Способы выращивания кристаллов из водных растворов

Если взглянуть на кристаллы и изделия из граненых самоцветов, то возникает вопрос, как могла возникнуть эта красота, как образуется эти удивительные произведения природы?

Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Размеры природных кристаллов достигают подчас человеческого роста и более. Встречаются кристаллы-лепестки тоньше бумаги и кристаллы-пласты в несколько метров толщиной. Бывают кристаллы маленькие, узкие и острые, как иголки, и бывают громадные, как колонны.

Чешский писатель Карел, восхищаясь природными формами кристаллов в коллекциях Британского музея, в своих «Записках из Англии» пишет: «Но я должен еще сказать о кристаллах, формах, красках. Есть кристаллы огромные, как колоннада храма, нежные, как плесень, острые, как шипы; чистые, лазурные, зеленые, как ничто другое в мире, огненные, черные; математически точные, совершенные, похожие на конструкции сумасбродных, капризных ученых, или напоминающие печень, сердце И в человеке таится сила кристаллизации Как таинственные математические молнии, пронзают материю бесчисленные законы построения. Чтобы быть равным природе, надо быть точным математически и геометрически. Число и фантазия, закон и изобилие – вот живые, творческие силы природы; не сидеть под зеленым деревом, а создавать кристаллы и идеи, вот что значит быть воедино с природой!»

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то выпиливал, шлифовал, полировал. Это – многогранники с плоскими гранями, с прямыми ребрами. Правильные и совершенные формы этих камней, безукоризненная гладкость их граней поражают нас. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека.

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром говорят: «прозрачный, как кристалл», «кристально чистый»

А можно ли самим вырастить монокристалл: достаточно большой по размеру, чистый и прозрачный. С 8-ого класса я вырастил кристаллы из поваренной соли, бихромата калия и алюминиевых квасцов. Я решил исследовать способы выращивания кристалла из раствора, узнать почему кристаллы вырастают многогранными? Цель моей работы – вырастить монокристалл и доказать анизотропию роста кристалла. Дополнительно к основной цели я решил с помощью исследования доказать зависимость роста кристалла от температуры раствора.

Что такое кристаллы.

Кристалл (от греческого слова – krystallos, обозначающего лед) – твердые тела, обладающие периодической структурой и имеющие правильную геометрическую форму.

Кристаллы построены правильно, строго закономерно. И в них тоже атомы, ионы, молекулы не находятся в покое, но частицы не сталкиваются с друг другом, потому что все они расположены правильно строем и каждая может только колебаться около определенного.

Эти правильные ряды частиц в пространстве, трехмерные решетки из атомов, образуют кристаллическую структуру.

Порядок, закономерность, периодичность, симметрия расположения атомов – вот что характерно для твердого тела. Во всех кристаллах, во всех твердых веществах атомы расположены правильно, четким строем, выстроены симметрично, правильным, повторяющимся узором. Пока есть этот порядок – существует твердое тело, кристалл.

Правильная многогранная форма прежде всего бросается в глаза наблюдателям, но не она составляет главную особенность кристаллического тела. Кристалл можно разбить на мелкие кусочки, так что не останется и следа от прежней красоты, и все таки каждый кусочек будет по-прежнему кристаллом. Самое главное в кристалле не наружная его форма, а своеобразие его внутренних свойств. Но прежде обратим внимание на правильность формы кристалла – на симметрию. По выражению знаменитого кристаллографа Е. С. Федорова, «кристаллы блещут симметрией».

Явление симметрии нам знакомо из многих примеров окружающей жизни. Симметрична бабочка. Форма и окраска правого крыла повторяют очертания и рисунок левого. Когда бабочка сложит крылья, эти рисунки совмещаются. Симметричны и снежинки.

Ось симметрии имеет то свойство, что при повороте вокруг нее на некоторый определенный угол соответствующие части фигуры совмещаются друг с другом. Смотря по тому, на какой угол приходится повернуть при этом тело, различают кристаллы 2,3,4,6 – го порядка. Например, у снежинок имеется одна ось 6 –го порядка. Центром симметрии называется точка внутри тела, на равном расстоянии от которой диаметрально противоположных направлениях расположены одинаковые элементы тела.

Кристаллическое состояние вещества обладает рядом отличительных физических свойств. Довольно часто кристаллы даже значительных размеров, возникшие в естественных условиях или искусно выращенные, имеют очень красивую и правильную форму, образуя фигуру с четкой огранкой и удивительной симметрии. Правда, внешнее проявление подобной симметрии не всегда заметно, и не оно является главным. Главным является наличие симметрии внутренней структуры кристалла, следствием которой может оказаться и красивая симметрическая форма и правильная внешняя огранка большого кристаллического образца. Основное свойство кристаллического состояния, отличающее его от других агрегатных состояний вещества, заключено в особенностях атомного строения.

От внешней формы кристаллов обратимся теперь к их внутренней структуре. Внутреннее строение кристаллов представляет собой соединение мельчайших частиц вещества – молекул и атомов – в определенном правильном порядке. Как же узнать о внутреннем расположении частиц, ведь они не видны не только не вооруженным глазом, но даже и в лучшие микроскопы? На помощь пришли рентгеновские лучи. Просвечивая ими кристаллы, было составлено точное представление об их внутреннем строении.

Кристаллическое состояние есть наиболее упорядоченное состояние вещества. Совокупность этих частиц образует некоторую периодическую пространственную структуру. Структура, созданная атомами в кристалле, называется пространственной (или кристаллической) решеткой. Такое название подразумевает обобщение понятия симметрии, свойственной уже известным кристаллическим решеткам.

Решетка – это лишь условное представление соединения ионов и атомов в кристалле. Шарики в узлах решетки условно обозначают атомы, а линии, соединяющие их, так же условно изображают силы связи. В действительности расстояние между атомами кристалла значительно меньше; кристалл представляет собой плотную упаковку составляющих его частиц . Изображение атомов шарами условно. Шар выбран только потому, что он очень хорошо отражает свойства плотной упаковки. В действительности же происходит не просто соприкосновение, а частичное взаимное перекрывание областей отдельных атомов. В книге А. И. Китайгородского приведено удачное пояснение вышесказанного: «Напомним, что представление об атомах как о шарах, правильно отражая одно важное свойство – свойство плотно укладываться в плотные кристаллические упаковки, вовсе не исчерпывает сложнейшей природы атомов и не означает, что атомы – просто твердые шарики. Уподобление атома шарику означает по существу следующее: вокруг атома, как центра, мы мысленно проводим сферу такого радиуса, что основная часть электронов данного атома попадает внутрь сферы. Вот и получается шар, который служит, как говорят, моделью атома».

Противоположные электрические заряды, как известно, притягиваются. Когда два иона заряжены противоположно, между ними действуют электрические силы притяжения, являющиеся связующими силами в ионных кристаллах типа поваренной соли. Но если бы мы попытались сблизить два иона так, чтобы электронные орбиты ионов начали перекрываться, то начнут действовать силы отталкивания одноименных зарядов. Правильное пространственное распределение ионов в кристалле соответствует равновесию сил притяжения и отталкивания.

Если существование сил притяжения между ионами с противоположными электрическими зарядами объясняет силы связи в ионных кристаллах, то как объяснить соединение одинаковых атомов в кристаллах, например, алмаза или графита? Оказывается, и здесь атомы соединяются с помощью электронов. У соседних атомов в этих кристаллах появляются общие, так сказать, «коллективные» электроны, которые обращаются вокруг ядер обоих атомов.

В металлах дело обстоит еще сложнее. В этом случае простейшее, но неполное объяснение состоит в том, что металлы легко теряют свои внешние электроны и последние, перемещаясь по всему кристаллу, образуют в нем своеобразный «электронный газ». Эти общие для всего кристалла электроны и создают силы, цементирующие решетку.

Простейшая пространственная решетка имеет в основе элементарную ячейку в форме куба. Ее можно представить в виде себе состоящей из огромного числа кубиков. Называется такая решетка примитивной кубической решеткой.

Пространственная решетка не всегда обладает симметрией куба – она может быть построена на основе фигуры в виде правильной четырехгранной или шестигранной призмы.

Но далеко не всегда структура пространственной решетки проявляется во внешнем виде большого куска кристаллического твердого тела. Это связанно с тем, что весь кусок вещества редко представляет собой один кристалл. Многие твердые тела, в том числе металлы, обычно состоят из множества сросшихся друг с другом мелких кристаллических зернышек. Такие мелкокристаллические тела называются поликристалликами. Отдельное зерно поликристалла иногда называют кристаллитом.

Одиночные кристаллы, имеющие единую правильную структуру во всем объеме, называют монокристаллами.

Одинаков ли порядок, строй атомов в разных твердых телах? Конечно, нет. Природа бесконечно разнообразна и не любит повторения. Строй атомов железа совсем не похож на постройку кристалла льда. В каждом веществе есть именно свой, характерный узор и порядок расположения атомов. И от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы, частицы одного сорта, располагаясь по-разному, образуют вещества с совсем разными свойствами.

Посмотрим, например, на атомы углерода. Уголь, древесный или каменный, - это углерод.

Есть и другая форма кристалла углерода – алмаз, самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней.

Структура кристалла определяет свойства вещества и его форму. А правильная многогранная форма – это следствие атомной структуры. Плоские грани кристалла отвечают плоским сеткам кристаллической решетки, острые прямые ребра – рядам атомов в решетке.

Каждое кристаллическое вещество можно отличить от других кристаллических веществ по его атомной структуре. В одних кристаллах решетки очень простые, в других очень сложные. В разных веществах различны расстояния между частицами в решетке. Но все эти расстояния очень малы, это, стомиллионные доли сантиметра (ангстремы, 1А = 10-8см).

Во всех кристаллических веществах атомы, ионы, молекулы образуют симметрические ряды, сетки и решетки. Правильное повторяющееся симметричное расположение частиц обязательно для кристаллов; оно является их характерной особенностью, отличающей их от не кристаллов. На вопрос, что такое кристаллы, ответ таков: кристаллы – это вещества, в которых составляющие их частицы расположены строго периодически, образуя геометрически закономерную кристаллическую структуру.

Дефекты кристаллической решетки.

Правильное расположение атомов в кристалле далеко не всегда идеальное исходя из какой-либо модели кристаллической решетки. Регулярное размещение атомов в пространстве довольно часто нарушается. Поскольку нарушение существующего или даже воображаемого порядка принято считать отклонением от нормы, то области разупорядочения кристаллической решетки называют дефектными областями или просто дефектами.

Дефекты кристаллической решетки бывают разными. Об одном отклонении от идеальности я уже говорил, упоминая поликристаллическое строение тела. Дело в том, что наличие маленьких монокристальных зерен (кристаллитов) в поликристаллическом образце само по себе есть отклонение от идеальной регулярности вдоль всего тела. Нарушение порядка происходит на стыках кристаллитов, потому их поверхности являются дефектными областями. Это так называемые поверхностные или двумерные дефекты. Сетка подобных дефектных поверхностей, пронизывающих весь объем тела, всегда создается при обычных видах механической обработки (прокат, ковка, протяжка).

Но я заинтересовался дефектами иного типа, а именно те, которые встречаются внутри кристаллитов. Прежде всего следует помнить, что атомы в кристалле находятся постоянно в тепловом движении. Важнейшей особенностью теплового движения является его хаотичность и случайность в распределении энергии между колеблющимися атомами. Иногда отдельный атом может случайно приобрести столь большую энергию, что может «выскочить» из области «оседлой» жизни и покинуть свой узел. В результате один из кристаллических узлов окажется пустым, и произойдет местная порча кристаллической решетки – возникнет дефект.

При описанном событии в кристалле может образоваться не один, а сразу два дефекта. С одной стороны, появляется незанятый атомом узел с другой стороны, потерявший свой узел атом должен найти себе какое-то «пристанище». Поскольку все узлы кристаллической решетки, как правило, заняты, то «заблудившийся» атом вынужден расположится где-то между узлами регулярной решетки, и его называют междоузельным атомом .

Кроме описанных, в кристалле могут присутствовать и др. точечные дефекты. К ним в первую очередь относится примеси, т. е. атомы или молекулы «чужого» вещества, либо попавшие в кристалл при кристаллизации, либо вошедшие в него из окружающей среды.

Как растут кристаллы?

Рассмотрим теперь, как растут кристаллы. Для большей наглядности сравним рост кристалла с постепенным ростом какого-нибудь сооружения из кирпичей . Вот перед нами незаконченная кладка. Если рассматривать каждый кирпичик как элементарную ячейку кристалла, то возникает вопрос: куда лучше положить следующий кирпич? Вот здесь-то и выступают на сцену особенности энергетики кристалла. Кирпичик, положенный сверху, на 1-й, испытывает притяжение только снизу; если же его положить рядом со 2-м, то он будет притягиваться с двух сторон; а если положить рядом с 3-м, то он будет притягиваться с трех сторон. Как известно, при переходе из жидкого состояния в твердое выделяется энергия – теплота плавления или кристаллизации. Количество энергии, выделяющейся в случаях 1, 2 и 3, относятся между собой, как 0,06:0,18:0,87. Следовательно, первый способ кладки является энергетически наименее выгодным. Из механики мы знаем, что для большей устойчивости системы ее потенциальная энергия должна быть минимальной, а в этом случае потенциальная энергия уменьшается значительно меньше, чем при укладке по третьему способу. Поэтому сначала достраивается ряд, потом вся плоскость и только потом начинается укладка новой плоскости. Кристалл растет слоями: пока один слой не достроен, следующий строиться не начинает.

Требование минимума потенциальной энергии выражается также в том, что поверхностная энергия кристалла (поверхностное натяжение в расчете на единицу площади) принимает минимальное значение. Если обломать углы кристалла, то он «залечит свои раны» и снова примет свойственную данному веществу форму.

Идеальная форма кристалла, отвечающая минимум потенциальной энергии, представляет собой идеальный случай. В природных условиях такая форма обычно искажается из-за примесей и соседства других кристаллов. В металлах это особенно резко выражено и приводит к образованию мозаичной структуры поликристалла. Поликристаллическое строение имеет кристаллы льда в узорах, которыми мороз расписывает зимой стекла наших окон.

Обратим внимание, что ледяные иглы в этих узорах ответвляются всегда под одним и тем же углом (600).

Закон постоянства углов между плоскостями грани – основной закон кристаллографии. Как бы ни был искажен во время роста кристалл, его двугранные углы всегда сохраняют постоянные значения для данного вида кристалла.

Особенности процесса роста кристалла объясняется также свойством анизотропии, т. е. неодинаковостью физических свойств в различных направлениях. Монокристаллы в разных направлениях неодинаково проводит тепло, неодинаково проводит электричество, неодинаково пропускают свет, обладают неодинаковой прочностью. Если покрыть ровным слоем парафином грань кристалла горного хрусталя, а потом дотронуться нагретой спицей, то парафин расплавится в виде эллипса, а не в виде круга, как это можно наблюдать на опыте со стеклянной пластинкой.

Один и тот же химический элемент, с одними и теми же атомами может образовывать кристаллы разных систем с разными кристаллическими решетками. Например, углерод кристаллизуется в виде алмаза и в виде графита . Решетка графита как бы разделена на слои, которые легко сдвигаются. Когда мы пишем карандашом, то сдвинутые нами чешуйки графита ложатся в виде линий на листе бумаги. Алмаз, наоборот, представляет собой образец максимальной твердости среди минералов.

А все-таки, почему кристалл многогранник?

Если у кристалла обломать все углы, обточить грани, словом, лишить его многогранной формы, то его свойства не изменятся. Ведь структура кристалла, правильный строй частиц внутри него при этом не меняются, а значит, не меняются и его свойства.

В лаборатории провели опыт: взяли не правильный многогранный кристалл, а шарик, вышлифованный из кристалла, и погрузили его в перенасыщенный раствор того же вещества. Уже через несколько часов на шаре появились крохотные ровные площадки граней; постепенно они увеличились, расширились, встретились друг с другом и, в конце концов, покрыли весь шар, превратив его в многогранник.

Можно заставить расти не только кристаллические шары, но и кубики, неправильные многогранники и просто всякие кривые обломки кристаллов, и все они, вырастая, станут правильными симметричными многогранниками, если ничто не помешает им при росте.

Уничтожив многогранную форму кристалла, мы не уничтожим его способность самоограняться. Очевидно, эта способность характернее для кристалла, чем сама его форма.

Кристалл не перестает быть кристаллом, даже лишившись своей многогранной формы. Его физические и химические свойства остаются неизменными. Форма кристалла определяется в первую очередь в первую очередь внутренним строением, т. е. расположением частиц в кристаллической решетке. Но ведь от изменения внешней формы кристалла внутреннее строение его не нарушается, поэтому-то не изменяются и его свойства.

Если предоставить кристаллу благоприятную возможность, он обязательно примет многогранную равновесную форму, даже если начальная форма его была совсем ему не свойственной. Значит, способность самоограняться заложена в атомной структуре кристалла.

Почему же все-таки кристаллы вырастают многогранными?

Здесь проявляется одна из самых основных особенностей кристалла – анизотропия его физических свойств. Анизотропия – это неодинаковость физических свойств веществ в разных направлениях (при этом в симметричных направлениях свойства могут оказаться одинаковыми).

Твердость, электропроводность, упругость кристалла – почти все физические свойства – в разных направлениях различны. Возьмем слюду, слоистый кристаллический минерал: слюду легко пальцами расщепить в одном направлении на тоненькие прозрачные листочки, но крайне трудно не то что пальцами, но даже ножом разрезать поперек, потому что прочность кристаллов по разным направлениям различна. Кристалл раскалывается по тем направлениям, где прочность всего меньше. Этим свойством слюды широко пользовались раньше, когда еще не умели делать большие стеклянные пластины. Прозрачные листы слюды вставляли в окна вместо стекла.

Если ударить острием ножа или молотком по кубику каменной соли, он расколется не на кривые обломки, а на правильные кубики или параллелепипеды с прямыми углами и плоскими гранями.

Твердость кристаллов тоже зависит от направления. Это легко увидеть, если поцарапать каким-нибудь острием грань кристалла. По одним направлениям царапать легче, чем по другим, и царапины получаются разной длины и ширины.

Почти все физические свойства кристаллов анизотропны. Анизоторопна и скорость роста кристалла. Кристаллы вырастают в форме многогранников из-за анизотропии скоростей роста. Если бы скорость роста кристаллов не зависела от направления, была бы во всех направлениях одинаковой, то кристалл рос бы во все стороны одинаково и мог бы иметь только форму шара, как капля масла в воде. Именно потому, что растет он в разные стороны с разными скоростями, и вырастет он многогранником.

Выше было рассказано об опытах по росту шара, выточенного из кристалла и помещенного в раствор. В перенасыщенном растворе шар приобретает плоские грани. Если бы скорость роста этого шара не зависела от направления, то он рос бы во все стороны одинаково; он только увеличивал бы свой объем, оставаясь по-прежнему шаром. Но в кристаллах скорость роста по разным направлениям различна. Поэтому кристаллический шар растет в разных направлениях не одинаково: в одних местах уже выросли плоские грани, в то время как в других точках рост еще не начался. Так кристаллический шар постепенно превращается в многогранник. Многогранные формы кристаллов потому и возникают, что скорость роста кристаллов зависит от направления.

Свойства кристаллов зависят от направления, но отнюдь не от места. В каком бы месте мы не ударили кристалл, он расколется по одинаковым симметричным плоскостям. Таких плоскостей в кристалле бесчисленное множество пройти через любое место кристалла, но направление ее будет всегда одно и то же.

Свойства кристалла одинаковы в разных местах и различны в разных направлениях. Что же является причиной анизотропии кристаллов? Почему свойства кристаллов меняются, когда меняется направление?

Если посмотреть на модели структур кристалла, то видно, что во все стороны тянутся ряды частиц, но расстояния между частицами в разных направлениях различны; они одинаковы лишь в параллельных рядах. Прямая линия, проведенная в структуре в каком-нибудь направлении, пересечет некоторое определенное число частиц, находящихся на одинаковых расстояниях друг от друга. Всякая линия, параллельная этой, встретит такое же число на тех же расстояниях. Но линия, проведенная в другом направлении, пересечет уже другое количество частиц, с иными расстояниями между ними и иными расположением. Ясно, что эта неравномерность, неодинаковость кристаллической структуры в разных направлениях влияет и на различие свойств кристаллов в зависимости от направления.

Почему же физические свойства кристаллов, различные в разных направлениях, одинаковы в разных местах? Потому что частицы в кристаллах везде одинаковы. Все параллельные направления в кристалле равноценны, в каком бы месте структуры их ни проводить. Кристаллическую структуру надо представить себе бесконечной, тянущейся во все стороны беспредельно.

Итак, кристаллы однородны: в разных местах свойства их одинаковы; кристаллы анизотропны: в разных направлениях свойства их различны.

Способы выращивания кристаллов из водных растворов.

Существую несколько способов выращивания кристаллов из раствора: а) способ понижения температуры; б) способ циркуляции; в) способ испарения; г) способ выпаривания раствора.

Почему же кристаллы выделяются из раствора? Чтобы понять это, следует познакомиться с некоторыми свойствами растворов.

Попробуем растворять в воде столовую соль: в граненом стакане воды растворится 70 граммов (около семи чайных ложек) соли, а если вы будете сыпать соль дальше, она будет просто оседать на дно. То же самое произойдет и с сахаром.

В 100 граммах холодной воды может раствориться только совершенно определенное количество сахара (194 грамма), поваренной соли (35 граммов) или любого другого вещества. Количество вещества, которое может раствориться в 100 граммах воды, называется растворимостью этого вещества в воде. Растворимость зависит от температуры. Рассмотрим график растворимости .

Из графика видно, что растворимость веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением – уменьшается.

1) Способ понижения температуры.

Сущность способа понижения температуры состоит в том, что при охлаждении насыщенного при 40 оС раствора до 20 оС в нем окажется около 15 г избыточного количества вещества на 100 г воды. С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, и при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества из раствора выпадает в виде кристаллов; количество кристаллов тем больше, чем больше центров кристаллизации в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки.

2) Способ циркуляции.

Сущность способа циркуляции можно видеть на . Перед нами три сообщающихся сосуда. В левом растет кристалл на затравке, а в среднем на дно насыпан порошок исходного материала. В левом и правом сосудах температура равна температуре кристаллизации, а в среднем сосуде она намного выше. Мешалки перемешивают раствор и гонят его по трубкам, соединяющим три сосуда.

Если в левом сосуде раствор пересыщен или насыщен, то, попав в средний сосуд, он нагреется и окажется ненасыщенным. Поэтому в нем будет растворяться, а когда мешалка перегонит его в правый сосуд, где температура ниже, он становится пересыщенным. Теперь мешалка гонит его по нижней трубке в левый сосуд, где из этого пересыщенного раствора может расти кристалл. Обедненные части раствора, из которых растущий кристалл «высосал» пересыщение, поднимаются струйками от кристалла вверх и уносятся из левого сосуда в средний, где они опять растворяют вещество, находящееся на дне. Так растет кристалл в условиях непрерывной подпитки раствора, т. е. непрерывного снабжения материалом.

Недостаток этих методов в том, что нельзя получить крупный кристалл. Поэтому в своей работе я использовал способ испарения раствора. К тому же он наиболее практичен в домашних условиях.

Чтобы кристалл получился достаточно крупный по размеру, вначале я вырастил кристалл-затравку, используя график растворимости веществ. Затем, чтобы кристалл-затравка не растворился во вновь приготовленном растворе Cu2SO4, раствор необходимо слегка подогреть на 3-5 оС. Раствор, который был насыщенным при температуре 60 оC, при более высокой температуре стал ненасыщенным. Кристалл-затравка начал растворяться в нем, но при этом он потерял только верхние поврежденные слои. Когда температура понизилась до первоначальной, а потом и комнатной, то раствор вновь стал насыщенным и растворение кристалла прекратилось. Во время роста кристалла сосуд с раствором находился в темном сухом месте (на шкафу), где температура в течение суток оставалась постоянной.

Ход работы.

Опыт №1: Выращивание кристалла-затравки.

1. Взял сухого порошка Cu2SO4, массой 57г 840 мг.

2. Растворил его в 250 мл воды при температуре 60 оС.

3. Обязательно фильтрование раствора.

4. Поставил в темное, сухое место.

5. Через 6 суток кристалл-затравка вырос.

Опыт №2: Выращивание кристалла Cu2SO4 (в проточной воде).

1. Приготовил насыщенный раствор Cu2SO4 из расчета опыта №1.

2. Кристалл-затравку опустил в подогретый раствор. Примечание: с температурой необходимо быть очень осторожным, т. к. при её увеличении выше нормы кристалл-затравка может раствориться. Также его не обязательно подвешивать на нить – можно просто положить на дно сосуда.

3. Через 6 суток вырос кристалл.

Опыт №3: Выращивание кристалла Cu2SO4 (в дистиллированной воде).

1. Подготовил насыщенный раствор, исходя из опыта №1.

2. Опустил кристалл-затравку.

3. Через 6 суток кристалл вырос.

Таким образом, мы не только подробно исследовали способ выращивания кристалла путем испарения раствора, но и получили результаты, которые можно сравнить.

Кристалл Cu2SO4 выращенный из раствора с дистиллированной водой несколько прозрачнее, чем из раствора с обычной водой.

Опыт №4: Анизотропия роста кристалла Cu2SO4.

1. Кристалл-затравку отшлифовал и придал ему округлую форму.

2. Опустил в подогретый насыщенный раствор.

3. Через 6 суток кристалл вырос.

Из данного опыта следует – выращенный кристалл Cu2SO4 имеет форму многогранника, что и доказывает анизотропию роста кристалла.

Для выращивания кристалла-затравки я взял термостойкий стакан и налил в него 250 мл кипячёной воды при t=60oC. Затем растворил 57г 840 мг соли. В полученном растворе через 6 дней выросли затравки. Растворимость в нём 230мг/мл.

Я выбрал наиболее крупную и придал ей округлую форму. По данным затравочного раствора приготовил новый и опустил в него опиленную затравку. Она растворилась, т. к. раствор оказался ненасыщенным и при более высокой температуре, чем требуется. «Лишние градусы» вызвали растворение затравки. Но я его использовал в дальнейшем для определения необходимой растворимости. По моим расчётам оптимальная растворимость при комнатной температуре 333 мг/мл. По новым данным я приготовил раствор, используя дистиллированную воду, и опустил в него 2 наиболее крупные и правильные по форме затравки. На остывание раствора также следует обращать внимание: нельзя допускать быстрого понижения до комнатной температуры. А уже насыщенный раствор я подогрел на водяной бане и опустил в него новую опиленную затравку. В этой банке вырос кристалл не заданной мною формы, а определённой его молекулярным строением – это подтверждает анизотропию кристаллов. В 1-й банке только одна из затравок не растворилась и дала начало росту нового кристалла, который оказался более чистым и прозрачным, чем кристалл из кипячёной воды.

Таким образом, в процессе экспериментальной части работы я столкнулся с тем, что выращивание кристалла затравки – процесс достаточно трудоёмкий. В общей сложности это заняло у меня промежуток времени, начиная с января по начало апреля.

Заключение.

В своей работе я: 1) опытным путём ответил на вопрос: можно ли вырастить большой монокристалл искусственно – да, можно; 2) доказал анизотропию роста кристалла; 3) убедился на практике в зависимости роста кристалла от температуры; 4) исследовал различные способы выращивания кристалла из водного раствора.

Кристаллы встречаются нам повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем кристаллы в лабораториях и в заводских установках, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем кристаллы в технике и в науке, едим кристаллы, лечимся ими, находим кристаллы в живых организмах, проникаем в тайны строения кристаллов.

Таким образом, любой физик скажет вам, что всякое истинно твердое тело – это кристалл. «Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые, прямолинейные законы», - так писал академик Ферсман.