Вырастить кристаллы: Математики рассчитали, как вырастить кристаллы с заданными свойствами

Содержание

Математики рассчитали, как вырастить кристаллы с заданными свойствами

30 января, 2020 11:25

Источник:

Пресс-служба УрФУ

Группа исследователей лаборатории многомасштабного математического моделирования ИЕНиМ УрФУ расширила математическую модель для выращивания кристаллов. В модели можно задавать параметры (к примеру, количество зародышей, их размер или то, как они будут распределяться в системе) и таким образом выращивать кристаллы заданной формы, размера и с необходимыми свойствами.

Это крайне полезно в решении прикладных задач: в биологии, промышленности, материаловедении. К примеру, для выращивания синтетических драгоценных камней или преобразователей света для установки управляемого термоядерного синтеза; для формирования требуемых свойств высокопрочных сталей. Кроме того, модель можно использовать в биомедицинских приложениях: например, при синтезе инсулина, гемоглобина или белков.

Исследование поддержал Российский научный фонд («Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений»; 18-19-00008). Одни из последних результатов представлены в Physics Letters A.

«Формулы новые, они обобщают произвольные законы роста, произвольные частоты нуклеации, произвольное начальное распределение кристаллов в системе, — перечисляет руководитель гранта и лаборатории Дмитрий Александров. — Мы описали динамический процесс выращивания кристаллов в пересыщенных растворах. Нашли одну из главных характеристик процесса — функцию распределения частиц по размерам в зависимости от момента времени, что позволяет определить, сколько кристаллов конкретного размера существует в системе в каждый момент времени».

Рост кристаллов математики рассчитали для промежуточной стадии. Всего стадии три. Начальная — когда образуется большое количество жизнеспособных ядер небольших размеров, расположенных далеко друг от друга. Вторая — промежуточная стадия — это быстрый рост уже существующих частиц и зарождение новых; по сути, процесс роста кристалла. Заключительная стадия наступает, когда ядра достигают макроскопических размеров, и процесс зарождения новых частиц останавливается; иными словами, кристаллы практически не растут.

«В кристаллизаторах — установках по выращиванию кристаллов — как правило, процесс протекает на промежуточной стадии. Берут раствор, добавляют туда примесь, кристаллики растут, забирая на себя пересыщение. Их отводят и затем снова добавляют примесь и так далее. Примерно так же растут кристаллы в пещерах, — рассказывает Дмитрий Александров. — При выращивании кристаллов в лабораторных условиях важно, чтобы гранулы кристалла формировались определенного размера и с заданными свойствами. Рассчитать это можно с помощью нашей модели».

В планах математиков — обобщить теорию нуклеации и роста кристаллов в бинарных расплавах, когда усложняется математическая модель процесса (дополнительно учитывается массоперенос растворенного в расплаве примесного компонента). Кроме того, планируется сформулировать более сложную постановку задачи и разработать методы ее решения.

В группу исследователей входят сотрудники лаборатории многомасштабного математического моделирования и кафедры теоретической и математической физики ИЕНиМ УрФУ.

Теги

Инженерные науки

Исследовательская работа «Выращивание кристаллов поваренной соли в домашних условиях»

Главная страница » Конкурсные работы участников » Биологические науки » Исследовательская работа “Выращивание кристаллов поваренной соли в домашних условиях”

Автор (ы)

Федотова Анастасия, Телепова Анастасия, Аристова Алена

Аффилиация

ГБОУ СОШ с. Васильевка имени Героя Советского Союза Е. А. Никонова муниципального района Ставропольский Самарской области

Научный руководитель

Макарьева Лилия Гейбатовна

Аннотация

В настоящее время изучением многообразия кристаллов занимается наука КРИСТАЛЛОГРАФИЯ. Изучив литературу, мы узнали, что кристаллы можно вырастить самому! Нас очень заинтересовала эта тема, и мы решили вырастить кристалл из обычной поваренной соли. Ведь он должен получиться очень красивым! Но как это сделать, какие меры предосторожности нужно соблюдать, мы не знали. Поэтому мы решили изучить этот процесс.

Актуальность исследования состоит в том, что выращивание кристаллов – увлекательное занятие, самое простое, доступное и недорогое для большинства юных открывателей. Объясняется интересом образования различных по форме и цвету кристаллов в любое время года.

Цель работы: научиться выращивать кристаллы поваренной соли в домашних условиях

Задачи:

узнать, что такое кристаллы;
изучить процесс выращивания кристаллов;
ознакомиться с мерами безопасности при работе с поваренной солью;
вырастить кристалл из соли;
проанализировать полученные результаты.

Объект исследования – кристаллы.

Предмет исследования – процесс кристаллизации.

Гипотеза исследования: мы предполагаем, что кристаллы поваренной соли можно вырастить дома.

Методы исследования:

накопление теоретического материала, синтез, анализ, обобщение;
проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов из поваренной соли.
наблюдение;
эксперимент;
анализ полученных результатов исследования.

В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы поваренной соли в домашних условиях.

Содержание работы

Исследовательская работа “Удивительное насекомое”

Вокруг нас очень много интересно и неизведанного, наблюдая за окружающим миром возникает очень много вопросов: зачем? когда? почему? Если раньше для меня мама была живой энциклопедией, то сейчас я уже могу самостоятельно изучать понравившийся объект. Я …

Исследовательская работа “Плесень – вред или польза?”

Часто бывает, садишься завтракать, достаешь хлеб из упаковки – а он зеленого цвета! Присмотревшись, легко заметить необычные шероховатые островки белого, зеленого, серого и даже черного цвета. Сомневаться не приходиться – на хлебе поселилась плесень! М …

Исследовательская работа “Все за водой для здоровья”

Безопасная и доступная вода – важный фактор здоровья людей, независимо от того, используется ли она для питья, бытовых нужд, приготовления пищи. Каждый имеет право на достаточное, непрерывное, безопасное, физически доступное и приемлемое потребление ка …

Как вырастить кристаллы английской соли

Эта запись была опубликована 20 апреля 2020 г. автором Anne Helmenstine (обновлено 2 мая 2021 г. )

Кристаллы английской соли легко впитывают пищевой краситель. (Джейсон Д.)

Кристаллы английской соли являются одними из самых безопасных и простых в выращивании кристаллов. Природные кристаллы прозрачны, но они легко впитывают краситель из пищевых красителей. Вот что вам нужно знать, чтобы вырастить эти кристаллы самостоятельно.

Кристаллы соли Эпсома

Все, что вам нужно, это соль Эпсома, вода и немного пищевого красителя, если вы хотите цвет. Английская соль — это другое название сульфата магния (MgSO ₄), но кристаллы включают воду с образованием гептагидрата сульфата магния (MgSO ₄ · 7H ₂ O). Соль Эпсома — это недорогая, нетоксичная соль, которая легко доступна в аптеках в качестве соли для ванн и в сельскохозяйственных магазинах для обработки почвы. Он образует моноклинные кристаллы, которые могут принимать самые разные формы, но чаще всего выглядят как кристаллические осколки или иглы.

1/4 стакана английской соли (сульфат магния)
1/2 стакана воды
Пищевой краситель (по желанию)
Неглубокая миска
Губка (по желанию)

Хотя вы можете выращивать кристаллы в любом контейнере, кристаллы можно выращивать в любом контейнере. они имеют тенденцию расти как масса. Извлечение намного проще, если блюдо неглубокое или имеет широкое горлышко для легкого доступа ко дну контейнера.

Процедура

Нагрейте воду до кипения в микроволновой печи или на плите.
Размешайте соль Эпсома в горячей воде до полного растворения твердого вещества. При желании добавьте пищевой краситель.
Если имеется плавающий осадок или нерастворенное твердое вещество, пролейте жидкость через кофейный фильтр или бумажное полотенце. Используйте жидкость для выращивания кристаллов. Будьте осторожны, чтобы не обжечься (этот шаг должны делать взрослые).
Налейте жидкость на кусок губки или в неглубокую емкость.
Форма и размер кристаллов зависят от условий их выращивания. Более крупные кристаллы вырастают, если контейнер поставить на солнечное место, где температура теплая и жидкость концентрируется за счет испарения. Для роста этих кристаллов может потребоваться от нескольких часов до пары дней. Быстрые кристаллы растут при быстром охлаждении жидкости, как в холодильнике. Охлаждение жидкости дает более мелкие, изящные на вид кристаллы. Охлаждение жидкости обычно приводит к образованию кристаллов в течение от 30 минут до нескольких часов.

Советы по достижению успеха

Кристаллы английской соли обычно хрупкие. Выращивание их на губке дает им большую площадь поверхности, поэтому они могут расти быстрее и с ними легче обращаться, не ломая их.
Если вас не устраивают ваши кристаллы, вы можете вырастить их заново, не начиная с нуля. Просто нагрейте кристаллы и их жидкость, пока твердое вещество не растворится, и повторите попытку. Можно добавить еще немного воды, если все твердое вещество не растворится.
Если кристаллы не растут, это обычно означает, что раствор не насыщен. Вы можете увеличить концентрацию жидкости, дуя вентилятором сверху, чтобы ускорить испарение. Другой вариант — поместить нерастворенный кристалл из упаковки в жидкость, чтобы он действовал как затравочный кристалл. Если у вас есть увеличительное стекло, интересно сравнить форму крошечных кристаллов с более крупными, которые вы выращиваете.
Эти кристаллы легко сохранить. Как только вы вытащите их из жидкости, просто дайте им высохнуть и выставьте напоказ. Они переносят покрытие прозрачным лаком для ногтей или другим герметиком, хотя кристаллы слишком мягкие для использования в украшениях, за исключением, пожалуй, серег или подвесок.

Природные источники английской соли

Натуральная форма английской соли (MgSO ₄ ) представляет собой минерал, называемый эпсомитом. Распространенным минералом гидратированного сульфата магния является кизерит (MgSO ₄ ·H ₂ О). Минерал меридианиит представляет собой еще один гидрат сульфата магния (MgSO ₄ · 11H ₂ O). Сульфат магния также встречается в других мирах, помимо Земли. Ученые считают, что на Марсе есть залежи кизерита в каньоне Валлес Маринерис, а меридианиит был обнаружен марсоходом НАСА Opportunity на равнине Меридиани. Яркие пятна карликовой планеты Цереры, как полагают, являются отражением света от гексагидрата сульфата магния.

Каталожные номера

Бюхель, Карл Хайнц; Моретто, Ганс-Генрих; Вернер, Дитмар (2000). Промышленная неорганическая химия . Джон Уайли и сыновья (2-е изд.). ISBN 9783527613335.
De Sanctis, MC; Амманнито, Э.; Рапони, А .; и другие. (2015). «Аммонизированные филлосиликаты с вероятным происхождением из внешней Солнечной системы на (1) Церере». Природа. 528 (7581): 241–244. doi:10.1038/nature16172
Генчели Ф.Е., Лутц М., Спек А.Л., Виткамп Г.Дж., (2007). «Кристаллизация и характеристика нового гидрата сульфата магния MgSO ₄ •11H ₂ О.” Рост и дизайн кристаллов , 7, 2460–2466.
Одохян, Лючия (декабрь 1995 г.). «Исследование природы кристаллизационной воды в некоторых гидратах магния термическими методами». Журнал термического анализа и калориметрии . Том. 45, No. 6. doi:10. 1007/BF02547437

Как вырастить кристаллы голубого медного купороса

0104 22 января 2022 г. )

Кристаллы сульфата меди естественного синего цвета, и их легко выращивать.

Попробуйте этот простой рецепт кристаллов сульфата меди. Это ярко-синие кристаллы, которые легко выращивать. Вырастите массу кристаллов или один большой кристалл сульфата меди.

Кристаллические материалы из сульфата меди

Нет ничего проще! Все, что вам нужно, это химикат, горячая вода и контейнер. Выберите прозрачный контейнер, если хотите наблюдать за развитием кристаллов.

Сульфат меди (найдите на Amazon
или сделайте сами)
Горячая вода
Банка

Точное количество сульфата меди и воды зависит от температуры воды. Начните с 200 граммов медного купороса и 300 миллилитров горячей воды. Лучше всего использовать дистиллированную воду, но горячая вода из-под крана обычно хорошо работает.

Кристаллы сульфата меди вырастают из природной голубой соли. (Stephenb, Creative Commons)

Приготовьте насыщенный раствор сульфата меди

Во-первых, вам нужен насыщенный раствор сульфата меди, чтобы при испарении жидкости могли образовываться кристаллы. Все, что вам нужно сделать, чтобы сделать раствор, это размешать сульфат меди в очень горячей воде, пока он не перестанет растворяться.

Отфильтруйте нерастворившееся твердое вещество с помощью кофейного фильтра или бумажного полотенца. Используйте жидкость для выращивания кристаллов.

Вырастить кристаллы сульфата меди

Есть два способа выращивания кристаллов. Самый простой и быстрый способ — просто залить раствор в банку и подождать, пока вырастут кристаллы. Ожидайте увидеть кристаллы в течение нескольких часов. Для того, чтобы кристаллы достигли своего максимального размера, может потребоваться несколько дней. Затем слейте жидкость и ножом для масла соскребите кристаллы со дна контейнера. Положите их на бумажное полотенце, чтобы они высохли.

Если вам нужен кристалл большего размера или идеальной формы, есть два шага.

Сначала налейте небольшое количество насыщенного раствора в небольшую тарелку. Большая площадь поверхности пластины способствует быстрому испарению раствора, поэтому вы быстро (в течение пары часов) получите множество мелких кристаллов. Выберите один или несколько лучших кристаллов и осторожно соскребите их с тарелки. Можно использовать зубочистку или нож для масла. Это затравочные кристаллы. Они служат «затравками» для более крупных кристаллов.
Затем поместите эти затравочные кристаллы в банку или миску с оставшимся раствором. Убедитесь, что они не касаются друг друга, или поместите их в отдельные контейнеры. Проверяйте кристаллы каждые полдня. Если кристаллы начинают расти в другом месте емкости, вы можете переместить их в чистую емкость и вылить на них раствор. Для действительно больших кристаллов вы можете приготовить свежий раствор, чтобы ускорить рост кристаллов. Если вы добавляете новый раствор, убедитесь, что он насыщен, прежде чем добавлять его, иначе он может растворить часть вашего нароста! Хороший способ убедиться, что раствор насыщен, — убедиться, что сульфат меди больше не растворится, а затем дать раствору остыть, прежде чем добавлять его в кристалл.
Когда кристаллы вас устроят, снимите их и дайте высохнуть. Когда кристаллы влажные, их можно легко соскрести с контейнера ножом для масла или рукой в перчатке.

Советы и меры безопасности

Это кристаллическая структура сульфата меди. (Бен Миллс)

Вы можете растворить больше сульфата меди в более горячей воде.
Прочтите этикетку опасности на контейнере с сульфатом меди. Не пейте раствор и не прикасайтесь к нему. Работать в перчатках — хорошая идея. Если вы все-таки попали на руки, немедленно промойте их чистой водой.
Имейте в виду, что сульфат меди оставляет пятна на коже и тканях.
Кристаллы сульфата меди на самом деле представляют собой пентагидрат серы меди. Они содержат воду, поэтому храните кристаллы в герметичном контейнере, например, в полиэтиленовом пакете. Если вода испаряется из кристаллов, синий пентагидрат превращается в зеленовато-серую безводную форму сульфата меди. Это пример цветения.
Сульфат меди продается в качестве средства для уничтожения корней или альгицида.