Содержание
Нескучная химия: как вырастить дома кристаллы
Почему большинство людей на просьбу назвать самый нелюбимый предмет часто восклицают: «Химия!»? Школа даёт на первый взгляд скучную и непонятную для 13–14-летнего подростка часть этого предмета. Начинать же стоит с самого интересного — кандидат химических наук, педагог Лаборатории естествознания ЗИЛа Денис Жилин рассказывает о том, как вернуть и пробудить интерес к предмету.
Если говорить о химии, то начинать с зазубривания формул и правил точно не стоит. Желательно показать красоту химии, устроить интересные превращения, провести интересные опыты (под контролем опытного химика и с соответствующим оборудованием, разумеется). Например, с отличного опыта по выращиванию кристаллов.
Когда в химических реакциях образуются металлы, они часто представляют собой дендритные кристаллы. Своё название они получили от слова «дендрос» — «дерево», потому что ветвятся, как деревья. Чтобы кристаллы были большими и прочными, они должны расти медленно.
Поэтому процесс роста приходится искусственно замедлять: либо вводя барьеры между реагентами, либо затрудняя поступление реагентов другим способом. В лаборатории естествознания в ЗИЛе школьники исследуют способы выращивания дендритных кристаллов меди в рамках программы поддержки проектной деятельности.
Как провести опыт дома?
На дно стакана насыпают кристаллы сульфата меди где-то на полсантиметра. Заливают водой (или лучше 2–5% раствором соляной кислоты) так, чтобы между кристаллами не оставалось воздуха. Сверху присыпают твёрдым хлоридом натрия (поваренная соль) на один сантиметр.
Заливают концентрированным раствором поваренной соли (можно с примесью кислоты). В раствор кладут вату так, чтобы её слой в 1–2 сантиметра полностью перекрыл кристаллы соли, на вату кладут гранулы олова. Если нет олова, попробуйте железные скрепки, но тогда дендриты вырастут не такие прочные.
Стакан сверху закрывают так, чтобы раствор из него не испарялся, для этого можно смазать края стакана вазелином и положить на него сверху кусок стекла.
Оставляют на 3–5 дней, по прошествии этого времени на месте кристаллов сульфата меди появятся дендриты металла.
Обязательно покажите ребёнку такие кристаллы, а лучше найдите хороший кружок по химии, где их можно попробовать вырастить под руководством специалиста, ведь за скучными формулами скрываются настоящие чудеса.
Теперь кратко расскажу, как застывает переохлаждённая вода
При охлаждении воды ниже нуля градусов она может оставаться жидкой. Дело в том, что кристаллы льда (да и любого другого твёрдого вещества) всегда начинают расти из маленьких зародышей, а образование зародышей энергетически невыгодно, ибо у них очень большая удельная поверхность (то есть поверхность в расчёте на единицу массы).
Образование новой поверхности всегда невыгодно, в этом убеждался всякий, кто хоть раз пытался что-нибудь разломать. Жидкость, охлаждённая ниже температуры кристаллизации, называется переохлаждённой жидкостью. Если в неё внести затравку (кристалл твёрдого вещества или что-то твёрдое с развитой поверхностью), на ней немедленно начнётся кристаллизация.
При этом выделяется энергия, температура поднимается до температуры кристаллизации, и кристаллизация останавливается.
Поэтому чем сильнее мы переохладим жидкость, тем большее её количество закристаллизуется. В лаборатории мы со школьниками научились достаточно сильно переохлаждать воду, так, что она кристаллизуется почти полностью. Это очень увлекательное зрелище!
В комментариях я постараюсь ответить на все ваши вопросы. Пишите или приходите к нам в лабораторию естествознания.
Вы находитесь в разделе «Блоги». Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Библиографическое описание:
Будаев, А. Г. Выращивание кристаллов в домашних условиях / А. Г. Будаев, Н. В. Третьякова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2015. — № 1 (1). — С. 66-68. — URL: https://moluch.ru/young/archive/1/30/ (дата обращения: 27.11.2022).
Зимой мы часто любовались покрытыми инеем деревьями, внимательно рассматривали снежинки во время снегопадов.
И на одном из уроков окружающего мира я узнал, что и иней, и снежинки это кристаллы, которые образовываются из паров воды. Мне стало интересно, а из чего ещё могут образовываться такие красивые кристаллы?
Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми.
Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например, при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы) [4, 5].
Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος, первоначально — лёд, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.
Различают идеальный и реальный кристалл.
Идеальный кристалл является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани. Самые большие кристаллы были обнаружены в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину — 1 метр [7].
Кристаллы можно вырастить и в домашних условиях из соли, сахара, кальцинированной соды, медного купороса. Нужно помнить, что — это химические реактивы, поэтому работать с ними детям можно только под наблюдением взрослых! Выращивание кристаллов — процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей [1, 6].
Цель работы:научиться выращивать кристаллы поваренной соли и других веществ в домашних условиях.
Задачи работы:
— собрать сведения о кристаллах в литературе,
— подобрать дома доступное оборудование и сырье для выращивания кристаллов,
— познакомиться с мерами безопасности при проведении экспериментов,
— вырастить кристаллы поваренной соли, медного купороса, бихромата калия, сульфата кобальта, сульфата хрома (III).
Процесс выращивания кристаллов поваренной соли не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Кристаллы других солей выращиваются аналогично.
Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях можно разделить на основные этапы:
Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворяем соль до тех пор, пока будем уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Лучше использовать дистиллированную воду (т.
е. не содержащую примесей других солей).
Этап 2: Насыщенный раствор переливаем в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе нужно следить, чтобы раствор не особо остывал.
Этап 3: Привязываем на нитку кристаллик соли, нитку привяжем, например, к спичке и положите спичку на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор. Кристаллики опустим в насыщенные растворы.
Этап 4: Перенесем ёмкости с насыщенными растворами солей в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
Этап 5: Накроем чем-нибудь сверху ёмкости с кристаллами (например бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставим растворы на пару дней.
Важно помнить!
1. Кристаллики нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.
2. Не допускать попадание мусора в насыщенные раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду.
3. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.
Выводы:
— кристаллы различных веществ имеют разную форму;
— на форму кристаллов влияет температура.
Литература:
1. Ольгин О., «Опыты без взрывов», М.; «Химия», 1995 г., 192 с.
2. Здорик Т. Б., «Камень, рождающий металл», М.; «Просвещение», 1984 г., 184 с.
3. Шаскольская М. П.; «Кристаллы», М.: Наука, 1985 г., 208 с.
4. Кантор Б. З.; «Минерал рассказывает о себе», М.: Недра, 1985 г., 138 с.
5. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю., «Книга по химии для домашнего чтения», М.: Химия, 1994 г., 400 с.
6. http://www.kristallikov.net
Основные термины (генерируются автоматически): выращивание кристаллов, кристалл, насыщенный раствор, поваренная соль, медный купорос, III, дистиллированная вода, раствор, соль, этап.
Растущие кристаллы для детей: Создайте свои собственные драгоценности!
Выращивание кристаллов для детей: создайте свои собственные драгоценности!
Бен любит сокровища.
Он любит свои «золотые» монеты, настоящие монеты и даже драгоценности. По сути, все, что пират из его фэнтезийных книг может получить в качестве добычи.
Я подумал, что было бы забавно добавить несколько драгоценностей в его коллекцию сокровищ. Однако мы не собирались пытаться захватить какие-либо корабли, мы можем сделать свои собственные. И мы могли бы немного изучить науку, пока мы это делали.
Мы сделали кристаллы. Это намного проще, чем может показаться. Мы даже сделали их несколькими способами, чтобы вы могли понять, какой метод лучше всего подходит для вас.
Вот как сделать кристаллы дома, и немного о науке, стоящей за ними.
Что в этом посте?
- Выращивание кристаллов для детей
- Безопасность
- Как сделать кристаллы
- Вам понадобится:
- Для изготовления:
- Выберите свой план кристаллов
- Сделайте свой супернасыщенный раствор0020
- Сколько вы добавляете?
- Borax:
- Sugar:
- Salt:
- Then Add More
- Get Your Crystals Ready to Grow
- Borax Crystals
- Sugar Crystals
- Salt Crystals
- Clean Up
- Crystal Наука
- Пересыщенные растворы
- Кристаллическая структура
- Наблюдения
- Мои советы по получению кристаллов
- Заметка о буре
- Кристальное веселье!
- Вот еще несколько увлекательных обучающих заданий!
- Похожие
Выращивание кристаллов для детей
В этом посте мы собирались рассмотреть простые способы выращивания собственных кристаллов.
Все они следуют одной и той же базовой предпосылке, и вы можете адаптировать их к своим потребностям. Плюс ингредиенты — это то, что у вас есть под рукой.
После изготовления кристаллов, конечно же, мы собираемся углубиться в науку, стоящую за прекрасными драгоценностями, которые вы только что сделали!
Три типа кристаллов, которые мы собираемся изготовить:
- Кристаллы буры
- Кристаллы соли
- Кристаллы сахара
Безопасность
Мне нужно бросить предупреждение о безопасности. Все три метода предполагают кипячение воды. Извините, так это работает.
Я не делал кристаллы с Али и Сэмми, так как им всего два года. Но я сделал это с Беном, когда ему было три года. И четыре. И пять. (Что сказать, не стареет!)
Бен смог помочь мне и по-прежнему быть осторожным рядом с кипящей водой. Знайте своего ребенка и свои пределы безопасности. Безопасность всегда должна быть на первом месте.
Мы использовали задние конфорки на нашей плите, чтобы держать Бена подальше от пламени, использовали длинную деревянную ложку, чтобы помешивать, а Бен надевал прихватки во время перемешивания.
Возможно, это было чересчур, но он думал, что это было весело.
Безопасность превыше всего. Всегда.
Этот пост содержит партнерские ссылки. Пожалуйста, смотрите мое раскрытие для получения дополнительной информации.
Как сделать кристаллы
Основная предпосылка для изготовления всех трех кристаллов одинакова. Сделайте перенасыщенный раствор и дайте ему остыть. При этом образуются кристаллы. Это действительно так.
(Не волнуйтесь, ближе к концу я расскажу еще немного о науке.)
Итак, сначала мы пройдемся по основной процедуре, а затем посмотрим, чем отличаются эти типы кристаллов.
Вам потребуется:
- Бура, сахар или соль
- Water
- Пищевая раскраска (необязательно)
- Уборщики труб
- Деревянная ложка или линейка
- Строка
- Высокий стекло или масонский банок
. два варианта здесь, вы можете создавать кристаллы просто в горшке.
(Мы используем молоток, чтобы выбить их.) Это дает много кристаллов произвольной формы, которые идеально подходят для будущих поделок или просто для использования в качестве сокровищ.
Другой вариант — использовать ершики для труб, чтобы создать кристаллические формы. (Примечание: вы все равно можете получить кристаллы по всему контейнеру.) Из них получаются отличные украшения или просто забавные безделушки.
Если вы выберете метод очистки труб, сделайте свою форму. Простые формы работают лучше всего. (Подумайте о сердце, тугой спирали или круге.)
Привяжите свою фигуру к деревянной ложке или линейке, которая может охватывать всю длину кастрюли или каменной банки, которую вы используете.
Наконец, выберите вещество, которое вы хотите использовать для изготовления кристаллов: бура, сахар или соль.
Приготовьте перенасыщенный раствор
Вскипятите пару чашек воды. Добавьте ваше кристаллическое вещество (буру, соль или сахар), пока оно не растворится.
Затем добавьте еще. Затем добавьте еще. Серьезно, вы собираетесь добавить много.
Вы пытаетесь сделать перенасыщенный раствор. Это означает, что вода максимально растворена в кристаллическом веществе. Вы поймете, что находитесь там, когда помешаете и немного останется на дне кастрюли.
Итак, добавьте, перемешайте и убедитесь, что он растворяется. Затем добавьте и перемешайте еще немного. Чем больше вы сможете растворить в воде, тем лучше. Этот шаг требует некоторого терпения.
Сколько вы добавляете?
Я делаю это на глаз, но если вы делаете кристаллы впервые или вам просто нужны более подробные инструкции, попробуйте следующие соотношения: вода.
Сахар:
Начните с 2 чашек сахара на 1 чашку воды.
Соль:
Начните с 1/2 стакана соли на 1/2 стакана воды.
Затем добавьте еще
Если вы добавили кристаллическое вещество, и оно сразу же растворилось, добавьте еще.
Я буду продолжать повторять это, но чем больше вы сможете растворить в воде, тем лучше будут ваши кристаллы.
Цель состоит в том, чтобы на дне кастрюли оставалось небольшое количество вещества, которое просто не растворялось. Тогда вы знаете, что готовы.
Подготовьте свои кристаллы к росту
Когда у вас есть перенасыщенный раствор, вы готовы к росту ваших кристаллов. Вы можете оставить кастрюлю как есть (просто выключите огонь), и пусть ваши кристаллы растут там. Этот способ лучше всего работает с кристаллами буры.
Для кристаллов соли и сахара я рекомендую использовать высокий стеклянный или стеклянный кувшин для выращивания кристаллов. Вам нужно будет осторожно налить раствор в стакан, оставив над ним примерно дюйм свободного пространства.
Сейчас самое время добавить форму для чистки трубок, чтобы вырастить на ней кристаллы. Возьмите ложку или линейку, к которой вы их привязали, и положите ее на кастрюлю или стакан с раствором для чистки трубок.
Старайтесь, чтобы он не касался дна контейнера.
Если вы хотите, чтобы у ваших кристаллов был цвет, добавьте немного пищевого красителя. Вы можете разделить свой раствор на пару стаканов и получить кристаллы разного цвета!
Теперь подождите.
Кристаллы буры
Кристаллы буры растут очень быстро, что делает их прекрасными для детей с ограниченным вниманием. Они сформируются к утру! Просто оставьте горшок на ночь.
Кристаллы будут расти по всему горшку, но они также будут расти на форме очистителя для труб, если вы поместите ее в раствор. Если кристаллы прикрепили фигуру к горшку (как это случилось со мной), осторожно капните теплую воду на основание формы. Вы можете использовать ложку, чтобы пошевелить кристаллы.
Для кристаллов в горшке переверните горшок вверх дном над бумажными полотенцами и ударьте молотком по дну горшка, и большинство из них должно выпасть.
Кристаллы сахара
Кристаллы сахара лучше всего переносят в стакан или банку.
Это связано с тем, что на их формирование уходит около недели, и никто не хочет, чтобы банк неделю не работал. Я рекомендую использовать палочку от эскимо для их создания.
Эти кристаллы будут расти вдоль палочки от мороженого, создавая восхитительное хрустальное лакомство. Правильно, вы сделали рок леденец!
Я предпочитаю делать этот тип кристаллов на маленьких палочках от эскимо, чтобы мои дети не ели, и на волокнах от ершиков для труб, но все равно интересно посмотреть, какие формы можно сделать. Только будьте осторожны, если вы их едите.
Один из способов ускорить рост кристаллов сахара — окунуть палочку от эскимо в небольшое количество воды, а затем аккуратно в рассыпной сахар. Кристаллы сахара на палочке действуют как затравочные кристаллы и способствуют более быстрому росту из вашего перенасыщенного раствора.
Примечание по технике безопасности: Если вы делаете этот тип кристаллов для еды, я рекомендую вам внимательно следить за любым другим типом, который вы делаете, и за вашими малышами.
Все три типа кристаллов могут выглядеть очень похоже, и вы же не хотите, чтобы ваш ребенок съел не тот кристалл.
Кристаллы соли
Эти кристаллы также лучше всего растут в стакане или банке, поскольку для их роста также требуется несколько дней. (Примечание: йодированная соль тоже не работает. Вы получите немного кристаллов, но не так много.) Налейте раствор в стакан и добавьте форму для чистки трубок.
Есть некоторые вещи, которые вы можете сделать, чтобы повлиять на размер этих кристаллов. Если вы сможете оставить стакан или банку относительно нетронутой на несколько дней, у вас больше шансов создать большой кристалл. Вы хотите, чтобы ваша банка была прохладной и затененной, и чтобы к ней прикасались как можно меньше.
Если ваша банка находится в месте, где есть потоки воздуха (например, вентилятор или открытое окно), вы получите больше кристаллов меньшего размера. Интересно сделать из них две баночки, поставить их в разные места и посмотреть, что получится!
Какое интересное занятие ты собираешься попробовать в следующий раз?
Очистка
Очистка для этого довольно проста, но может занять некоторое время.
Вы можете выбросить любые незакрепленные кристаллы, которые вам не нужны. Затем сосредоточьтесь на кристаллах, оставшихся в контейнере.
Простой способ избавиться от кристаллов — просто добавить воды в стакан или банку, подождать несколько часов и вылить воду, затем добавить еще воды и повторить. Вы просто растворяете кристаллы. Кристаллы соли и сахара растворяются довольно быстро.
Если у вас остались кристаллы буры в горшке, их извлечение может занять немного больше времени. Постарайтесь извлечь из банка как можно больше, используя метод молотка. Затем добавьте воду в кастрюлю, покрывая все оставшиеся кристаллы.
Вскипятить воду. После того, как он немного закипит, вылейте его, добавьте еще воды и повторите. Вы медленно и осторожно растворяете свои кристаллы.
Я рекомендую вам несколько раз вскипятить воду в кастрюле после того, как все кристаллы растворятся, прежде чем снова использовать ее для приготовления пищи. В целом, это небольшие усилия с точки зрения очистки.
Это займет немного времени.
Crystal Science
Так что же здесь происходит?
Перенасыщенные растворы
Я упомянул, что на самом деле мы просто делаем перенасыщенный раствор и даем ему остыть. Перенасыщение означает, что вы растворили твердое вещество в растворе выше точки насыщения. Точка насыщения – это точка, в которой вещество больше не может растворяться.
Нагревание воды повышает точку насыщения и позволяет ей растворить больше кристаллического вещества, чем обычно, а затем при охлаждении это вещество выпадает обратно из раствора. Вода больше не может удерживать его в виде растворенных ионов. В таком виде вещество перекристаллизуется, только на этот раз оно может превратиться в более крупные кристаллы.
Кристаллическая структура
Что делает что-то кристаллом? Кристалл возникает, когда атомы собираются вместе в регулярно повторяющемся образце. Это означает, что кристаллы — это больше, чем просто бриллианты.
Снежинки на самом деле являются кристаллами. Они повторяют узоры молекул воды. Так что что-то не должно быть твердым и/или постоянным, чтобы быть кристаллом.
Они формируются в природе, и, по сути, это и есть традиционные драгоценности. Кристаллы. Время и медленное испарение жидкости заставляют молекулы слипаться в повторяющиеся узоры, и это то, что мы знаем как кристалл. Различные присутствующие молекулы влияют на цвет, форму и скорость роста кристаллов.
Узнайте больше интересных фактов о кристаллах: Crystal Facts for Kids
Наблюдения
Изготовление кристаллов — отличный способ познакомиться с научным методом вместе с ребенком. Вы можете выдвинуть свою гипотезу, поставить эксперимент, проверить и наблюдать. (Узнайте, как научный метод учит большему, чем просто факты: Жизненные уроки научного метода)
Какой бы тип кристалла вы ни делали, найдите время, чтобы ваш ребенок понаблюдал за ним. Они жесткие или мягкие? Бока гладкие или неровные? Что произойдет, если вы нажмете на них?
Сравните ваши кристаллы с другими веществами.
Чем они похожи? Другой? (Если у вас есть украшения с драгоценными камнями, вы можете вытащить и их, чтобы сравнить!
Еще одно интересное занятие – сравнить созданные вами кристаллы с исходным веществом для выращивания кристаллов. Так что возьмите большой кристалл сахара и сравните его.
Мои советы по изготовлению кристаллов
Я предпочитаю делать кристаллы буры. Их быстрее всего делать, и даже взрослому мне это нравится. Плюс я постоянно получаю хорошие и большие кристаллы с помощью этого метода.
Мне также нравится делать кристаллы буры, потому что из буры получается лучшая слизь, поэтому ее стоит иметь под рукой. (См. ниже мои заметки о безопасности боракса.)
Кристаллы сахара – это забавно делать часть науки, которую можно есть. Это отличный способ добавить немного обучения к вечеринке!
Все три типа кристаллов растворяются при намокании, так что имейте в виду.
Заметка о буре
Заметка о буре.
Боракс имеет плохую репутацию из-за того, что его нельзя использовать детям. Вот в чем дело. На самом деле его естественным образом добывают из-под земли, поэтому любые аргументы в пользу того, что натуральные вещи безопасны, спорны.
Количество буры, которое ваш ребенок использует для такого проекта, недостаточно, чтобы причинить вред. Используйте безопасность здравого смысла. Не позволяйте ребенку нюхать буру. Не позволяйте ребенку есть буру. Мойте руки после обращения с ним.
Вот и все. Не верите мне? Посмотрите это видео от Стива Спенглера (ученого, который зарабатывает на жизнь обучением детей науке): Правда о буре.
Если вы используете раствор для контактных линз для приготовления слизи, и ваши дети действительно любят делать слизь? Просто купите Боракс тоже. Борная кислота и борат натрия входят в состав раствора для контактных линз, и это то, что связывает полимеры, образуя слизь. Вы все равно его используете.
Кристальное веселье!
Я люблю кристаллы, потому что они действительно приглашают детей оценить красоту природы.
Удивительно, как можно создавать такие красивые камни! Они также демонстрируют некоторую естественную геометрию, которая может появиться в дикой природе.
Это задание также побуждает детей думать о состояниях материи, особенно о твердом и водном, и о том, как они соотносятся друг с другом. Дети естественным образом тянутся к камням. Вы можете воспользоваться этим интересом, чтобы начать обсуждение молекулярной структуры. (Или мы все можем просто согласиться, что камни выглядят круто. 😉 )
Если вы сделаете кристаллы произвольной формы, их можно использовать для обучающих игр, таких как счет и сортировка. Я обнаружил, что мои дети больше увлекаются обучающими играми, когда сами изготавливают кристаллы. Это дает им чувство причастности к деятельности, которая поощряет участие в ней.
Вот еще несколько увлекательных обучающих заданий!
Занятия по кодированию Lego
Чистка монет кетчупом?!
Наука о слизи и лучшие домашние рецепты
Насколько полезен был этот пост?
Нажмите на звездочку, чтобы оценить!
Давайте улучшим этот пост!
Расскажите, как мы можем улучшить этот пост?
Наука о растворимости: как вырастить лучшие кристаллы
Share on Facebook
Share on Twitter
Share on Reddit
Share on LinkedIn
Share via Email
Print
Ключевые концепции
Химия
Растворимость
Насыщенность
Кристаллы
Очистка
Введение
Вы когда-нибудь задумывались, как делают кристаллы? Кристаллы бывают самых разных форм и размеров.
Однако самые чистые и чистейшие кристаллы обычно вырастают до самых больших размеров. В этом упражнении вы сравните размер и форму кристаллов, выращенных при разных температурах. С помощью воды и буры, домашнего чистящего средства, вы можете открыть для себя метод выращивания больших чистых кристаллов!
Фон
Вокруг вас и внутри вас постоянно происходят химические реакции. Например, химическая реакция может превратить металл в красновато-коричневую ржавчину (железо в металле вступает в реакцию с кислородом воздуха или воды, и конечным продуктом является то, что мы называем ржавчиной). Химики проводят химические реакции, чтобы превратить одно химическое соединение в другое. Иногда, когда образуется несколько продуктов, химик может захотеть отделить одно соединение от других. Один из способов сделать это — использовать процесс, называемый перекристаллизацией, когда раствор соединений можно растворить в горячей воде, а затем охладить. При охлаждении одно вещество кристаллизуется (превращается в кристаллы) и может быть удалено из остальной жидкости, содержащей другое соединение.
Почему при охлаждении смеси появляются кристаллы? Это связано с растворимостью или наибольшим количеством чего-то, что может быть растворено в чем-то другом, например, при растворении порошкообразного чистящего средства буры в воде. Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с температурой. Другими словами, в горячей воде может быть растворено больше буры, чем в холодной. Таким образом, если горячую насыщенную смесь охладить, буры будет больше, чем может содержать более холодная вода, и поэтому бура может выпасть из смеси, образуя кристаллы.
Материалы
• Большая чаша
• Кубики льда
• Вода
• Строка
• Ножницы
• Два карандаша
• Две одинаковые банки или большие стаканы для питья
• Кастрюля
• Borax, также называемый бытовым чистящим средством 20-Mule Team. Его можно найти в отделах уборки многих продуктовых магазинов. (Будьте осторожны при обращении с чистящими средствами — они могут повредить кожу и глаза, и их нельзя вдыхать.
)
• Мерная столовая ложка
• Пластиковая упаковка
Подготовка
• Заполните большую чашу наполовину кубиками льда, а затем добавьте воды, пока чаша не будет заполнена примерно на три четверти.
• Отрежьте два куска веревки (длина их должна быть не меньше высоты банок или больших стаканов). Обвяжите конец одной нити вокруг каждого из двух карандашей. Отрегулируйте длину нити так, чтобы, когда карандаш кладется на верхнюю часть одной из банок или больших стаканов, конец нити свисал чуть выше дна банки. Сделайте строки одинаковой длины.
• Бура вредна при проглатывании, вдыхании или попадании в глаза, а в редких случаях прикосновение к ней может вызвать сыпь. При обращении с ним рекомендуется соблюдать осторожность и наблюдение взрослых.
Процедура
• Наполните кастрюлю достаточным количеством воды, чтобы почти полностью заполнить обе банки. Затем доведите эту воду до кипения на плите. Как только вода закипит, выключите горелку, чтобы вода перестала кипеть.
(Поскольку бура вредна при вдыхании или попадании в глаза, рекомендуется не растворять ее в кипящей воде.)
• Добавьте в воду одну столовую ложку буры и перемешайте, пока она не растворится. Продолжайте добавлять по одной столовой ложке, пока не перестанет растворяться. Вам, вероятно, понадобится около трех столовых ложек буры на каждую чашку воды. Как выглядит насыщенный раствор?
• Аккуратно налейте равные количества насыщенного раствора буры в две банки. Каждая банка должна быть заполнена примерно на три четверти.
• Положите карандаш на верхнюю часть каждой банки так, чтобы нить свисала в насыщенный раствор.
• Накройте банки полиэтиленовой пленкой.
• Оставьте одну банку нетронутой на рабочей поверхности или столе при комнатной температуре. Поместите вторую банку в миску со льдом, которую вы приготовили. При необходимости отрегулируйте уровень воды в миске так, чтобы вода доходила как минимум до трех четвертей высоты банки, но не была настолько высока, чтобы попадала в банку.
• Не трогайте банки в течение как минимум пяти часов. Регулярно проверяйте миску со льдом и добавляйте лед, если он растаял.
• Проверяйте банки примерно раз в час, чтобы увидеть, как формируются кристаллы. Может быть трудно наблюдать за банкой в миске — попробуйте посмотреть на веревку через пластиковую крышку. Вы видите кристаллы, формирующиеся на стенке одного из кувшинов? Образуются ли кристаллы в одной банке раньше другой?
• Не менее чем через пять часов осторожно выньте карандаши и осмотрите кристаллы на струнах. Как соотносятся размер, форма и количество кристаллов на каждой струне? Как вы думаете, почему это так?
• Extra: В этом упражнении вы исследовали образование кристаллов буры при двух разных температурах, но вы можете попробовать и другие температуры; один из способов — поставить одну из баночек в холодильник. Как охлаждение смеси буры при другой температуре влияет на образование кристаллов?
• Extra: Попробуйте сделать кристаллы из других материалов, таких как сахар или соль.
Насколько хорошо образуются кристаллы при использовании других смесей с водой?
• Дополнительно: Вы выполняли это задание не менее пяти часов. Как меняются ваши результаты, если вы выращиваете кристаллы в течение более длительного периода времени? Не забывайте добавлять кубики льда в водяную баню, чтобы она оставалась прохладной на протяжении всего занятия.
Наблюдения и результаты
Образовались ли в банке и на веревке в миске с ледяной водой меньшие, более обильные кристаллы, тогда как в банке при комнатной температуре образовались более крупные, меньшие кристаллы лучшей формы?
По мере того как горячая, насыщенная смесь буры и воды охлаждалась, буры было больше, чем могло содержаться в более холодной воде, и поэтому эта бура выпадала из смеси и образовывала кристаллы. Кристалл состоит из молекул продукта, которые собрались вместе в определенном повторяющемся образце. Когда молекулы кристалла собираются вместе, другие продукты, которые часто считаются примесями или нежелательными продуктами химической реакции, плохо вписываются в структуру, подобно тому, как не вписывается неправильный фрагмент пазла.