует оговорить.

Авторы многих книг по выращиванию кристаллов свои методики основывают на следующем:
— приготовлении пересыщенных растворов (самая распространённая) с дальнейшей кристаллизацией в открытом (закрытом: термостат) сосуде;
— испарении насыщенного раствора открытым (закрытым: эксикатор) способом

Мы использовали первый “открытый” вариант.

В данной методике выращивания кристаллов можно выделить несколько подпунктов.

Приготовление маточного раствора

Самое важное: для выращивания кристаллов используют только свежеприготовленные растворы.

Для приготовления маточного раствора мы использовали дистиллированную воду, хорошо вымытую трехлитровую банку. В неё наливали дистиллированную воду, ставили на водную баню и добавляли медный купорос. Когда температура раствора достигнет 85 C и раствор “насытится”, купорос будет оставаться на дне, тогда я перестаю добавлять его. Потом я фильтрую раствор через фильтровальную бумагу в заранее подготовленную чистую литровую банку и оставляю на сутки при комнатной температуре.

На следующий день осматриваем раствор. На дне должен оставаться избыток кристаллов.

Получение кристалла затравки

Раствор аккуратно сливаем в другую банку, а из оставшихся на дне банки кристаллов выбираем подходящие по форме кристаллики.

Потом мы растворяем половину выпавших в осадок кристаллов, затем ставим банку с раствором при комнатной температуре и через 5-10 минут опускаем туда кристаллик-затравку, подвязанный на леске. Спустя сутки, вновь осматривают раствор, стараясь не колыхать стакан, чтобы не вызвать незапланированную кристаллизацию. Если образовалось множество мелких сросшихся бесформенных кристалликов, как после резкого охлаждения, тогда нужно уменьшить количество соли и повторить описанную стадию.

Затравка является исходным кирпичиком для получения монокристалла.

Выращивание монокристалла

Снова готовим насыщенный раствор на основе исходного маточного. Для этого готовый раствор ставим на водяную баню и нагреваем. Чем меньше мы добавим на этом этапе, тем лучше (можно просто нагреть насыщенный раствор, без добавления медного купороса). Греем и перемешиваем. Как только раствор нагрелся, вынимаем банку и снова фильтруем раствор в заранее приготовленную банку. Банку с раствором ставим на выбранное место, и даем 10-20 минут постоять, чтобы жидкость немного успокоилась. Наш раствор не пересыщенный, поэтому “лишние градусы” могут вызвать растворение затравки, что нам не нужно.

Далее следует сказать, что можно вырастить кристалл и без нити. Всё, что для этого требуется – стакан с плоским дном, так как для этой цели затравку аккуратно укладывают на середину дна. Здесь рост кристалла будет ограничен стенками стакана, и преимущественно он будет расти в стороны.

Далее мы следим за ростом кристалла каждый день, ни в коем случае не сотрясая раствор, иначе эта встряска породит в системе мгновенную кристаллизацию. Так многие авторы советую доливать раствор в систему по мере его испарения. Это очень сложная операция, поскольку возникшая сильная диффузия также может вызвать сбои в росте кристалла. Вначале мы увидели, как система “обживает” затравку, как они подстраиваются друг под друга. В итоге мы получили правильный монокристалл.

У кристаллов есть своя особенность, они должны быть гладкими и прозрачными. Однако, при частом прикасании к кристаллу, хранении на открытом воздухе, на свету, мы наблюдаем его помутнение: кристалл выветривается, т.е. теряет входящую в его состав воду. Поэтому хранить кристаллы следует в герметичных пакетах или баночках в холодильнике.

Предлагаем вашему вниманию еще несколько мастер-классов. Кристаллы из медного купороса можно вырастить и несколько иным образом.

Второй способ заключается в том, чтобы поместить сосуд с «приманкой» в термоизоляционный контейнер или закутать банку в одеяло или другую теплую вещь. Так можно добиться более медленного остывания перенасыщенного раствора. Этот вариант более сложный, чем описанный ранее, но в результате его применения получаются камешки очень правильной формы. Следующий способ, как вырастить кристалл из медного купороса, самый легкий.

Не нужно изготавливать «приманку». В емкость с перенасыщенным раствором помещается нитка. В этом случае лучше всего выбрать ту, которая сделана из наиболее ворсистого материала. Конец ее привязывается к граненому карандашу, который кладется сверху банки на ее стенки. Кристалл будет образовываться на самой нитке.

В зависимости от температурных условий, опыт по выращиванию может продлиться от одной недели до нескольких месяцев.

Подведем итоги

Эксперименты, связанные с выращиванием кристаллов медного купороса, поваренной соли, сахара, идеально подходят для учеников младших классов. Этот увлекательный процесс заинтересует и ребят из среднего звена. При желании можно получить огромные кристаллы, которые станут предметом гордости юного исследователя.

Как защитить выращенный кристалл от разрушения? Наиболее доступным способом считается покрытие его поверхности слоем бесцветного лака.

Помимо медного купороса (сульфата меди) также можно использовать для собственного эксперимента иные химические вещества, например, йодид калия.

Чтобы добиться желаемого результата в промышленных масштабах, необходимо соблюдать определенные условия:

  • температура;
  • давление;
  • влажность

Для домашнего эксперимента можно ограничиться только контролем влажности и температуры воздуха. Необходимо помнить о том, что медный купорос является химически активным соединением. Именно поэтому рекомендуется выбирать для ее растворения дистиллированную воду, в которой отсутствуют примеси иных неорганических солей.

Можно выращивать кристаллы не только из растворов, но и из расплавов. К примеру, подобный опыт можно провести с желтыми непрозрачными кристаллами серы, которые обладают формой ромба либо вытянутой призмы. Для домашних экспериментов это вещество лучше не выбирать, так как при испарении образуется сернистый газ, опасный для здоровья.

Если целью эксперимента является выращивание кристаллов с оригинальными гранями, в таком случае на часть граней «затравки» наносится жир либо вазелин.

Учитывая, что в настоящее время в общеобразовательных программах по биологии, химии, физике является обязательным проектная и исследовательская деятельность, опыты, касающиеся выращивания различных кристаллов, представляют особый интерес не только для самих школьников, но и для их наставников. Выращенные кристаллы школьники могут продемонстрировать одноклассникам, оформив творческий проект по проведенным им домашним опытам.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Можно ли барвинок выращивать как комнатное растение?
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector