Кристали та їх практичне застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки, молоді та спорту Закарпатської

облдержадміністрації

Тячівська філія МАН

Відділення: Хімія

Секція: Експериментальна хімія

Кристали та їх практичне застосування

Роботу виконав

Коваленко Олексій Васильович

учень 11-А класу

Ганичівської загальноосвітньої

школи І-ІІІ ступенів

Закарпатської обласної ради

Науковий керівник

Герич Надія Михайлівна

Вчитель хімії



Тези до роботи

До науково-дослідницької роботи учня 11-А класу Ганичівської ЗОШ І-ІІІ ступенів Коваленко Олексія Васильовича на тему: «Кристали та їх практичне застосування»

Науковий керівник: Герич Надія Михайлівна, вчитель хімії

У даній роботі я дослідив вирощування кристалів, поставивши даний дослід в себе в будинку. Дослідивши, я зробив певні висновки. Також мною було описано практичне застосування кристалів в промисловості.

У першому розділі коротко описав мету роботи.

У другому - якомога детальніше розібрав природу росту кристалів.

У третьому - описав практичну підготовку до експерименту.

У четвертому - максимально детально описав процес експерименту.

У п'ятому - теоретично дослідив застосування кристалів в промисловості та зробив висновки про значимість кристалів в сучасному світі.

Метою мого дослідження стало вивчення різноманітних кристалів, їх властивості. Я поставив дослід з вирощування штучного кристалу. Визначив, що в нашому світі кристали відіграють особливу роль. Завдяки ним працює вся електроніка і не тільки, починаючи із звичайної газової запальнички і закінчуючи надсучасними космічними супутниками.



Вступ

Кристалографія - відносно самостійна наука, що вивчає кристали, їх структуру, властивості та походження. Вона тісно пов'язана з мінералогією, фізикою та хімією твердих тіл.

З першого погляду здається, що в кристалографії немає чогось особливо цікавого чи захоплюючого, але якби не кристалографія, то в нашому житті не було б навіть звичайної запальнички! Кристали в сучасному житті займають те саме місце, що й електрика. Адже ні один телефон, монітор, мультимедійна дошка та інші сучасні гаджети не існували б без кристалів. 95% мікросхем в Ваших електронних пристроях працюють та самокалібруються за рахунок кристалів. Навіть ваш годинник на руках містить особливу та не звичайну схему роботи, та він «ніщо» без кристалу, який і задає ту саму «секунду». Та кристали бувають настільки різноманітні, що просто написати, чи розповісти за них не вийде. Я коротко опишу деякі з них, їхнє застосування. Я навчу Вас вирощувати кристали своїми руками.

Вирощування кристалів по істині захоплююче заняття і мабуть, саме просте, доступне і недороге для більшості початківців хіміків , максимально безпечне з точки зору Техніки безпеки , що важливо для тих, хто проводить експерименти будинку. Ретельна підготовка та виконання відточують навички в умінні акуратно поводитися з речовинами і правильно організовувати план своєї роботи. Радянська і сучасна література з демонстраційного експерименту часто охоплює цей розділ, але автори, як правило, не завжди вказують на деталі. Нижче я викладаю свою методику по вирощуванню кристалів , якої користуюся з 2011 року. Поставимося до даного досвіду серйозно, як до будь-якого хімічного експерименту, в якому також існує своя попередня підготовка до кожної з стадії виконання.

кристал вирощування промисловість вода



Природа процесу

Ріст кристалів я б розділив на пункти:

1. Природний

2. Штучний:

2.1 для науково-технічних цілей;

2.2 для шкільних експериментальних, практичних, позакласних робіт;

2.3 випадковий ріст кристалів.

Природний - самостійне утворення кристалів у природі. Наприклад: алмаз, гірський кришталь, рубін, малахіт, смарагд, аметист, топаз та інші.

Штучний - утворюють за допомогою спеціального обладнання та з використанням різних методів. (Найчастіше методом Чохральського чи Вернейля).

Вирощування - це кристалів фізико-хімічний процес.

Розчинність речовин у будь-яких розчинниках можна віднести до фізичних явищ з наступної позиції: відбувається руйнування кристалічної решітки, теплота при цьому поглинається з навколишнього середовища (іноді так сильно, що це можна відчути тактильно, наприклад, при розчиненні нітрату NH4NO3 або Роданіда амонію NH4SCN , Йодиду калію KI , Червоної кров'яної солі K3[Fe(CN)6] та ін.). Це розчинення називається ендотермічним. Інший фізичний процес - дифузія. Візьміть кілька кристаликів Перманганату калію і киньте в високий циліндр. Ви побачите, як навколо них з'являться рожеві завихрення. Дифузію можна спостерігати і на безбарвних речовинах: влийте тонкою цівкою у високу склянку з насиченим розчином кухонної солі дистильовану воду. Зверніть увагу, як відбувається самоперемішування розчину. Подібно цьому відбувається перемішування, коли прісна вода річок потрапляє в солоне море або океан, так народжуються течії.

Однак найчастіше ми спостерігаємо і хімічні процеси: гідроліз і сольватацію.

Гідроліз - (грец. «гідрос» - вода, «лізис» - розкладення) руйнування речовин під дією молекул води, наочний приклад - в пробірку з 10 мл води внесіть краплю концентрованого розчину солі срібла, свинцю (II), олова (II) або (IV), вісмуту (III), сурми (III) або (V) , будете спостерігати помутніння розчину:

SnCl2 + H2O Sn(OH)Clv + HCl

До речі, як видно, рівняння гідролізу ілюструє причину зміни забарвлення індикаторів у розчинах даних солей подібно в кислотах. Для багатьох речовин, утворених сильною кислотою і слабкою основою, гідроліз зворотній. Для його запобігання можна додати кислоту з відповідним солі кислотним залишком. Незважаючи на протиріччя (хіміки зрозуміють), збільшення концентрації вихідної речовини в якийсь момент придушить гідроліз, муть зникне і розчин стане насиченим і безбарвним.

У водних розчинах багато речовини утворюють так звані «аквакомплекс». Приміром, Сульфат міді (II) CuSO4 - білий порошок , а його кристаллогідрат - пентагідрат Сульфату міді (II) або Мідний купорос CuSO4 · 5H2O - блакитного кольору , а розбавлені розчини солей міді (II) - сині або блакитні (візьміть той же зелений дигідрат хлориду міді (II) CuCl2 • 2H2O і розбавте сильніше водою). Так ось це все утворення аквакомплексів, і той же купорос можна записати:

[Cu(H2O)5]SO4

Інший приклад - розчинення сірчаної кислоти у воді. Згадайте, скільки теплоти виділяється при цьому процесі :

H2SO4 + nH2O = H2SO4 • nH2O

При розчиненні таких речовин (зневоднені кристалогідрати, луги, концентровані кислоти), спостерігається виділення теплоти - екзотермічне розчинення.

Підготовка до виконання експерименту: що необхідно знати і враховувати.

Як показує практика, найбільш поширеними речовинами для вирощування кристалів є: Хлорид натрію NaCl, Мідний купорос CuSO4·5H2O, квасці (алюмокалієві KAl(SO4)2·12H2O, хромокалієві KCr(SO4)2·12H2O та ін.). Менш поширені, але також використовувані: Біхромат K2Cr2O7 и Хромат K2CrO4 калія, Сульфат заліза (II) FeSO4·7H2O, сіль Мора (NH4)2Fe(SO4)2•6H2O, Перхлорат натрію NaClO4, Червона кров'яна K3[Fe(CN)6] и жовта кров'яна K4[Fe(CN)6] солі, багато сполук важких металів, органічні сполуки (Гідрофталат калію KHC8O4H4, цукор C12H22O11, саліцилова кислота C7H6O3, тіосечовина CS(NH2)2, Сегнетова сіль KNaC4H4O6·4H2O (Натрій-калий винно-кислий або тартрат натрію-калію) і інші різні солі органічних кислот).

Межі в цьому переліку немає й експериментувати можна з будь-якими іншими сполуками і розчинниками, замінюючи воду на легколетючі спирти і ефіри. Але, оскільки, найпоширенішим розчинником є ??вода, в експериментах використовуватиметься вона, і розмова буде йти, в основному, про з'єднаннях в ній розчинних.

Як правило, при виборі матеріалу важливі наступні аспекти:

- Речовина не повинна бути токсичною. Цікаво дізнатися: які кристали, наприклад, дає Сульфід натрію Na2S або Ціанід калію KCN. Але дані речовини легко окислюються киснем з повітря і гідролізуються вологою, в результаті виділяються токсичні речовини, які можуть привести до отруєння і навіть смерті;

- Речовина має бути стабільною. Не повинна помітно чи незворотньо гідролізуватися. Повинна бути, стабільна до підвищення температури, так як багато речовини можуть руйнуватися в гарячій воді, що характерно для деяких органічних речовин; речовина не повинна вступати в хімічну реакцію з середовищем (тут мається на увазі і розчинник , і повітря ) або давати з розчинником стійку систему , несхильність до кристалізації. Спроби кристалізувати гігроскопічні речовини, такі як луги або речовини, які перебуваючи в банках, «втягують» вологу з повітря (солі алюмінію , солі заліза тощо), важко кристалізуючі в домашніх умовах цукрові сиропи - до успіху не приведуть;

- Доступність і прийнятна ціна реактивів. Ставте досліди з тими реактивами, які Вам за коштами, не завжди перші досліди вдалі, тому бажано набивати руку на недорогих реактивах. Для експерименту Вам знадобиться багато дистильованої води (вихідний мінімум 2 л), яку іноді продають в аптеках і в магазинах автотоварів;

- Речовина має бути достатньо хімічно чистою. Як правило, для вказівки чистоти на етикетці з реактивом пишуть: «очищений» (очищ.) або «технічний» (техн.) - найбрудніші , але й найдешевші. Іноді чого в них тільки не буває , на моїй практиці в таких реактивах траплялися пил, солома, послід гризунів. Далі «ч» - чистий, «чда» - чистий для аналізу, «хч» - хімічно чистий , рекомендована і часто використовувана марка, «осч » - особливо чистий, кращий по чистоті, але найдорожчий за попередні. Якщо Ви не можете знайти для дослідів дистильовану воду, то за марками «хч» і «осч» гнатися не бажано;

- Здатність речовини розчинятися в доступному розчиннику. Дізнайтеся, як розчиняється Ваша речовина у воді зі зміною температури на малих обсягах. Позначка «розчинна у воді» не вказує кількісні витрати речовини. Уявіть, наприклад, якщо розчинність Вашої речовини подібна розчинності цукру: потрібно більш 2 кг такої речовини, щоб розчинити його в 1 л води(!). Спробуйте зробити графік розчинності для вашої речовини виходячи з 50 мл розчинника. Від маси склянки з водою відніміть масу склянки з відфільтрованим розчином, після припинення розчинення речовини і вирівнювання температури. Невеликі втрати речовини при цьому будуть, але так ви отримаєте уявлення про те, скільки потрібно речовини на певний обсяг розчинника. («Розчинність деяких речовин» дивіться Таблиця 2 в додатку)

- Повинен бути відомий характер розчинення речовини. Іноді доводиться спостерігати екзо- (з виділенням теплоти) або ендотермічна (з поглинанням) реакцію розчинення, і як внаслідок цього розчинність речовини буде змінюватися до тих пір, поки температура розчину не вирівняється до кімнатної (до речі, пам'ятаєте, що кімнатна у всіх своя);

- Утворені кристали мають бути стабільні. Кристали деяких речовин, вийняті з розчину протягом кількох хвилин або годин здатні «вивітрюватися» - незворотньо руйнуватися в результаті втрати вологи і перетворюватися на порошок. Це слід пам'ятати при роботі з речовинами:

- Хромокалієві і залізоамонійні квасці,

- Тіосульфат натрію,

- Сульфат натрію,

- Солі марганцю,

- Деякі солі цинку,

- Деякі солі нікелю,

- Сегнетова сіль,

- Жовта кров'яна сіль,

Із збільшенням температури в приміщенні цього схильні алюмокалієві квасці і мідний купорос. З останніми трьома можна підстрахуватися - зберігайте кристали в дверцятах холодильника. Але для інших речовин вимагається зберігання в посудинах з притертими пробками. Навіть бюкси і чашки Петрі не захищають кристали - сумно, але факт. З перерахованих речовин досить тривалий час не руйнуються квасці і мідний купорос, але строки на їх стабільність різні, в моєму випадку відбувалося руйнування кристала через те, що його здогадалися покласти в бюкс з ватою, щоб не пошкодити при перевезенні. Мідний купорос, теж веде себе по-різному, іноді кристали зберігають деяку стабільність і лише з часом місцями покриваються білими плямами (від півроку до 2 років), потім руйнування протікає швидко.

Цей неприємний факт може відбити бажання вирощувати кристали даних речовин. На жаль, знайти якісний спосіб захисту таких кристалів я не знайшов. Покриття безбарвним лаком захищає кристал на якийсь період часу, але сильно змінює його блиск, а вид кристала робиться штучним. Потім покриття тріскається, якщо за ним не встежити в цих місцях кристал перетворюється на пил і далі по ланцюжку. Припускаю, що можна було б такі кристали запаювати в виготовлених на замовлення ємностях, але дозволити скористатися даною технологією може не кожен.

Мабуть, найсумніший момент - кристали перетворюються на порох. Вивітрювання - руйнування кристалів в результаті «втрати» вологи, яка спочатку входила в структуру речовини і забезпечувала його міцність. Для зберігання кристалів я пропоную використовувати бюкси та ексикатори.

Бюкси - скляні ємності з притертою пробкою на шліфі. Туди поміщають кристал і небагато (5-10% від обсягу) насиченого розчину. Їх недолік - потрапивши на шліф розчин може намертво «запаяти» кришку, і відкрити бюкс Ви більше не зможете. До того ж бюкси крихкі і будь-яка зміна внутрішнього тиску може викликати утворення тріщин. Як правило, це місце шліфа - муфти і керна, так як останній більш важкий і товстий.

Ексикатор - ємність створена спочатку для висушування речовин, зберігання в атмосфері якого-небудь газу, принципи ті ж, але великі розміри дозволять зберігати великі кристали.

Інший вихід - використовуйте будь-яку ємність необхідного діаметра з прозорими безбарвними стінками і притертою пробкою. Якщо пробка гумова, то для запобігання від руйнування, оберніть її в поліетилен, фторопласт або целофан.

Доповнення: кристали водорозчинних речовин дуже чутливі до сильних і різких перепадів температур, так як в їх складі завжди залишається якийсь відсоток вологи, при частих демонстраціях можуть з'явитися відколи й відбитки пальців, гострі та рівні грані обпливуть, кристалічний блиск зміниться матовістю, - пам'ятаєте це, якщо поважаєте свою працю. Вирощування кристала, як і вирощування чогось живого - довгий і вимагаючий терпіння процес. Навчитися ростити кристали - перше завдання, друге завдання - навчитися зберігати результат свого заняття.

Необхідне обладнання:

- Хімічний посуд - великі термостійкі плоскодонні стакани від 0,05 до 3 л (і більше, якщо таке можливо). Зверніть увагу на те, чи немає вад у дна і стінок(!);

- Водяна баня (в домашніх умовах це може бути стара каструля і електроплита);

- Посудина для кип'ятіння на водяній бані (круглодонні термостійкі колби від 1 літру і більше);

- Тонкі, міцні нитки (на таких менше кристалічних наростів) ;

- Фільтрувальний папір (ним може бути будь-який непроклеєний, тонкий папір, серветки) або стерильно чиста бавовняна вата;

- Додаткові дрібниці, які потрібні при виконанні, будуть вказані далі в тексті (лійки; скляні, дерев'яні або пластикові палички тощо);

Експериментальна частина

Опис методик вирощування кристалів (з розчину, де розчинник - вода) можна звести до двох підпунктів: перший - принцип, другий - приклад на основі Пентагідрату купрум сульфату (Мідного купоросу).

1. Вирощування великих монокристалів (довжина ребер від 1 см і більше) сполук, розчинних у воді.

2. Вирощування монокристала на прикладі Мідного купоросу.

Вирощування великих монокристалів сполук, розчинних у воді

Основою вирощування кристалів, як описано в будь-якій літературі, є насичений розчин солі. Однак тут є свої нюанси, про які слід поговорити.

Починаючому експериментатору рекомендую почати дослід, використовуючи як вихідний матеріал для отримання кристалів: Мідний купорос, Гідрофталат калію, Червону кров'яну сіль, Біхромат або Хромат калію, Алюмокалієві квасці (ще часто в літературі радять Хлорид натрію, але ростити з нього великі правильні кристали важче). Великі кристали з цими речовинами виходять завжди, інша справа, що може бути неправильно відтворена форма.

Автори багатьох книг з вирощування кристалів свої методики засновують:

- На приготуванні пересичених розчинів з подальшою кристалізацією у відкритому посуді (найпоширеніша методика) чи закритому. Закритий - промисловий метод, для його здійснення використовується величезний скляний посуд з термостатом, що імітує водяну баню. У посудині знаходиться розчин з готовою затравкою, і кожні 2 дні температура розчину знижується на 0,1 градус, цей спосіб дозволяє отримувати технологічно правильні і чисті монокристали. Але це вимагає високих витрат електроенергії та дороге обладнання (кілька мільйонів гривень).

- На випаровуванні насиченого розчину відкритим способом коли поступове випаровування розчинника, наприклад, з нещільно закритого судини з розчином солі, може само собою породити кристали. Закритий спосіб має на увазі витримування насиченого розчину в ексикаторі над сильним осушувачем (оксид фосфору (V) або концентрована сірчана кислота).

Я використовую перший («відкритий») варіант. Так! Це не допоможе повністю захистити розчин від пилу (навіть накриваючи фільтрувальної папером , використовуючи дистильовану воду, ідеальних стерильних умов для розчину в будинку Ви не створите), але Ви і не збираєтеся ростити кристал рік, вірно?! До того ж домішки будуть в кристалах завжди (інші іони з вихідного нечистого речовини або кип'яченої води, порошинки - сполуки тощо), ми можемо тільки злегка зменшити їх утримання. І пам'ятайте, що ідеального кристалу за всіма «правилами природи» не існує, дефекти є навіть у дуже правильних (однорідних) кристалах.

Вирощування монокристала на прикладі Мідного купоросу

У свою чергу, у методиці вирощування можна виділити ще кілька підпунктів:

- Приготування маточного розчину;

- Отримання кристала-затравки;

- Вирощування монокристала.

Приготування маточного розчину.

Найважливіше умова: для вирощування кристалів використовують тільки свіжоприготовані розчини! Так як в процесі очікування в розчинах у багатьох речовин накопичуються певного складу комплекси (наприклад, аквакомплекс), вони змінюють структуру кристала (такі кристали можуть починати швидше вивітрюватись). Якісь розчини сильно гідролізуються (їх ще можна очистити фільтруванням).

Для приготування маточного розчину потрібно чистий, добре вимитий термостійкий стакан на 1л. У нього наливають гарячу (t = 50С, при високих температурах речовина сильно гідролізується) кип'ячену воду або, ще краще, дистильовану 700-800 мл. У склянку засипають речовину невеликими порціями (1 порція = 1 столова ложка без гірки), кожен раз перемішуючи і домагаючись повного розчинення. Коли розчин «насититься » - тобто речовина залишатиметься на дні, додають ще дві порції і залишають розчин при кімнатній температурі на добу. Щоб у розчин не потрапив пил, його накривають листом фільтрувального паперу і залишають у тій частині приміщення, де зберігається постійна температура, де надалі Ви будете продовжувати дослід. Якщо проходить опалювальний сезон, то можна залишити склянку і біля батареї, але пам'ятайте, що розчинність у речовини тепер буде інша. І варто змінитися температурі, як виникне кристалізація - зайва речовина викристалізується з розчину. Пам'ятайте: щоб кристали росли якомога правильно, кристалізація повинна йти повільно, на безбарвних речовинах, чиї кристали повинні бути прозорі як скло, швидкість росту проявляється помітніше - при швидкому зростанні кристали мутніють!

Отримання кристала-затравки

Готовий очищений розчин акуратно зливають з осаду кристалів і в кількості 1л поміщають в термостійку круглодонну колбу. Туди ж поміщають 1 чайну ложку хімічно чистої речовини (це можуть бути ті ж кристали, що випали в осад). Тепер колбу нагрівають на водяній бані, домагаючись повного розчинення, як правило, в забарвлених розчинах забарвлення, через надлишок речовини, стає інтенсивніше. Отриманий розчин гріють ще 5 хв. на водяній бані при температурі не вище 60-70С , після чого його переливають в чистий, підігрітий до температури розчину термостійкий стакан. Стакан обгортають щільно сухим рушником, накривають фільтрувальним папером і залишають остигати. Зараз розчин треба берегти від протягів , від різких перепадів температур.

Різкий перепад температур, як і різке перемішування остиглого розчину, можуть викликати передчасну кристалізацію, але кристали при цьому вийдуть дрібні і безформенні, вони щільно осядуть на стінках розчину і нагрівання доведеться повторювати знову.

Через добу, прибирають рушник, намагаючись не колихати стакан, щоб не викликати незаплановану кристалізацію. Оглядають вміст - на дні і на стінках повинні утворитися невеликі плоскі сині кристалики - паралелограми.

- Якщо утворилося безліч дрібних зрощених безформних кристаликів, як після різкого охолодження, то кількість солі зменшують і повторюють описану стадію.

- Якщо кристалики не утворилися, Ваша вина - Ви не наситили розчин як слід і тому розчину слід постояти ще добу; або слід збільшити кількість речовини повторивши етап заново.

Ця стадія експерименту повинна вас навчити правильно вирощувати затравку, яка далі буде вихідною «цеглинкою» для отримання «величезної конструкції». Відберіть підходящі за структурою кристалики (з довжиною ребра від 0,3 см і більше) і зберігайте їх окремо в банку з притертою пробкою далеко від джерел високих температур і світла. З якимось одним ви будете продовжувати експеримент.

Вирощування монокристала

Монокристал вирощують з отриманої затравки. Використовуючи міцну нитку, щільно на 1-2 рази обвивають затравку, щоб вона не зісковзнула після намокання нитки, бажано за найдовшу грань, або виберіть затравку з довгою гранню. Другий кінець нитки можна примотати до хрестовини з дерев'яних або пластикових паличок, чия довжина більше діаметру стакана. Намотайте нитку так, щоб при повороті хрестовини Ви могли легко регулювати висоту підйому затравки.

Знову готують насичений розчин на основі вихідного маточного. Для цього готовий розчин ставлять на водяну баню і додають 0,5 чайної ложки речовини (іноді менше). Чим менше Ви додасте його на цьому етапі, тим краще (можна також просто нагріти насичений розчин, без додавання речовини). Гріють і перемішують. Як тільки речовина розчинилося, колбу виймають, і розчин переливають у заздалегідь приготований нагрітий стакан. Стакан з розчином ставлять на вибране місце, і дають 20-30 секунд постояти, щоб рідина трохи «заспокоїлася». Наш розчин непересичений, тому зайві градуси» можуть викликати розчинення затравки, що нам не потрібно. Якщо розчин теплий, йому дають охолонути до 30C або трохи менше. Стежити за охолодженням розчину слід дуже уважно, щоб не допустити її зниження до кімнатної (зазвичай на остигання розчину виділяю близько двох годин, залежно від температури повітря в приміщенні). Потім затравку розташовують у теплому розчині (температура на 5-7С вище кімнатної) таким чином, щоб кристалик як би висів у ньому, на висоті 1/2 або 3/5 від дна. Помістивши затравку в розчин, поспостерігайте на просвіток чи обпливають грані у Вашої затравки, чи не створюються навколо неї хвилеподібні завихрення. Якщо так - розчин ще теплий для затравки, таке буває з добре розчинними у воді речовинами, треба затравку вийняти і почекати ще. Мій звичайний температурний режим вичікування: розчин повинен бути мінімум на 5С вище кімнатної температури. Коли, нарешті, розмістили - все, залишилося тільки чекати, при цьому стакан крутити, нахиляти, перемішувати розчин не рекомендується.

Тепер слід стежити за ростом кристалу кожен день, ні в якому разі не піднімаючи, не повертаючи і не трясучи стакан з розчином, інакше цей струс породить в системі незаплановану, іноді миттєву кристалізацію.

Багато авторів радять доливати розчин в систему в міру його випаровування. Для невеликих обсягів дуже складна операція, оскільки виникла сильна дифузія також може викликати збої в зростанні кристала. У насичену систему розчини я не доливаю, я готую великий об'єм речовини відразу і вирощую кристали в склянках від 1л і вище, коли рівень рідини опускається до верхівки кристала, я вношу кристал в нову систему.

Спочатку ви побачите, як система буде «обживати» затравку, як вони будуть підлаштовуватися один під одного. У міру зростання нитка почне йти всередину кристала, вийде щось на кшталт кулона. Основа вирощування кристалів в домашніх умовах - це практика і професіоналізм дослідника!

Практичне застосування кристалів

Застосування кристалів в науці і техніці так численні й різноманітні , що їх важко перелічити. Тому ми обмежимося декількома прикладами.

Найтвердіший і найрідкісніший з природних мінералів - алмаз. Сьогодні алмаз в першу чергу камінь-працівник , а не камінь-прикраса.

Завдяки своїй винятковій твердості алмаз грає величезну роль в техніці. Алмазними пилами розпилюють камені . Алмазна пила - це великий (до 2 -х метрів в діаметрі) обертається сталевий диск , на краях якого зроблені надрізи або зарубки . Дрібний порошок алмазу , змішаний з яким-небудь клейкою речовиною , втирають в ці надрізи. Такий диск , обертаючись з великою швидкістю , швидко розпилює будь-який камінь .

Колосальне значення має алмаз при бурінні гірських порід , в гірських роботах .

У граверних інструментах , ділильних машинах , апаратах для випробування твердості , свердлах для каменю і металу вставлені алмазні вістря. Алмазним порошком шліфують і полірують тверді камені , загартовану сталь, тверді й надтверді сплави . Сам алмаз можна різати , шліфувати і гравірувати теж тільки алмазом. Найбільш відповідальні деталі двигунів в автомобільному та авіаційному виробництві обробляють алмазними різцями і свердлами. Рубін і сапфір відносяться до найкрасивіших і найдорожчим з дорогоцінних каменів. У всіх цих каменів є й інші якості, більш скромні , але корисні . Криваво-червоний рубін і Лазарево-синій сапфір - це рідні брати , це взагалі один і той же мінерал - корунд , окис алюмінію А12О3 . Різниця в кольорі виникла через дуже малих домішок в окису алюмінію: незначна добавка хрому перетворює безбарвний корунд в криваво-червоний рубін, окис титану - в сапфір . Є корунди і інших кольорів. Є у них ще зовсім скромний, непоказний брат: бурий, непрозорий, невеликий корунд - наждак, яким чистять метал, з якого роблять наждачну шкірку. Корунд з усіма його різновидами - це один із найтвердіших кристалів на Землі, найтвердіший після алмазу. Корундом можна свердлити , шліфувати , полірувати, точити камінь і метал. З корунду і наждаку роблять точильні круги і бруски, шліфувальні порошки.

Вся годинна промисловість працює на штучних рубінах . На напівпровідникових заводах найтонші схеми малюють рубіновими голками.

У текстильній та хімічної промисловості рубінові нитководії витягають нитки з штучних волокон , з капрону , з нейлону.

Нове життя рубіна - це лазер або , як його називають в науці , оптичний квантовий генератор ( ОКГ ), чудовий прилад наших днів. У 1960р. був створений перший лазер на рубіні . Виявилося , що кристал рубіна посилює світло. Лазер світить яскравіше тисячі сонць.

Потужний промінь лазера величезної потужністю. Він легко пропалює листовий метал, зварює металеві дроти , пропалює металеві труби , свердлить найтонші отвори в твердих сплавах , алмазі . Ці функції виконує твердий лазер , де використовується рубін , гранат з неодімом . В офтальмологічній хірургії застосовується найчастіше неодімові лазери і лазери на рубіні .

Кристали зіграли важливу роль в багатьох технічних новинках 20 ст. Деякі кристали генерують електричний заряд при деформації. Першим їх значним застосуванням було виготовлення генераторів радіочастоти зі стабілізацією кварцовими кристалами. Змусивши кварцову пластинку вібрувати в електричному полі радіочастотного коливального контуру, можна тим самим стабілізувати частоту прийому. Напівпровідникові прилади,які революціонізували електроніку , виготовляються з кристалічних речовин, головним чином кремнію і германію. При цьому важливу роль грають легуючі домішки, які вводяться в кристалічну решітку. Напівпровідникові діоди використовуються в комп'ютерах і системах зв'язку транзистори замінили електронні лампи в радіотехніці , а сонячні батареї, що поміщаються на зовнішній поверхні космічних літальних апаратів, перетворять сонячну енергію в електричну. Напівпровідники широко застосовуються також у перетворювачах змінного струму в постійний. Перелік видів застосування кристалів вже досить довгий і безперервно зростає. Особисто на мою думку, яка з'явилась в процесі дослідження кристалів, майбутні 50 років кристали будуть займати провідне місце в світі!



Список використаної літератури

1. Ольгін О., «Досліди без вибухів», М.; «Хімія», 1995р.;

2. Верховський В. Н., «Техніка і методика хімічного експерименту в школі», Л.; УЧПЕДГКЗ, 1 том 1937 р., 2 том 1940р.;

3. Здорик Т. Б., «Камінь, що породжує метал», М.; «Просвітництво», 1984р.;

4. Шаскольська М. П.; "Кристали", М.: Наука, 1985р.;

5. Кантор Б. З.; "Мінерал розповідає про себе", М.: Недра, 1985р.;

6. Стьопін Б. Д., Алікберова Л. Ю., "Книга з хімії для домашнього читаня", М.: Хімія, 1994р.;

7. Полосін В. С.; "Шкільний експеримент по неорганічній хімії", УЧПЕДГИЗ, 1959р.;

8. Алексинський В. Н.; "Цыкаві досліди з хімії", М.: Просвітництво, 1995р.



Додаток

Таблиця 1.«Безводні солі і кристалогідрати»

Бозводна сіль (назва)	Колір безводної солі	Кристалогідрат (назва)	Колір кристалогідрата
CuSO4 Сульфат міді (II)	Білий	CuSO4 • 5H2O пентагідрат сульфату міді (II)	Синій
CoCl2 Хлорид кобальту	Синій	CoCl2• 7H2O гептагідрат хлориду кобальту (II)	Рожевий
NiCl2 Хлорид нікелю (II)	Брудно-жовтий	NiCl2• 7H2O гептагідрат хлориду нікелю (II)	Салатовий
CuCl2 Хлорид міді (II)	Горчичний	CuCl2• 2H2O гептагідрат хлориду міді (II)	Зелений
FeSO4 Сульфат заліза (II)	Безбарвний	FeSO4• 7H2O гептагідрат cульфату заліза (II)	Світло-зелений

Таблиця 2

«Розчинність деяких речовин, які були використані при дослідженні»

Размещено на Allbest.ur

...