Алюмокалиевые квасцы как вырастить кристалл

Получение, выращивание и изучение кристаллов экзотических квасцов

Получение, выращивание и изучение кристаллов экзотических квасцов

доцент СУНЦ МГУ,

Актуальность работы

На сегодняшний день квасцы имеют очень широкое применение [6]. Их используют в промышленности, например, для очистки воды, для дубления кожи, для окрашивания различных тканей и пряжи. Они также используются в огнетушителях, к тому же растворы, содержащие квасцы, могут быть использованы для увеличения устойчивости тканей к огню. Квасцы применяют в фотопромышленности для фотоэмульсий на желатиновой основе. В медицине квасцы применяют как вяжущее, прижигающее и кровоостанавливающее средство (“квасцовый карандаш”). Антибактериальные свойства квасцов позволяют использовать их для производства так называемых дезодорантов-кристаллов. В кулинарии также нашлось применение квасцам: их используют при производстве разрыхлителей для выпечки хлебобулочных изделий.

Квасцы представляют интерес для исследования правильной формы кристаллов, которая является проявлением внутренней симметрии кристаллической решётки. Кристаллы квасцов могут быть различных цветов в зависимости от их состава, соответственно, предметом исследования может стать влияние состава квасцов на цвет кристалла.

Цель работы

Получить и вырастить кристалл экзотических квасцов (например, с катионами М+ = NH4+, Na+; M3+ = Fe3+, Y3+, La3+ и др.).

1. Получить квасцы.

2. Оптимизировать методику получения квасцов применительно к конкретным квасцам.

3. Вырастить кристалл квасцов.

4. Изучить строение и свойства кристалла.

Литературный обзор

1. Структура и состав квасцов

Квасцы — двойные соли, кристаллогидраты сульфатов трёх – и одновалентных металлов.

Вследствие слабо выраженного основного характера трехвалентных катионов квасцы обладают кислой реакцией и кислым вкусом (kwas — по-польски — кислота).

Квасцы отвечают структурному типу M+M3+(SO4)22-·12H2O и производятся от трёхвалентных катионов, радиусы которых лежат в пределах 0,57 Å (Al3+) — 0,92 Å (In3+). Сюда относятся Al3+, Ga3+, In3+, Ti3+, V3+, Cr3+, Mn3+, Fe3+, Co3+, Rh3+, Ir3+ (Таблица 1).

Таблица 1. Ионные радиусы М3+ [1]

В качестве одновалентных катионов в состав квасцов могут входить Na+, K+, Rb+, Cs+, Tl+, NH4+ (Таблица 2).

Таблица 2. Ионные радиусы М+ [1]

В периодической системе образующие квасцы элементы располагаются довольно закономерно:

1. Внутри одного вертикального ряда периодической системы радиусы ионов с одинаковым зарядом увеличиваются с возрастанием атомного номера, поскольку растёт число электронных оболочек, а значит, и размер атома.

2. Для одного и того же элемента ионный радиус возрастает с увеличением отрицательного заряда и уменьшается с увеличением положительного заряда.

3. У элементов одного периода атомные и ионные радиусы уменьшаются. А поскольку в периодах 6 и 7 по 32 элемента, так как в них входят лантаноиды и актиноиды соответственно, то следующие за лантаноидами и актиноидами s – и p-элементы могут иногда иметь даже меньшие радиусы, чем предыдущий элемент в вертикальном ряду, например Zr (1,6 Å) и Hf (1,59 Å).

Под эффективным радиусом иона понимается радиус сферы его действия, причём ион считается несжимаемым шаром. Эффективный радиус иона зависит от атомного номера элемента и заряда иона. От радиусов ионов зависит устойчивость кристаллической решётки квасцов.

Наибольшей устойчивостью обычно отличаются цезиевые квасцы, наименьшей — натриевые. Последние для большинства перечисленных выше солеобразователей вообще не могут быть получены, они образуются лишь с Al3+ (Na+Al3+(SO4)2·12H2O). Иногда наименьшей устойчивостью, по-видимому, обладают производные Tl+, K+ и NH4+. Например, квасцы Ti3+ известны только для Rb+ и Cs+ [1].

Растворимость квасцов при обычных условиях в большинстве случаев сравнительно невелика. Поэтому они могут быть легко получены из отдельных составляющих солей. По ряду Na+—Cs+ растворимость квасцов быстро уменьшается, так как устойчивость квасцов возрастает, а влияние химической природы М3+ сказывается на растворимости квасцов сравнительно слабо, как это показывают приводимые ниже в качестве примеров данные (Таблица 3).

Таблица 3. Растворимость некоторых квасцов в моль/л H2O при 25°С [3]

При повышении температуры растворимость квасцов очень сильно увеличивается (Рис. 1).

Рис. 1. Зависимость растворимости квасцов калия, рубидия и цезия от температуры [8]

Зависимость устойчивости квасцов от радиусов М3+ и М+ можно хорошо проследить на сульфатах Ga3+ (0,62 Å), In3+ (0,92 Å) и Tl3+ (1,05 Å). Для первого из этих элементов квасцы могут быть получены по всему ряду одновалентных катионов: K+ (1,33 Å), NH4+ (1,43 Å), Rb+ (1,49 Å), Cs+ (1,65 Å). Напротив, Tl3+ квасцов вообще не образует и для него известны лишь кристаллогидраты состава М+Tl3+(SO4)2·4H2O. У занимающего промежуточное положение In3+ квасцы являются устойчивой формой лишь для Cs+. В качестве метастабильной фазы они могут быть получены для Rb+ и NH4+, а с K+ не образуются [1].

Таким образом, устойчивость квасцов при однотипной структуре внешней электронной оболочки М3+ возрастает по мере уменьшения (конечно, лишь до известного передела) его радиуса и увеличения радиуса М+.

Повышение температуры благоприятствует возникновению более бедных водой кристаллогидратов. Напротив, при пониженных температурах удаётся выделить даже такие неустойчивые, из-за маленького радиуса иона Li+ (0,68 Å), квасцы, как литиево-алюминиевые квасцы [1].

Расположение частиц (атомов, ионов, молекул) становится упорядоченным, когда вещество переходит из аморфной фазы (газ, жидкость) в кристаллическую, соответствующую минимуму свободной энергии при данных условиях. Частицы в кристаллах образуют правильные, упорядоченные, симметричные решётки. Элементарная ячейка — это симметричная фигура, вершинами которой являются наиболее близко расположенные частицы вещества, и при её многократном повторении образуется решётка, заполняющая всё пространство без промежутков. Кристаллы, у которых одинакова симметрия элементарных ячеек объединяют в группы (сингонии). Квасцы относятся к кубической сингонии, в которой элементарной ячейкой является куб [2]. Класс симметрии квасцов обозначается m3m. Симметрия внешней формы кристалла отражает его пространственную структуру. Монокристаллы квасцов обычно принимают форму правильного октаэдра, который отвечает всем элементам симметрии кубической сингонии.

Известны также селенатные квасцы состава M+M3+(SeO4)22-·12H2O, в которых сульфат-ион заменён ионом селената.

Наиболее известные квасцы:

· Алюмоаммонийные квасцы — AlNH4(SO4)2 · 12H2O.

· Алюмокалиевые квасцы — KAl(SO4)2 · 12H2O.

· Алюмонатриевые квасцы — NaAl(SO4)2 · 12H2O.

· Алюморубидиевые квасцы — RbAl(SO4)2 · 12H2O.

· Алюмоцезиевые квасцы — CsAl(SO4)2 · 12H2O.

· Железоаммонийные квасцы — NH4Fe(SO4)2 · 12H2О

· Железокалиевые квасцы — KFe(SO4)2 · 12H2O

· Хромокалиевые квасцы — KCr(SO4)2 · 12H2O.

2. Получение кристаллов квасцов

Существует много хорошо разработанных методов выращивания кристаллов [3], [4], [7]. Простейший метод состоит в испарении раствора при постоянной, например, комнатной, температуре. Для этого берут некоторое количество кристаллического вещества и растворяют его при сильном нагревании в воде, в таком её количестве, чтобы по охлаждении получился насыщенный раствор. В раствор, пока он ещё не охладился до комнатной температуры, помещают небольшой готовый кристалл такой величины, чтобы он не успел раствориться при дальнейшем охлаждении раствора до комнатной температуры. Поместив сосуд с раствором в закрытый сосуд, содержащий какое-либо поглощающее влагу вещество (серную кислоту, фосфорный ангидрид и т. д.), оставляют прибор в покое на длительное время. При испарении раствора будет возникать пересыщение, за счёт которого и будет происходить рост кристалла.

Рис. 2. Прибор для выращивания кристаллов из раствора испарением (эксикатор).
Нижняя ёмкость для серной кислоты

Можно получать большие кристаллы также и путём медленного охлаждения раствора. Для этого необходимо иметь термостат, т. е. прибор, который может автоматически поддерживать определённую температуру и с помощью которого можно также постепенно снижать её по определённому графику. Опыт ведётся таким образом, что сначала приготовляется раствор, насыщенный при начальной температуре термостата. В раствор помещается затравка в виде готового кристалла или его части. Можно подвесить затравки на тонких ниточках (к нити их можно приклеить прочным водостойким клеем). Кристаллизационный сосуд закрывается крышкой, чтобы предотвратить попадание в него зародышей, в качестве которых выступают частицы пыли, из воздуха, после чего включаются приспособления для постепенного охлаждения термостата.

Можно выращивать кристаллы также из заранее приготовленного пересыщенного раствора при постоянной температуре. Для этого приготавливается при сильном нагревании такой раствор, чтобы после охлаждения до заданной температуры он имел заранее вычисленное пересыщение. В раствор помещается затравка, и сосуд, содержащий раствор, закрывается крышкой. Затравка представляет собой небольшой кристалл того же вещества, что и раствор. Этим методом можно получить большие кристаллы лишь при употреблении значительных количеств раствора.

Квасцы являются изоморфными веществами, т. е. они кристаллизуются одинаково, несмотря на разный состав. Это свойство квасцов позволяет получить смешанные кристаллы. Для этого нужно приготовить насыщенные растворы квасцов двух видов и некоторое время выращивать кристаллы по одному из описанных выше методов — каждый вид в своём сосуде, затем поменять кристаллы местами так, чтобы кристалл одного вида квасцов находился в насыщенном растворе квасцов другого вида.

Кристаллы квасцов, выращенные до нужных размеров, следует покрыть лаком, чтобы они не оплавились от влаги воздуха и не потеряли форму.

Растворы для выращивания кристаллов готовят на дистиллированной воде.

3. Методики получения квасцов

Алюмокалиевые квасцы K2SO4 · Al2(SО4)3 · 24Н2О обычно получают при взаимодействии избытка алюминия с теплым раствором гидроксида калия до прекращения выделения водорода. После декантации и нейтрализации раствора разбавленной серной кислотой его оставляют для кристаллизации [10].

Хромокалиевые квасцы K2SO4 · Cr2(SО4)3 · 24Н2О обычно получают при взаимодействии раствора двухромовокислого калия с концентрированной серной кислотой. После охлаждения раствора в воде со льдом с него по каплям добавляют спирт. Раствор упаривают и оставляют кристаллизоваться. [11]

Мы в работе используем более простую методику – прямое получение квасцов сокристаллизацией сульфатов при сливании растворов.

Экспериментальная часть

1. Получение железокалиевых квасцов — KFe(SO4)2 · 12H2O

K2SO4 + Fe2(SO4)3 + 24H2O = 2KFe(SO4)2 · 12H2O

Таблица 4. Растворимость сульфатов калия и железа (III)

Как вырастить в домашних условиях кристаллы из соли, сахара, медного купороса и других веществ?

Выращивание кристаллов сегодня возможно в домашних условиях. Создать собственный кристалл способен любой человек, используя такие простые ингредиенты, как соль, лимонная кислота, сахар, сода. Большинство кристаллов используются в декоративных целях, а красивые камешки из сахара можно подавать вместо рафинада.

Что нужно для выращивания кристаллов в домашних условиях?

Для выращивания кристалла потребуется от 1 до 7 месяцев в зависимости от желаемых габаритов. Прежде чем начинать его изготовление, необходимо позаботиться о создании подходящих условий. В помещении не должно быть влажности и значительных перепадов температур. Также надо подготовить инвентарь для создания раствора:

• емкость из эмали либо стекла требуемого объема;
• палочка для размешивания из дерева, эмали либо стекла;
• фильтровальная бумага либо качественные салфетки.

Для изготовления камня понадобятся вода и ингредиенты, указанные в избранном рецепте. Можно воспользоваться готовым набором для производства камней, который есть в продаже. Во время процесса создания камня необходимо надеть резиновые перчатки, головной убор (платок, медицинский чепчик). Соблюдение этих мер предотвратит попадание волос в жидкость и убережет руки от воздействия концентрата. При воздействии раствора на воспаленную или пораненную кожу возникают болевые ощущения и состояние кожных покровов усугубится.

Как самостоятельно вырастить кристаллы из обычной поваренной соли и воды?

Как с помощью соли вырастить кристалл? Кристаллы получают как из поваренной соли, так и из морской. Многие предпочитают последний вариант, т. к. камни из морской соли получаются более прочные, а время созревания слегка сокращается.

Кристалл из соли

Выращивание кристалла пошагово (см. видео):

1. взять чистую емкость, налить в нее воду, подвергшуюся процессу дистилляции;
2. всыпать много соли (при перемешивании придется приложить усилия);
3. после того, как соль перемешали, раствор нужно подержать на паровой бане;
4. соленую жидкость охладить, пропустить через фильтровальную бумагу для отделения осадка;
5. взять кристаллик соли, привязать к концу нити и поместить в процеженный раствор (вместо соляного кристаллика можно использовать небольшой пластмассовый шарик или кубик, предварительно замоченный в растворе и высушенный);
6. противоположный край нити привязать к палочке или карандашу, длина которого превышает диаметр горлышка емкости;
7. установить палочку с нитью на горловине посуды, чтобы кристаллик свисал над раствором;
8. накрыть емкость бумагой или дышащей тканью;
9. поставить в место, не подверженное перепадам температур.

Кристалл из соли

Уже через месяц магический кристаллик увеличится до размера боба. По истечении 3-х месяцев его диаметр достигнет 3,5 см. Далее солевой камень будет продолжать рост. За процессом выращивания кристалла удобно наблюдать, если он находится в прозрачной посуде. Когда он увеличится до нужного размера, кристалл медленно извлекают и обтирают салфеткой. Чтобы придать своему камешку прочности, следует покрыть его нецветным маникюрным лаком.

Как создать кристалл из лимонной кислоты

Метод изготовления камня из лимонной кислоты требует большего количества времени и усилий. Чтобы создать кристалл самостоятельно, необходимо взять 100 мл воды температурой 20°С и растворить в ней 130 г лимонной кислоты. Температура жидкости должна оставаться прежней, поэтому раствор в процессе приготовления необходимо подогревать. С этой целью применяют емкость с горячей водой, опуская в нее посуду с раствором и контролируя нагревание жидкости посредством градусника.

Кристалл из лимонной кислоты

Лимонную кислоту нужно периодически подсыпать в жидкость на протяжении недели, пока она прекратит растворяться. Консистенция напоминает кисель, а на дне посуды осядут мелкие кристаллики. Полученную смесь надо слить в банку через фильтровальную бумагу. Один из осевших на дно кристалликов необходимо обхватить ниткой либо леской и поместить в жидкость.

По прошествии 12 дней кристалл достигнет около 11 см в диаметре. Его можно осторожно извлечь и покрыть прозрачным маникюрным лаком. Если вы планируете вырастить свой камень большего размера, оставьте его в емкости для продолжения роста. Выращивание кристалла из лимонной кислоты представлено в видео.

Инструкция по выращиванию сладких кристаллов из сахара

Кристаллы из сахара съедобны. Для приготовления лакомства понадобятся 5 стаканов сахара, 2 стакана воды, по несколько капель пищевых красителей (по желанию), деревянные палочки, бумажные салфетки.

Чтобы делать сладости правильно, необходимо следовать инструкции:

1. в эмалированной посуде подогреть ¼ стакана воды, растворить в ней 2,5 ст. л. сахарного песка;
2. на салфетку высыпать пару ложек сахара, погрузить в него деревянные палочки, смоченные в приготовленном сиропе (важно, чтобы сахар покрыл палочку равномерно, чтобы кристалл вышел симметричным);
3. дать палочкам полностью высохнуть;
4. в кастрюле смешать 1,75 стакана воды с 1,8 стакана сахара;
5. после абсолютного растворения сахара высыпать оставшийся сахарный песок в сироп, держать на огне еще 15 минут;
6. взять несколько квадратных салфеток, проколоть их палочками по центру;
7. сироп быстро разлить по стаканам, добавить в каждый немного красителя и поместить туда палочки, которые не должны соприкасаться с дном и краями емкостей.

Салфетки будут служить не только креплением для палочек, но и защитой сиропа от пыли и посторонних веществ. Сахарный раствор нужно выдержать около 14 дней, после чего можно извлекать домашние кристаллы и угощать родных и гостей. Если планируется давать лакомство детям, лучше не добавлять красители или использовать вместо них натуральные соки фруктов и ягод.

Из медного купороса

Волшебные кристаллы синего цвета можно изготовить дома из медного купороса. Для изготовления искусственных камней понадобятся дистилированная вода и сульфат меди, который продается в магазине для огородников. Важно, чтобы медный порошок был однородный по консистенции, имел ровный синий цвет без каких-либо вкраплений.

Кристалл из купороса

Перед началом выращивания надо приготовить раствор из 100 г купороса и горячей воды. Жидкость важно вливать постепенно, осторожно размешивая раствор. Должна получиться яркая жидкость, в которой сульфат меди больше не сможет растворяться. Полученную смесь нужно остудить, процедить и поместить в холодное место.

На следующие сутки на дне обнаружатся кристаллики. Необходимо отобрать самый крупный, обвязать его ниточкой и подвесить, погрузив в раствор. Банку нужно покрыть бумагой и выращивать камень несколько недель. Кристалл из медного купороса медленно извлекают, обмывают в холодной воде, высушивают и покрывают прозрачным маникюрным лаком (см. фото). Существуют наборы для выращивания кристаллов на основе медного купороса.

Красивые и цветные кристаллы

Как вырастить красивый кристалл? Для этого необходимо использовать алюминиевые квасцы. Это вещество реализуется через аптеки и продается по низкой цене.

Квасцы (6 ст. л.) нужно смешать с 0,5 л вскипяченной воды до их максимального растворения. После этого смесь нужно оставить на несколько суток. В это время нельзя встряхивать банку или перемешивать раствор: жидкость должна находиться в покое.

Спустя неделю на дне банки образуются кристаллики. Нужно отобрать наиболее крупный, сделать в нем отверстие и подвесить на ниточке. Кристаллик помещают в процеженный раствор, а емкость накрывают плотной бумагой. Через 2 недели камень красивой формы вырастет в несколько раз. Он выглядит весьма привлекательно и имеет ровные грани.

Для изготовления цветных кристаллов можно использовать не только пищевые красители и медный купорос. Чтобы создать красный камень, понадобится вещество под названием гексацианоферрат III (красная кровяная соль). На 100 г порошка надо взять 170 мл воды температурой 95°С и перемешать компоненты.

Для изготовления единичного камня нужно взять кристаллик поваренной соли, повешенный на ниточке, и отправить его в раствор. Чтобы вырастить сад из кристаллов-рубинов, надо положить в емкость гранитный камень. Созревание красного кристалла занимает около месяца. Когда его верхушка покажется над поверхностью воды, камешек извлекают.

Идея для бизнеса: как выращивать кристаллы рубина, сапфира и других искусственных камней?

Изготовление камней может стать неплохой идеей для бизнеса. Кристаллы не являются драгоценными, поэтому соответстующей лицензии не понадобится.

Кристаллы рубина

Для массового выращивания искусственных кристаллов нужен специальный аппарат, с помощью которого можно изготовить прочные камни различных цветов. Аппарат Вернейля, названный в честь своего изобретателя, поможет в выращивании кристаллов рубина, сапфира, изумруда, топаза, бриллианта до 30 каратов за считанные часы. Чтобы вырастить кристаллы различных оттенков, необходимо подбирать вид и состав солей – это приходит с опытом. Полученные камни отличаются прозрачностью, красивыми переливами. Они хорошо поддаются шлифовке и огранке. Аппарат для выращивания кристаллов состоит из:

• воронки, в которую помещается порошок с примесью Al₂O₃ и Cr₂O₃;
• кислородно-водородной горелки;
• железной подставки, на которой растет кристалл.

Обработка були искусственного сапфира

Бизнес по изготовлению самоцветов, в том числе рубинов, весьма прибыльный. Почему? Для производства рубина в 30 карат понадобится всего 3 часа времени, 9 кВт электроэнергии, 0,2 г окиси хрома и 6 г оксида алюминия. В общей сложности затраты на один большой камень составят около 3$. За пару месяцев работы можно окупить стартовые затраты на аппарат (36 тыс. руб.) и емкости (4 тыс. руб). Арендовать помещение необязательно, ведь выращивать кристаллы возможно в домашних условиях.

Важно найти постоянных покупателей, определить для себя рынок сбыта. Продавать свою продукцию можно ювелирным компаниям, специализированным магазинам и частным заказчикам. Сколько единиц товара нужно производить в сутки, предприниматель рассчитает после наработки клиентской базы.

Выращивание кристаллов из растворов

Выращивание расщепленных кристаллов

Чтоб получить расщеплённый кристалл, допустим, медного купороса, надо сделать насыщенный раствор, а затем в раствор медного купороса добавить несколько капель глицерина – его относительно крупные молекулы оседают на гранях растущего кристалла и вызывают его расщепление. Можно поэкспериментировать и с другими веществами, например с квасцами. Добавляя глицерин в каплю раствора квасцов, кристаллизацию которого мы наблюдали под микроскопом, мы получили очень сильно расщепленные сноповидные кристаллы, по своему внешнему виду напоминающие какие-то фантастические цветы.

Выращивание зональных кристаллов квасцов

Зональный кристалл можно вырастить по следующей технологии. Нужно начать растить кристалл квасцов, лучше ярко окрашенных (хромокалиевых или любых других с добавленным пищевым красителем), а затем опустить этот кристалл в раствор изоморфного вещества другого цвета. Это могут быть бесцветные квасцы или квасцы другого цвета. Причём, чем большее количество раз вы смените раствор с красителями разного цвета, тем больше будет зон роста. Однако при использовании красителей следует помнить, что они должны быть химически инертными, то есть не вступать в реакцию с раствором квасцов, иначе очень высока вероятность того, что кристалл изменит форму роста. Если же брать изоморфные вещества, то лучше всего сначала вырастить кристалл хромокалиевых квасцов, имеющих темно-фиолетовый цвет, а затем опустить выращенный темный кристалл в раствор алюмокалиевых, железоаммонийных или алюмоаммонийных бесцветных квасцов. Зоны роста можно наблюдать и в бесцветных алюмокалиевых квасцах – с изменением концентрации меняется количество газово-жидких включений, более чистым кристалл растёт при меньшей пересыщенности. В конце опыта полученный кристалл можно распилить и на спиле увидеть все его зоны роста, связанные с изменением состава раствора или концентрации

Выращивание кристаллов квасцов смешанного состава

При выращивании кристаллов чистых хромокалиевых квасцов я столкнулся со следующей сложностью: они начинали довольно быстро обезвоживаться, белеть и рассыпаться. Проводя опыты по выращиванию зональных кристаллов квасцов, я заметил, что если смешать растворы хромокалиевых квасцов и каких-либо бесцветных квасцов (алюмокалиевых, железоаммонийных или алюмоаммонийных), то вырастают кристаллы со смешанным составом. Они обладают устойчивостью к выветриванию, нехарактерной для хромокалиевых квасцов, становятся светлее и прозрачнее из-за того, что хромофора стало меньше в общем составе, а ещё становится возможным наблюдать интересный эффект: при дневном освещении такие кристаллы кажутся сиреневыми, под лампой накаливания – густо-фиолетовыми. Ниже я привёл фотографии таких квасцов при разном освещении. Экспериментируя с соотношениями растворов разных квасцов можно получать как едва окрашенные кристаллы, так и кристаллы с очень густой окраской.

Получение ацетата меди и выращивание его кристаллов

Обнаружить в готовом виде ацетат меди нам не удалось, поэтому сначала нам пришлось его приготовить. Для этого я взял сульфат меди, бикарбонат натрия и склянку с небольшим количеством воды, в которую я постепенно добавлял и оба этих вещества. В результате их бурной реакции образовывался осадок карбоната меди небесно-голубого цвета. Он мало растворим в воде, поэтому для его очищения от побочных продуктов реакции мы отфильтровали его и промыли водой, после чего оставили сушиться на фильтровальной бумаге. Образовавшийся порошок мы растворили в уксусной кислоте, добавляя его небольшими порциями. После этого мы выпарили жидкость и получили кристаллы чистого ацетата меди, которые в дальнейшем использовали как затравки и для получения раствора. В итоге нам удалось вырастить несколько кристалликов ацетата меди: они имеют интересную форму, очень насыщенный цвет, при слабом освещении кажутся чёрными и непрозрачными, а под микроскопом при скрещенных николях виден очень сильный плеохроизм.

Авторские права на все тексты, фотографии и рисунки, использованные на сайте, принадлежат Лобастову Борису Михайловичу, за исключением изображений, отмеченных особо.
Любое копирование материалов без ссылки на данный сайт запрещено.
Этот сайт пользуется сервисом Google Analytics, пользующимся cookie-файлами, которые осуществляют сбор анонимных данных трафика.
(с) LBM02, 2011 — 2016

Выращиваем фиолетовый кристалл в домашних условиях

В этом обзоре мы расскажем о том, как самому вырастить красивый фиолетовый иммуно-кристалл.

Начнем с просмотра видеоролика от автора

Для выращивания фиолетового кристалла понадобится:
– алюмокалиевые квасцы;
– хромокалиевые квасцы;
– емкость;
– леска.

Для начала нужно сделать смесь квасцов. Для этого берем стакан и отвешиваем в него 100 гр. алюмокалиевых квасцов и 12 гр. хромокалиевых квасцов. Добавление вторых необходимо для получения фиолетового оттенка.

Далее наливаем в стакан 400 мл очень горячей воды и начинаем перемешивать, пока вся соль не растворится.

После этого оставляем стакан с раствором на 24 часа, чтобы на дне выпали кристаллы.

Спустя сутки сливаем раствор квасцов из стакана в другую емкость. На дне стакана будут образованы красивые маленькие кристаллы, сросшиеся между собой.

Расковыриваем массу с кристаллами и выкладываем их в тарелку.

Теперь выбираем из этой массы кристаллов самый красивый и большой. Этот кристалл будет служить затравкой, то есть именно его мы будем использовать для выращивания одного большого кристалла.

Раствор, который мы слили ранее из стакана, фильтруем.

Теперь подвязываем затравку на тонкую леску и подвешиваем в растворе квасцов на карандаш или палочку.

Теперь остается набраться терпения и ждать, пока вырастит кристалл.

Со временем вода из раствора будет испаряться и лишние квасцы будут формировать кристалл, который висит на леске.

Спустя некоторое время кристалл будет обретать правильную геометрическую форму, обусловленную формой кристаллической решетки вещества. Для квасцов это восьмигранник или октаэдр.

Также во время роста кристаллов на дне стакана и на леске начнут расти лишние кристаллы, которые необходимо убирать.

Эти кристаллы можно сохранить, поскольку их в дальнейшем можно будет использовать для приготовления раствора и выращивания других кристаллов.

Также при выращивании иммуно-кристаллов следует избегать перепадов температур и загрязнения раствора.

Спустя два месяца можно получить кристалл, наподобие того, который получил автор идеи.

Готовый кристалл нужно вытащить из раствора, высушить салфеткой и покрыть слоем бесцветного лака, чтобы в будущем кристалл не выветривался и не терял своей красоты.

Выращивание кристаллов – очень увлекательное занятие, которое развивает терпение и разум.

Выращивание кристаллов дома с детьми

Самостоятельное выращивание кристаллов дома – один из самых доступных и наглядных естественнонаучных опытов. Самый простой опыт можно организовать буквально «из ничего», вам потребуется только поваренная соль и нитка с узелком, которую нужно опустить в насыщенный раствор соли. Идеально, если вы засели с ребенком дома на карантине!

Но можно не останавливаться на этом, а вырастить красивые сложные цветные кристаллы, как, например, это сделал Елена МИРОНЕНКО (УФ Смотрительница маяка).

Возможно, ваш ребенок когда-нибудь спрашивал вас, как вырастить бриллиант? Синтезировать бриллианты, а точнее алмазы, самостоятельно не получится, поскольку воспроизвести необходимые условия (например, высокое давление и температуру) дома не представляется возможным. Но, если вас завораживает блеск и геометрическая точность граней драгоценных камней, вы можете попробовать самостоятельно вырастить кристаллы – удивительные по красоте и правильности формы. В отличие от синтеза бриллиантов, процесс этот воспроизводим и в домашних условиях, а технология доступна даже маленькому ребенку (присмотр взрослых обязателен!). Буквально за несколько дней вы можете получить вот такие «сокровища».

Внешне эти кристаллы напоминают драгоценные камни, над которыми поработал огранщик. Но не все они выделяются большими ровными гранями и завораживающей красотой. Невзрачные крупинки соли и сахара – тоже кристаллы! И все-таки общее у этих веществ есть.

Как и все вещества, кристаллы состоят из атомов, ионов и молекул. Частицы вещества в них всегда располагаются в строгом и при этом закономерно повторяющемся порядке. Представьте себе трехмерную конструкцию из частиц (кристаллическую решетку), повторяющуюся во всех направлениях и образующую грани. Этим обусловлена правильная геометрия сформировавшихся кристаллов – они имеют форму симметричных многоугольников.

В природе кристаллы образуются при переходе некоторых веществ из газообразного или жидкого состояния в твердое. Основной способ образования – кристаллизация из расплавов и растворов. Важный фактор – скорость понижения температуры и наличие центров кристаллизации: каких либо дефектов, на которых начинает осаждаться кристаллизуемое вещество.

По понятным причинам, для выращивания кристаллов в домашних условиях используются перенасыщенные растворы, а не расплавы. Чтобы получить быстрый и эффектный результат, хорошо подойдет сульфат алюминия-калия (алюмокалиевые квасцы), химическая формула KAl(SO4)2●12H2O. Это вещество часто входит в состав готовых наборов для выращивания кристаллов.

Для эксперимента потребуется:

стеклянная посуда (например, банка);

Приспособления для размешивания, которые не жалко выбросить.

Внимание! Внешне многие соли похожи. Не оставляйте квасцы (особенно неокрашенные) без присмотра – их можно принять за поваренную соль. Дети должны проводить эксперименты под присмотром взрослых!

Несмотря на то, что в покупных наборах имеется инструкция, вырастить что-то стоящее, соответствующее вашим ожиданиям и обещаниям производителей, получается не так часто. По крайней мере, у моих знакомых лучшим результатом была «колючая ерунда». Да и у нас с сыном сначала ничего не получалось – кристаллы не росли. Залог успеха – получить действительно перенасыщенный раствор соли. Мы, очевидно, раствор не насыщали, стремясь к полному растворению соли, как рекомендовалось в инструкции. Также нам не подошли рекомендации, где указывались пропорции или вес веществ. А вот простой способ – на глаз – сработал.

В идеале для создания раствора нужно использовать очищенную, а лучше – дистиллированную воду. Наличие примесей, в том числе красителей, может влиять на скорость роста и форму кристаллов. У нас все получилось и с обычной водопроводной водой, но кристаллы с красителями, действитель, росли немного медленнее. Воду использовали теплую. В нее постепенно, ложку за ложкой, добавляли соль. Чтобы процесс растворения пошел быстрее, банку с раствором нагрели на водяной бане. До кипения раствор доводить не нужно. Когда соль уже не растворяется (соли на дне не становится меньше), перелейте получившуюся жидкость в другую емкость. А банку с осадком оставьте и соль из нее не выбрасывайте – она вам еще пригодится. Осталось опустить в перенасыщенный раствор затравку – кристаллик соли, закрепив его на ниточке.

Пока он вот такой маленький, но уже через час можно заметить рост, а на нитке начнут образовываться новые кристаллики.

” Почему кристалл растет в перенасыщенном растворе? Потому что ему есть, из чего себя воспроизводить. В случае недонасыщения кристалл будет растворяться вместо того, чтобы расти.

Через несколько часов получается ожерелье. Чем не украшение?

Это поликристалл. Оказалось, что вырастить такой проще, чем отдельный (моно) кристалл.

” К сожалению, эта красота хрупкая. Но продлить ей жизнь можно, покрыв кристаллы бесцветным лаком для ногтей.

Через некоторое время вы заметите, что кристалл замедлил свой рост, а потом и вовсе перестал расти. Это произошло из-за того, что раствор перестал быть насыщенным – часть растворенных в нем солей ушла на строительство, другая часть выпала в виде осадка на дно. Если вы хотите увеличить размер кристалла, следует приготовить свежий раствор. Мы взяли банку с осадком из нерастворившейся соли и перелили туда жидкость с осадком. Дальше повторяем манипуляции с подогревом на водяной бане и, при необходимости, добавляем еще соли. Опускаем «ожерелье» в новый раствор, и через пару дней получаем внушительный «кулон».

Параллельно мы выращивали поликристаллы с другим красителем и без него.

” Обратите внимание, красителя в раствор нужно добавить столько, чтобы цвет раствора был насыщенным, даже темным. Из светлого раствора будет осаждаться лишь слегко окрашенный кристалл!

Во всех образцах в скоплениях кристаллов можно отметить схожесть геометрии – треугольные и прямоугольные грани, симметрию. Но составляющим поликристалл кристалликам далеко до идеала. А все потому, что из-за скученности при росте они мешают друг другу. Нередко так происходит и в природе – кристаллы стремятся к симметрии и правильности, но им могут помешать соседние образования и породы. Поэтому растут они в направлении свободного места, образуя не совсем симметричные формы. В эксперименте наиболее правильным и крупным получился тот самый кристалл, который использовался в качестве затравки. На следующем фото – размеры на третий день.

Попробуем теперь решить задачу по выращиванию монокристалла. Очевидно, что нитку для подвешивания кристалла использовать нельзя – она ворсистая, поэтому на ней оседают и начинают расти другие образования. Вариант с леской реализовать не удалось – из нее кристаллик выскальзывал.

Можно положить затравку прямо на дно, но тогда нужно позаботиться о том, чтобы она не оказалась среди «соседей», выпавших из раствора. Они будут мешать расти нашему «бриллианту», потому что большое количество центров кристаллизации снижает скорость роста основного кристалла. Чтобы минимизировать их количество, насыщенный раствор фильтруют. Для этого используют фильтровальную бумагу или несколько слоев салфеток. В отфильтрованный раствор помещаем зародыш (просто кладем на дно).

” Уделите внимание подбору формы зародыша. Я сняла крошечный кристаллик с нитки из предыдущего опыта, который по форме напоминал крошечную пирамидку. Можно что-то выбрать из осевших на дно кристаллов (тоже из предыдущего опыта) или из россыпи соли.

На следующий день наш ждал сюрприз – в растворе росла не только пирамидка, но и еще один кристалл симметричной формы, причем, по росту он опережал затравку, вероятно, выпал из раствора. Так они и росли вместе, пока позволяла насыщенность.

Кажется, что формы кристаллов сильно отличаются. Но на самом деле можно рассмотреть, что наш «сюрприз» – это половинка сильно усеченного октаэдра.

А четырехугольная пирамида – половина октаэдра традиционного, хотя и у нее немного скошена одна грань – это влияние примесей. И все равно получилось красиво и похоже на драгоценные камни! Особенно эффектно смотрятся подсвеченные кристаллы.

А у меня теперь есть колечко с самодельным бриллиантом!

Алюмокалиевые квасцы как вырастить кристалл

Большинство детей с радостью откликнутся на предложение провести дома какие-нибудь химические опыты. Конечно, самыми желанными будут эксперименты, которые сопровождаются искрами, дымом или появлением большого количества цветной пены. Вот только чем ярче и эффектнее реакция, тем сложнее обеспечить безопасность присутствующих.

Именно поэтому выращивание кристаллов в домашних условиях – не только одно из самых простых и доступных развлечений (с возможностью расширить знания по химии), но и вполне безопасное. Впрочем, разумные меры предосторожности нужно соблюдать всегда!

Ещё один плюс – результат опытов по кристаллизации вполне осязаем и способен длительное время удивлять друзей, родственников и знакомых.

Итак, начинаем! Для получения любых кристаллов нам понадобятся:
– две ёмкости из стекла или пластика объёмом 300-500 мл (завершив опыты, никогда не используйте эти ёмкости для приготовления или употребления пищи или напитков!) ;
– палочка для размешивания из стекла или дерева;
– фильтровальная бумага;
– воронка;
– тонкие латексные перчатки
– пинцет
– палочка-перекладина (подойдёт обычный карандаш);
– тонкая леска (можно и нитку, но на ней будут постоянно нарастать мелкие кристаллики);
– какая-либо соль, например, хлористый калий, медный купорос, хромокалиевые квасцы и т. п. (подробнее о подходящих реактивах – ниже).

Сразу определите место, где ёмкость с раствором сможет безопасно стоять долгое время. Также это место должно находится подальше от батареи.

Ну и запаситесь терпением. Кристаллизация – процесс длительный, занимающий от нескольких дней до двух-трёх недель.

Техника выращивания кристаллов всегда одна и та же, поэтому подробно опишем её только один раз.

Кристаллы из медного купороса (он же сульфат меди (II) или медь сернокислая)

Начать экспериментировать с самостоятельным выращиванием кристаллов можно и с простой поваренной соли, но для ребёнка, скажем честно, это будет скучно – кристаллики получаются белыми и “обычными”.

Поэтому мы советуем стартовать с изготовления синих кристаллов медного купороса.

Минимальная фасовка медного купороса, которую можно купить в нашем интернет-магазине – 100 грамм – https://lenreactiv-shop.ru/katalog-2/med-sernokislaya-ii-5-vodnaya-chda/

Этого более чем достаточно для начала. Если будете покупать сульфат меди в другом магазине, обязательно убедитесь, что реактив имеет голубой цвет (а не зеленоватый, как это часто бывает при нарушении срока или условий хранения). Ещё мы не рекомендуем покупать медный купорос в хозяйственных магазинах или в отделах для садоводов – там обычно продают не лабораторный реактив, а технический химикат с кучей примесей и включений. А примеси и включения – главный враг красивых кристаллов.

Готовим рабочее место (не на кухне, исключаем любой контакт с продуктами, убираем всё лишнее, поверхность покрываем чем-нибудь, что будет защищать её от случайных капель, например, газетами), ёмкости, в которых будем готовить раствор (банки или лабораторные стаканы на 300-500 мл.), палочку для перемешивания, воронку, фильтровальную бумагу, примерно поллитра горячей воды.

Надеваем перчатки. Готовим концентрированный насыщенный раствор, постепенно добавляя в ёмкость небольшие порции воды и реактива и постоянно перемешивая раствор – последняя порция купороса не должна раствориться, оставшись осадком на дне.

Фильтруем получившийся раствор через воронку с фильтровальной бумагой. Оставляем ёмкость с раствором на 10-15 часов, ничем не закрываем.

Через 10-15 часов на дне ёмкости появится множество мелких кристалликов. Выбираем пинцетом несколько самых крупных – они будут служить затравкой. Не трогайте кристаллики руками – оставшийся на них жир с пальцев приведёт к нарушению формы растущего кристалла.

Раствор снова фильтруем. Затравочный кристаллик обвязываем леской, другой конец лески привязываем к середине карандаша и опускаем леску в раствор так, чтобы кристаллик расположился посередине ёмкости. В таком положении он будет равномерно расти во все стороны.

Можно подвесить сразу несколько лесок с кристалликами.

Ёмкость с кристалликами накрываем бумагой и помещаем в такое место, где её никто случайно не заденет и не опрокинет, подальше от батареи. Раз в неделю фильтруем раствор.

Как результат, за 2-4 недели появятся большие синие кристаллы, напоминающие не совсем правильные параллелепипеды. Промойте их под водой, дайте высохнуть и покройте слоем прозрачного лака (например, для ногтей). Без лака кристаллы быстро начнут трескаться.

Кристаллы из меди уксуснокислой (она же ацетат меди)

Насыщенный раствор готовим в холодной воде.

Техника выращивания кристаллов из ацетата меди стандартная. Основная тонкость – не допускать резких колебаний температуры раствора, пока идет процесс кристаллизации. Иначе кристаллы могут потрескаться.

Чистый ацетат меди даёт правильные монокристаллы чеёрно-зеленого цвета. Не забывайте покрывать их лаком, иначе кристаллы быстро выветриваются!

Кристаллы из калия хлористого (он же хлорид калия)

Техника выращивания кристаллов из хлорида калия стандартная. Также не следует допускать резких колебаний температуры раствора, пока идет процесс кристаллизации.

Из хлорида калия получаются крупные прозрачные монокристаллы.

Покрываем их прозрачным лаком и наслаждаемся.

Кристаллы из хромокалиевых квасцов

Техника выращивания кристаллов из хромокалиевых квасцов стандартная.

На наш вкус, получаются одни из самых красивых кристаллов – тёмно-фиолетовые октаэдры. Увы, но хранятся они плохо, даже покрытые лаком.

Единственный способ сохранить хромокалиевые кристаллы подольше – поместить их в прозрачное масло, например, вазелиновое.

Кристаллы из аммония фосфорнокислого

Техника выращивания кристаллов из аммония фосфорнокислого стандартная.

На выходе – поликристаллы различной формы. Не забываем покрывать лаком.

Разумеется, мы перечислили далеко не все химические соединения, из которых получаются кристаллы. Но начинать советуем с тех, которые мы рассмотрели в этом материале.

Алюмокалиевые квасцы как вырастить кристалл

Страницы

пятница, 10 ноября 2017 г.

Как вырастить кристаллы в домашних условиях

Производители современных игрушек, предназначенных для организации познавательного детского досуга, сегодня часто предлагают готовые наборы для выращивания кристаллов в домашних условиях. Но было бы ошибочно думать, что это занятие является разработкой нашего времени и достижением современной химической промышленности.

Книга, по материалам которого наш ретро-блог сегодня готовит публикацию, была выпущена в 1875 году и своей основной целью считала необходимость донести до юных читателей как можно больше полезной практической информации, способствующей развитию детского мышления и расширению его кругозора.

Одна из обширных глав этого издания была посвящена тому, как вырастить кристалл в домашних условиях, воспользовавшись любым (или даже всеми сразу) предложенным в книге ингредиентом. Научившись выращивать кристаллы, с их помощью можно создавать красивые декоративные элементы, которые могут стать оригинальным елочным украшением или частью праздничного декора интерьера.

Общие правила выращивания кристаллов

• Перед тем как приступить к практической части, хочется предупредить: выращивание кристаллов не терпит суеты: красота их формы напрямую зависит от условий, в которых находится раствор. Сосуд, где происходит рост кристаллов, необходимо убрать в такое место, где его никто не потревожит и не сможет случайно задеть, толкнуть, опрокинуть. Любое неосторожное движение может привести к тому, что кристалл получится не таким крупным, ровным и красивым, как хотелось бы.
• Чтобы получить крупные кристаллы, количество воды нужно увеличить: чем больше по размеру должен быть кристалл, тем больше воды необходимо брать для растворения исходного ингредиента. Большинство компонентов чувствительны к качеству воды и могут вступать в реакцию с примесями, входящими в ее состав, поэтому желательно брать фильтрованную или дистиллированную воду.
• Чем меньше нагревают раствор – тем лучше для кристаллов, т.к. в нагретой и отстоявшейся воде получаются более крупные и более ровные образования. Как только на дне сосуда появляются кристаллы, следует отобрать и вынуть самые мелкие, оставив одни крупные. Оставшиеся кристаллы каждое утро очень осторожно тонкой палочкой переворачивают на другую сторону – так нарастание слоев получается равномерным.

Кристаллы из квасцов

Для выращивания кристаллов понадобятся квасцы: для получения крупных и прозрачных многогранников подойдут алюмоаммонийные или алюмокалиевые (жженые) квасцы; для создания красивого фиолетового цвета к жженным квасцам обычно добавляют еще хромокалиевые квасцы.

Если в работе использовать только хромокалиевые квасцы, то кристалл может получиться темно-фиолетового или почти черного цвета. Бледно-розовые или с сиреневым оттенком многогранные кристаллы получают с помощью железоаммонийных квасцов.

Также разноцветные кристаллы можно получить и с помощью некоторых красящих веществ: так, к примеру, желтый цвет дает насыщенный раствор куркумы; красный цвет – отвар сандала; голубой – медный купорос. Также можно воспользоваться и современными пищевыми красителями.

Приготовление раствора

Квасцы измельчают до порошкообразного состояния и растворяют в горячей воде. Количество исходных ингредиентов определяют на глаз: квасцов насыпают в воду столько, чтобы получился перенасыщенный раствор, т.е. они перестали растворяться. Если полученный раствор кажется мутным, то его процеживают через фильтровальную бумагу (можно воспользоваться современным кофейным фильтром).

Раствор остужают и оставляют в состоянии покоя на сутки: в течение этого времени большая часть квасцов осядет на дно сосуда в виде кристаллов. Эти кристаллы могут быть использованы и для декорирования различных предметов: если сделать из проволоки корону, обмотать все ее элементы шерстяной нитью и погрузить в раствор квасцов, через сутки она покроется кристаллами, как драгоценными камнями.

Выращивание кристаллов из соли

Одним из популярнейших ингредиентов для выращивания кристаллов является самая обычная поваренная соль. Для приготовления раствора в неметаллический сосуд наливают теплую воду и растворяют в ней соль по тому же принципу, что и в случае с кристаллами из квасцов: раствор должен получиться настолько насыщенным, чтобы соль перестала растворяться.
(Точно также выращивают кристаллы и из сахара)

Важный момент: для приготовления раствора в современных условиях следует обратить внимание на то, чтобы в поваренной соли не было антислеживающего компонента, который препятствует образованию красивых кристаллов.

На несколько часов сосуд помещают в теплое место, пока не испарится примерно третья часть приготовленного раствора, после чего емкость перемещают в более прохладное место. Вооружившись терпением, в скором времени на дне сосуда можно будет обнаружить прозрачные соляные кубики. Если же этот раствор в зимнее время при температуре около – 10 градусов, поместить за окно, то кристаллы будут формироваться в виде шестиугольных пластинок.

С помощью такого раствора можно приготовить фигурные елочные украшения, сделав каркас будущей игрушки из проволоки и обмотав его шерстяной нитью. Насыщенный соляной раствор разливают в несколько сосудов, в каждый из них добавляют разные красящие вещества и погружают подвешенные на палочке заготовки из проволоки.

Также оригинальные игрушки можно сделать, если вырезать заготовки из фетра – благодаря своей текстуре, фетр хорошо впитывает соляной раствор и фигурка полностью покрывается мелкими кристаллами.

Кристаллы из соды

Кристаллы из пищевой соды выращиваются по тому же принципу, что и соляные. Но для создания насыщенного раствора очень важно, чтобы вода была как можно мягче и чище, в идеале – дистиллированная, ну или хотя бы хорошо отфильтрованная.

В горячей воде растворяют соду до получения насыщенного раствора (сода перестает растворяться), после этого раствор фильтруют и емкость убирают в теплое место. Через какое-то время на дне и стенках сосуда начинают появляться кристаллы. Этот момент является самым удачным для помещения в емкость какого-нибудь предмета, контуры которого постепенно будут обрастать кристаллами.

Следует помнить, что в отличие от кристаллов, полученных из соли и квасцов, сода сильно подвержена воздействию влаги, содержащейся в воздухе, поэтому эти кристаллы могут легко разрушаться. Чтобы защитить их от деформации, содовые кристаллы хранят в плотно закрытом сосуде.

Кристаллы из селитры

В небольшую емкость высыпают около 100 г любого вида селитры и заливают ее 50 мл воды. Эту смесь помещают на огонь и некоторое время нагревают, доведя до кипения. Готовый раствор процеживают через марлю или фильтровальную бумагу и остужают.

По мере остывания раствора в осадок будут выпадать мелкие ярко-белые кристаллы. При желании получить более крупные кристаллы, необходимо на то же количество селитры взять около 450 мл воды – после остывания будут получаться продолговатые шестиугольные кристаллы.

Если же смешать истолченную в порошок селитру с поваренной солью, растворить эти вещества в воде, прокипятить и остудить, то в итоге можно получить кристаллы сразу двух видов.

Выращивание кристаллов из купороса

Очень красивыми получаются кристаллы, выращенные таким способом: в двух разных сосудах готовят насыщенные растворы медного и железного купороса. Вода для приготовления растворов также должна быть максимально чистой – фильтрованной или, в идеале, дистиллированной.

Оба сосуда помещают на водяную баню и нагревают, помешивая, до полного растворения купороса. В процессе охлаждения из железного купороса получаются зеленые кристаллы, из медного – голубые. Зеленый кристалл обвязывают ниткой и аккуратно погружают в раствор медного купороса. Через какое-то время этот кристалл покроется голубым слоем; после этого его вынимают из сосуда и погружают в раствор железного купороса, который даст кристаллу слой зеленого цвета.

Таким образом процедуру погружения в разные сосуды повторяют до тех пор, пока не образуется большой кристалл, состоящий из красивых зеленых и голубых слоев.