Выращивание кристаллов искусственного кварца. Как вырастить кварц в домашних условиях


Выращивание кристаллов искусственного кварца | Экологичные штучки

Как известно, кварц – это основной компонент фотоэлемента. Его распространенность в природе очень высока, но не смотря на этом, в чистом виде кварц практически не встречается. Что представляет из себя кристалл кварца? Это  кремзем (двуокись кремния SiO2) с различными примесями, которые определяют цвет кристалла.

Семейство кремзема достаточно обширно и включает в себя различные драгоценные и полудрагоценные камни: горный хрусталь, аметист, цитрин, дымчатый и розовый кварц, асбест и т.д. В производстве солнечных панелей  можно использовать различные виды кварца, но чаще используют дымчатый кварц.

К сожалению, выращивание кварца в домашних условиях практически невозможно, кристаллы достаточного размера и нужной формы выращивают, а точнее запекают при 400 С в автоклавах. Если  в обычную воду добавит различные щелочи, кварц и запечь получившуюся смесь в автоклаве под высоким давлением и температурой, то растворимость кварца увеличится.  Примерно по такому же принципу кристаллы выращивает мать-природа.

В производстве этот процесс усложнен и в более сложном виде он выглядит следующим образом. Температура в автоклаве распределяется неравномерно. В нижней части установки температура достигает 400 С, а то время как в верхней части не достигает и 360 С. В верхней части автоклава устанавливают «затравочные» пластины кварца. При интенсивном нагреве «кварцевой пищи», расположенной на самом дне установки и высоком давлении на нее, микрочастицы кварца растворяются в щелочной ванне  и кремзем при помощи конвекционных потоков поднимается выше, к «затравочным» пластинам. На затравочных пластинах кварц (точнее его микрочастицы в виде кремзема) оседает и растет по специальным «осевым» направляющим с примерной  скоростью в 1 мм/сутки.

Сам автоклав – особым образом устроенный герметичный сосуд, должен выдерживать давление до 2000 атм. и температуру более 400 С. Кроме того, сосуд должен быть устойчив к химическому воздействию щелочей и их соединений.  Изготовление такой установки требует больших денежных и ресурсных затрат, к тому же, для обеспечения нормальной работы автоклава,  требуются высококвалифицированные инженеры. 

Если вы много времени проводите за рулем, тогда вам стоит установить детектор cobra 955, который поможет без происшествий ездить по дорогам. Тем более, что узнать все характеристики модели можно запросто в сети.  

ecofriendly.ru

Выращивание кристаллов в домашних условиях

Введение

1. Теория кристаллов.Кристаллы — это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например, крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы. Кристаллическую структуру имеют металлы. Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строение никак не проявляется ни во внешнем виде куска, ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии. Дело здесь в том, что обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом  маленьких кристалликов. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объеме, значительно превышающем объем отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям. Твердое тело, состоящее из большого числа одиночных кристалликов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами. К поликристаллам относятся не только металлы. Большинство кристаллических тел — поликристаллы, так как они состоят из множества сросшихся кристаллов. Одиночные кристаллы — монокристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлениям.

Жидкие кристаллы — вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой — расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах жидкие кристаллы замерзают, превращаясь в твёрдые тела. Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Свойствами жидких кристаллов можно управлять, подвергая их действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров. Соблюдая большие предосторожности, можно вырастить кристалл больших размеров — монокристалл.

В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело — поликристалл (рис. 1).

 Рисунок 1. Поликристалл меди

Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

Если кристаллизация идёт очень медленно, то получается один большой кристалл, если быстро — множество мелких кристаллов Выращивание кристаллов производят разными способами:

1. Охлаждение насыщенного раствора.

С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее, и правильных кристаллов при этом не получится (см. рис. 2)

 Рисунок 2. На стенках сосуда образовались множество различных мелких кристалликов

2.Постепенное удаление воды из насыщенного раствора

В этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок — вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги или прикрыть марлей). Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор (см. рис. 3).

Рисунок 3. Кристалл, полученный на дне сосуда из раствора медного купороса с добавлением соли и железных опилок

3. Быстрое удаление  воды из насыщенного раствора

В этом случае кристаллы получаются правильной формы, с острыми гранями, но мелкими (раствор находился в широком сосуде рядом с нагревателем) (см. рис. 4)

  Рисунок 4. Монокристаллы, полученные при быстром испарении раствора

Выращивание кристаллов — процесс интересный, занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить таким способом, неограничен. Если выращенный кристалл оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить кристалл от разрушения, его можно покрыть бесцветным лаком.

Методы выращивания кристаллов

В исследовательских лабораториях и промышленности выращивают кристаллы из паров, расплавов и растворов, из твердой фазы, синтезируют путем химических реакций, осуществляют электролитическую кристаллизацию, кристаллизацию из гелей и другие. В настоящее время для получения совершенных кристаллов большого диаметра чаще всего применяют следующие методы выращивания:- из газовой (паровой) фазы при градиенте давления, - из расплавов при температурном градиенте,- из растворов при градиенте концентрации на границе раздела кристалл-раствор.

Кристаллизация из паровой (газовой) фазы широко используется для выращивания как массивных кристаллов, так и эпитаксиальных пленок, тонких (поликристаллических или аморфных) покрытий, нитевидных и пластинчатых кристаллов. Конкретный метод выращивания выбирают в зависимости от материала. В методах выращивания, основанных на физической конденсации кристаллизуемого вещества, вещество поступает к растущему кристаллу в виде собственного пара, состоящего из молекул их ассоциаций – димеров, триммеров и так далее. В методе синтеза в паровой фазе кристаллизуемое соединение образуется в результате реакции между газообразными компонентами непосредственно в зоне кристаллизации.

Кристаллизация из расплава – это наиболее распространенный способ выращивания монокристаллов. В настоящее время более половины технически важных кристаллов выращивают из расплава. Веществами, наиболее подходящими для выращивания из расплава, являются те, которые плавятся без разложения, не имеют полиморфных переходов и характеризуются низкой химической активностью [1]. Методами кристаллизации из расплава выращивают элементарные полупроводники и металлы, оксиды, галогениды, халькогениды, вольфраматы, ванадаты, ниобаты и другие вещества. В ряде случаев из расплава выращиваются монокристаллы, в состав которых входит пять и более компонентов. При кристаллизации из расплава важно учитывать процессы, влияющие на состав расплава (термическая диссоциация, испарение, взаимодействие расплава с окружающей средой), процессы на фронте кристаллизации, процессы теплопереноса в кристалле и расплаве, процессы массопереноса (перенос примесей, обусловленный конвекцией и диффузией в расплаве) [2].

Кристаллизацию из растворов применяют при выращивании веществ, разлагающихся при температурах ниже температуры плавления. Рост кристаллов осуществляется при температурах ниже температуры плавления, поэтому в выращенных такими методами кристаллах отсутствуют дефекты, характерные для кристаллов, выращенных из расплава. При выращивании кристаллов из растворов движущей силой процесса является пересыщение. Методом температурного перепада выращивают, например, кристаллы дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония. Скорость роста кристаллов в таких условиях составляет около 1 мм/сут. Кристаллы весом 400 г. растут в течение 1,5-2 месяцев [2].

Кристаллы и их применение.

Живя на Земле, сложенной кристаллическими породами, мы, безусловно, никак не можем отвлечься от проблемы кристалличности: мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими... Изучением многообразия кристаллов занимается наука кристаллография. Она всесторонне рассматривает кристаллические вещества, исследует их свойства и строение. В давние времена считалось, что кристаллы представляют собой редкость. Действительно, нахождение в природе крупных однородных кристаллов – явление нечастое. Однако мелкокристаллические вещества встречаются весьма часто. Так, например, почти все горные породы: гранит, песчаники, известняк–кристалличны. По мере совершенствования методов исследования кристалличными оказались вещества, до этого считавшиеся аморфными. Сейчас мы знаем, что даже некоторые части организма кристалличны, например, роговица глаза, витамины, миелиновая оболочка нервов – это кристаллы. Долгий путь поисков и открытий, от измерения внешней формы кристаллов в глубь, в тонкости их атомного строения еще не завершен. Но теперь исследователи довольно хорошо изучили его структуру и учатся управлять свойствами кристаллов.

Кристаллы – это красиво, можно сказать, чудо какое-то, они притягивают к себе, являются промежуточным звеном между живой и неживой материей. Кристаллы могут зарождаться, стареть, разрушаться. Кристалл, когда растет на затравке (на зародыше), наследует дефекты этого самого зародыша.

Кристалл чудодейственен своими свойствами, он выполняет самые разные функции. Эти свойства заложены в его строении, которое имеет решетчатую трехмерную структуру. Как пример использования кристаллов можно взять кристалл кварца, который используется в телефонных трубках. Если на пластинку из кварца воздействовать механически, то в ней в соответствующем направлении возникнет электрический заряд. В трубке микрофона кварц преобразует механические колебания воздуха, вызванные говорящим, в электрические. Электрические колебания в трубке абонента преобразуются в колебательные, и, соответственно, он слышит речь. Будучи решетчатым, кристалл ограняется и каждая грань, как личность, своеобразна. Если грань плотно упакована в решетке материальными частицами(атомами или молекулами), то это очень медленно растущая грань. Например, алмаз. У него грани имеют форму октаэдра, они очень плотно упакованы атомами углерода, и отличаются в силу этого и блеском, и прочностью.

Практическая часть

Название работы: Выращивание кристаллов поваренной соли, медного купороса и сахара в домашних условиях

Цель: Вырастить кристаллы из насыщенных растворов соли, медного купороса, сахара и убедиться на опыте в том, что кристаллы данных веществ имеют правильную форму.

Актуальность выбранной темы.

Окружающий нас мир состоит из кристаллов, можно сказать, что мы живем в мире кристаллов. Жилые здания и промышленные сооружения, самолеты и ракеты, теплоходы и тепловозы, горные породы и минералы слагаются из кристаллов. Мы едим кристаллы, лечимся ими и частично состоим из кристаллов. Кристаллы – это вещества, в которых мельчайшие частицы “упакованы” в определенном порядке. В результате при росте кристаллов на их поверхности самопроизвольно возникают плоские грани, а сами кристаллы принимают разнообразную геометрическую форму. Интересно происхождение слова “кристалл”. Много веков назад в снегах Альп на территории современной Швейцарии нашли очень красивые бесцветные кристаллы, напоминающие чистый лед. Древние натуралисты так их и назвали – “кристаллос”, по-гречески лед. Полагали, что лед, находясь длительное время в горах, на сильном морозе, окаменевает и теряет способность таять. Аристотель писал, что “кристаллос рождается из воды, когда она полностью утрачивает теплоту”. Еще в средних веках этот термин “кристалл” применялся исключительно к кварцу. Вместе с тем большая часть природных минералов обладает кристаллическим строением. Первые минералоги интересовались прежде всего, именно формой кристаллов, разнообразие которой поражает. Знаменитый русский кристаллограф Е.С. Федоров, который теоретически вывел законы построения кристаллов, говорил: “Кристаллы блещут симметрией”. Кристаллы действительно так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Многие ученые, внесшие большой вклад в развитие химии и минералогии, начинали свои первые опыты с выращивания кристаллов, пытаясь понять, как они образуются.

И я решил начать свою исследовательскую работу, поставив цель: получить кристаллы различных веществ в домашних условиях.

Цель исследования: исследование зависимости формы и размеров кристаллов от температуры

Задачи исследования:1. Вырастить монокристалл.2. Вырастить поликристалл.

Объект исследования:1. раствор медного купороса2. раствор поваренной соли3. раствор сахара

Предмет исследования: кристаллы соли и сахара

Эксперимент № 1.Выращивание кристаллов поваренной соли

Этот процесс не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. Насыпал пищевую соль в стакан с водой при температуре 20°С и оставил на несколько минут, предварительно помешав. За это время соль растворилась. Затем добавил ещё соль и снова перемешал. Повторял этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана. Так я получил насыщенный раствор соли. Перелил его в чистый стакан такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне. Выбрал один более крупный кристаллик поваренной соли и положил его на дно стакана с насыщенным раствором. Уже через 3 дня было заметно значительный для кристаллика рост. С каждым днём он увеличивался. Затем проделал всё то же ещё раз (приготовил насыщенный раствор соли и опустил в него этот кристаллик), он стал расти гораздо быстрее — от размеров 0,3 до 0,9 см за следующие 3 дня (см. рис. 5)

Рисунок 5. Бесцветные прозрачные кубики поваренной соли

Эксперимент № 2. Выращивание кристаллов медного купороса

Раствор медного купороса приготовил следующим образом: налил воды в стакан (200 г) и поставил его в кастрюлю с тёплой водой при 50°С и начал растворять 100 г порошка медного купороса. Также, как и раствор поваренной соли, оставил на несколько дней. Сначала способом быстрого испарения в открытом сосуде на стенках получил монокристалл медного купороса (см. рис. 6)

Рисунок 6. Монокристалл, зародыш для поликристалла

Затем поместил его в новый раствор для дальнейшего наращивания при комнатной температуре и закрытом сосуде. Через 2 недели получил поликристалл размером 2,8 см (см рис. 7).     

 Рисунок 7. Поликристалл размером 2,8 см

Эксперимент №3. Выращивание кристаллов сахара

Для того, чтобы вырастить кристалл из сахара, нужно вскипятить воду и налить кипяток в стакан. Затем начать насыпать в воду сахар и постоянно помешивать. Продолжать делать это до тех пор, пока сахар не перестанет растворяться, т.е. пока раствор не станет перенасыщенным.

Возьмите не слишком длинную тонкую нитку. Один конец нитки привяжите к карандашу прямо по центру, а ко второму концу привяжите маленький кристаллик сахара (рис.8).

Рисунок 8. Затравка на карандаше

Положите карандаш на стакан с сахарным раствором, а нитку опустите. Дальше вам остается только ждать. В лучшем случае небольшой кристалл сахара сможет вырасти за 2-3 дня, а в худшем – вам придется ждать заметного результата полтора-два месяца (рис. 9).

Рисунок 9. Выращенный кристалл сахара

Заключение

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях – это очень интересное и увлекательное занятие, позволяющее сознательно отнестись к закономерностям природы. Работа по выращиванию кристаллов сделала меня более наблюдательным, расширила мой кругозор, приобщила к науке, позволила удивляться. Переживание “чуда” выращивания принесло мне много положительных эмоций и ярких впечатлений. Исследовательская работа приоткрыла мне дверь в загадочную страну кристаллов и минералов.

Полученные мною кристаллы можно использовать на уроках химии и физики как демонстрационный материал.

Литературные источники:

1. Энциклопедический словарь2. МЕГАЭНЦИКЛОПЕДИЯ КИРИЛЛА И МЕФОДИЯ http://www.megabook.ru3. Зоркий П. М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: изд-во МГУ, 1986. – 232 с.4. Лихачёв В. А., Малинин В. Г. Структурно-аналитическая теория прочности. — СПб: Наука. — 471 с.5. Шаскольская М. П.. Кристаллы. М.: Наука, 1985. 208 с.6. Материалы Интернета.

Работу выполнил: Смоленников Павел Сергеевичученик 11 «Б» класса

Научный руководитель: Крестьянникова Елена Валериевнаучитель химии, 1-ой категории

КГУ «Средняя школа №12 поселка Осакаровка»акимата Осакаровского районаКарагандинской областиРеспублика Казахстан

livescience.ru

Современные технологии выращивания камней – Ярмарка Мастеров

Современные технологии выращивания камней достигли такого уровня, что определить происхождение камня иногда возможно только в лаборатории специалиста-геммолога.

Что же такое синтетический камень? В ювелирных изделиях используются самые разные материалы. Иногда это природные камни, иногда — имитации, похожие только внешне, но отличающиеся от природных камней по составу и свойствам. А иногда это синтетические камни, которые являются полными аналогами природных, но получены (выращены) человеком искусственно.

Рубин и сапфир

Первые сведения о получении синтетических камней относятся к 1885 году. В 1891 году французский исследователь-минералог Вернейль делает заявление в широкой печати об открытии метода выращивания синтетического рубина, позволяющего получать кристаллы, приемлемые для ювелирного использования по размеру, цвету и прозрачности.

Некоторые характерные признаки (изогнутые линии роста и газовые пузырьки), отличающие вернейлевские корунды от их природных аналогов, связаны со спецификой процесса их выращивания, наиболее важное условие этого процесса — чистота шихты, а также кислорода и водорода, используемых в горелке.

Синтез драгоценных камней осуществляется из расплава, получаемого при плавлении шихты (в случае синтеза рубина шихта представляет собой смесь окислов алюминия и хрома). Печь сконструирована таким образом, что шихта осыпается вниз небольшими порциями в потоке кислорода, попадая в камеру горения, куда подается водород, и где расположена горелка. Здесь шихта плавится, а получившаяся капля попадает на керамическую подложку, на которой вначале образуется конус, переходящий потом в цилиндр — монокристалл. Полученный кристалл называется булей, размер которой обычно составляет в длину 5-10 см при диаметре около 2 см (современные технологии позволяют получать були до 60-70 см в длину). Для получения були среднего размера требуется около 4 часов. Полученные кристаллы обладают сильным внутренним напряжением и часто раскалываются на несколько частей.

Буля розового сапфира

Этим же способом можно выращивать аналоги природной шпинели, используя в качестве шихты окислы алюминия и магния. Полученные кристаллы окрашивают окисью кобальта в синий цвет, окислами марганца — в бледнозеленый и окислами железа — в бледно-розовый цвет

Синтетический звездчатый корунд.

В 1947 году появилась серия звездчатых сапфиров и рубинов, изготовленных в виде буль, содержащих, кроме обычно используемых окрашивающих реагентов, примесь титана. Отжиг материалов проводили в интервале температур от 1100 до 1500°С в течение периода времени от 2 до 72 часов. В процессе такой обработки окись титана кристаллизуется в виде коротких мелких кристаллов рутила, ориентированных под углами 120° согласно кристаллохимическим направлениям в решетке корунда.

Выращенные камни, в том числе звездчатый сапфир

В кабошонах, обработанных таким образом, чтобы их ось совпадала с оптической осью корунда, видна сверкающая звезда из шести лучей, создаваемая игрой отраженного света. Таким образом, метод Вернейля вторгся в область, где природу, казалось бы, невозможно изменить.

Методом Вернейля к настоящему времени удалось вырастить более ста различных видов кристаллов. Однако наибольшее промышленное значение он имеет, как правило, при выращивании рубина, сапфира и других окрашенных разновидностей корунда, включая и звездчатые камни, а также шпинели.

Изумруд

Гидротермальный метод получения изумруда основан на растворении дробленого берилла (изумруд) и последующего отложения на берилловую затравку в водных растворах при высоких температурах и давлениях в специальных сосудах (автоклавах). Материал шихты растворяется в более горячей зоне и переносится в более холодную, где осаждается на затравках осуществляя процесс роста. Дробленый изумруд низкого сорта, называемый шихтой, растворяется в более горячей зоне совместно с химикатами, содержащими хромофоры, (окрашивающие примеси, которые определяют окраску природных изумрудов, а именно ванадий и хром), и отлагается в более холодной зоне на затравках из природного берилла уже в виде изумруда.

Изумруды, выращенные гидротермальным и раствор-расплавным методом: сырье и ограненные камни (коллекция ГЦ МГУ)

Многие открытия в этой области принадлежат ныне покойному доктору Александру Лебедеву, который руководил первой группой исследователей. Дальнейшее развитие технологии выращивания "платиновой" разновидности гидротермального изумруда принадлежит Алексею Ильину, а аквамарина и корундов (рубин и сапфиры) — Виктору Томасу и Вадиму Мальцеву. Colombian Color Created Emeralds (изумруд колумбийского цвета) — последнее достижение в области гидротермальный изумруд принадлежит Дмитрию Фурсенко и Виктору Томасу.

Кварц

Производство Кварца по сравнению с теми же алмазами или изумрудами не вызывает больших трудностей. Его растят гидротермальным способом в стальных автоклавах; скорость роста кристаллов при этом до 0,5 мм в сутки. Синтетическому Кварцу можно придать любой оттенок, как имитирующий природный, так и фантазийный, в природе не встречающийся. Например, ярко-синий Кварц получают путем добавления кобальта; цитриновую окраску обеспечивает железо; чем его больше, тем цвет ярче, до оранжево-красного. Черный морион можно вырастить, увеличив концентрацию алюминия, так же получают и раух топаз — дымчатый Кварц. Одна из популярнейших разновидностей Кварца — аметист — получается после ионизирующего облучения синтетического дымчатого Кварца. Его чрезвычайно трудно отличить от природного, поэтому он очень популярен. Синтетический аметист чаще всего очень яркий и чистый, без дефектов и неоднородностей, равномерной глубокой окраски; камни могут быть очень крупными, но иногда их цвет меняется при солнечном и искусственном освещении.

Среди ювелирных камней особое место занимают синтетические камни, не имеющие природных аналогов. В течение долгого времени в нашей стране интенсивно развивались технологии выращивания подобных кристаллов, поскольку они находят широкое применение в научных и технических целях, например в лазерной технике, где особенно важны чистота и бездефектность кристаллов. Именно эти свойства в сочетании с возможностью получать кристаллы различных цветов привлекли внимание ювелиров. В настоящее время синтетические камни, не имеющие природных аналогов, широко применяются в ювелирном деле, либо самостоятельно, либо в качестве имитаций более дорогих природных ювелирных камней.

Муассанит и цинкит

В какой-то мере к категории описываемых ювелирных синетических камней можно отнести и камни, имеющие природные аналогами, но природные камни встречаются в виде мельчайших индивидов, поэтому они в ювелирном деле не применяются. Наиболее известным среди таких камней является муассанит, к числу менее известных относится цинкит. Оба имеют высокий показатель преломления. Муассанит с 1996 применяется в качестве имитации алмаза, а цинкит менее распространен поскольку обладает невысокой твердостью.

Кристалл синтетического муассонита                                                               Цинкит         

ИАГ и ГГГ

Иттрий-алюминиевые гранаты и некоторые другие разновидности синтетических гранатов появились в начале 60-х годов и завоевали широкое признание на ювелирном рынке как ограночный материал. Наибольшее распространение среди синтетических гранатов получили иттрий-алюминиевые (ИАГ) и гадолиний-галлиевые (ГГГ). Кристаллы ИАГ и особенно ГГГ находят широкое применение в науке и технике и именно это стимулировало развитие работ по их синтезу и выращиванию. Применению синтетических гранатов как ювелирных камней способствовало разработка экономически выгодных методов их выращивания — методы направленной кристаллизации и зонной плавки.

Иттрий-алюминиевый гранат является единственным из синтетических гранатов, который до сих пор используется в ювелирных изделиях в качестве имитаций ювелирных камней. Беспримесные ИАГ бесцветны, введение примесей позволяет получать различные окраски, например, примесь хрома — зеленый цвет, кобальта — синий, марганца — красный, титана — желтый. Бесцветный ИАГ применяется в качестве имитации алмаза, а зеленый настолько похож на демантоид, что визуально отличить его практически невозможно.

Гадолиний-галлиевый гранат представляет собой прозрачный материал со слабым коричневым оттенком и очень сильный блеском, одно время имел некоторый успех в качестве имитации алмаза. Диагностические свойства ГГГ приведены в таблице. Следует отметить его невысокую твердость, которая не позволила ему получить широкое распространение в качестве ювелирного материала.

ИАГ имитация изумруда

Среди внутренних особенностей в синтетических гранатах часто наблюдаются зональность, газовые и твердые включения, блочность и трещиноватость. Диагностика ИАГ и других синтетических гранатов особых затруднений не вызывает

Фианит

В последнее время наиболее популярным из всех синтетических материалов, имитирующих алмаз, является фианит — стабилизированная кубическая окись циркония. Впервые кристаллы фианита были выращены в середине 60-х годов в нашей стране в Физическом институте им. П.И. Лебедева А.Н. СССР (ФИАН), в честь которого и были названы полученные кристаллы. Для выращивания кристаллов фианита в настоящее время применяется метод гарнисажной плавки. Обладая набором важных для использования в научных и технических целях свойств, фианиты, тем не менее, очень скоро после разработки метода их получения начали применяться в ювелирной промышленности. Этому способствовали прежде всего красота и поразительное внешнее сходство бесцветных ограненных фианитов с бриллиантами, а также способность их окрашиваться, при введении хромофорных примесей, в различные яркие цвета. Например, примесь европия придает фианитам розовый цвет, железа — желтоватый, кобальта — темно-лиловый, ванадия — зеленый, меди — желтый, а серий — ярко-красный. В последнее время в России разработана технология получения непрозрачных белых, розовых и черных разновидностей, которые выступают как имитации жемчуга, черного халцедона или черного алмаза. На сегодняшний день диагностика фианитов не представляет особых сложностей (к диагностическим свойствам относятся плотность, твердость, УФ-флюоресценция).

Кристаллы фианита

Фотсерит и кварц синий и зеленый

Среди синтетических камней, не имеющих природных аналогов следует также отметить синий, зеленый кварц и синий синтетический форстерит. Хотя кварц и форстерит встречаются в природе, но перечисленных цветовых разновидностей в сочетании с примесями и процессами, приводящими к возникновению такого цвета, в природе нет. Синтетический кварц выращивают гидротермальным методом. Для получения синего цвета в систему вводят примесь кобальта, а для получения зеленых и коричневых разновидностей - железо.

В целях эксперимента в небольших количествах был синтезирован форстерит, содержащий примесь кобальта. При введении даже незначительного количества данной примеси синтетический форстерит приобретает синюю окраску и сильный плеохроизм в красных тонах, что позволяет ему выступать в качестве имитации танзанита (популярного за рубежом синего цоизита).

Стекло (стразы)

В качестве имитаций природных ювелирных камней издавна применялись различные искусственные стекла, и они до сих пор продолжают широко использоваться в ювелирном деле.

Следует отметить, что существуют также разнообразные природные стекла — молдавиты, обсидиан, лешательерит и др.

В 1758 году Иозиф Штрасс, химик из Австрии, придумал способ производства стеклянного сплава, который отлично обрабатывался. Получив название «стразы», это вещество, играющее гранями, стало отличной заменой бриллианта и быстро вошло в моду. Добавляя по разработанной им же технологии в шихту специальные компоненты, ученые смогли получить очень красивые имитации рубина, сапфира и других самоцветов.

По цвету стекло может очень точно имитировать большинство ювелирных камней, тем более, что камни с низким показателем преломления обычно имеют стеклянный блеск. Хотя свойства стекол могут варьировать в широких пределах, к настоящему времени выявлены надежные диагностические признаки для определения имитаций из стекла. Наиболее важными являются: включения газовых пузырей (иногда достаточно крупных), аномальное двупреломление (наблюдается не всегда), раковистый излом (стекло является достаточно хрупким), показатели преломления и плотность (эти константы у стекол редко соответствуют константам имитируемых камней), также стекла часто содержат так называемые свили, напоминающие изогнутую зональность.

Что же говорить покупателям?

Камень выращен в лабораторных условиях при определенной температуре и давлении из натурального сырья (гидротермальным методом), это камень гидротермальный, то есть аналог Природного камня. При выращивании используется также крошка природного камня, можно говорить, что из более мелкого камня выращивается более крупный кристалл путем плавления. Свойства и характеристики камня идентичны природному аналогу. Отличить Гидротермальный камень от природного может только гемолог и то с применением специального оборудования. Стоят камни значительно дешевле природных. Сегодня многие производители, используя в изделиях гидротермальные камни, выдают их за натуральные и это правда.

Как пример можно привести культивированный жемчуг, выращенный также при помощи человека.

www.livemaster.ru

Выращивание кристаллов рубина и других искусственных камней в домашних условиях

Искусственные камни давно завоевали популярность в ювелирных изделиях. Ведь для ювелира ценность камня определяется не только его дефицитом в природе. Важную роль играет целый ряд других характеристик:

  • цвет;
  • светопреломление;
  • прочность;
  • вес в каратах;
  • размер и форма граней и др.

Самый дорогой искусственный драгоценный камень Фианит (синонимы: даймонсквай, джевалит, кубик циркония, шелби). Его цена невелика – менее 10$ за 1 карат (это 0,2 грамма). Но стоит отметить, что с увеличением каратов цена растет экспоненциально. Например, алмаз в 10 карат стоит в 100 раз дороже алмаза 1 карат.

Искусственные кристаллы ювелирных камней можно вырастить в домашних условиях. Большинство подобных экспериментов не нуждаются в специальной подготовке, вам не понадобится обустраивать химическую лабораторию и даже приобретать специальные реактивы.

Для приобретения опыта выращивания кристаллов начинайте с малого. Мы поделимся техникой выращивания красивых кристаллов из всего, что вы можете найти фактически на собственной кухне. Вам вообще не понадобится дополнительный инвентарь, ведь все необходимое точно стоит на полках. Так же рассмотрим технологию выращивания искусственных рубинов в домашних условиях!

Как вырастить кристаллы рубинов синтетически?

Выращивание кристаллов рубина может даже стать вариантом домашнего бизнеса. Ведь красивые синтетические камни уже сегодня пользуются большим спросом среди покупателей, поэтому в случае успешной реализации проекта могут принести вам неплохую прибыль. Синтетически выращенные камни используются ювелирами, а также имеют широкое применение в технике.

Кристаллы рубина можно выращивать по стандартной методике, подобрав правильные соли. Но это будет не столь эффективно, как в случае с солью или сахаром, при этом намного дольше по длительности является процесс роста. Да и качество будет сомнительное. Ведь натуральный рубин по шкале твердости Моосу уступает только Алмазу занимая почетное 9-е место. Естественно, если речь идет о бизнесе, в большинстве случаев используют другой способ, разработанный более 100 лет назад во Франции.

Вам потребуется специальный аппарат, имеющий название по имени изобретателя данного способа, т. е. аппарат Вернейля. С его помощью можно выращивать кристаллы рубина, размером до 20-30 карат всего за несколько часов.

Хотя технология остается примерно такой же. Соль двуокиси алюминия с примесью оксида хрома помещают в накопитель кислородно-водородной горелки. Расплавляем смесь, наблюдая, как фактически "на глазах" вырастает рубин.

В зависимости от состава выбранной вами соли вы можете регулировать цвет кристаллов, получая искусственные изумруды, топазы и абсолютно прозрачные камни.

Работа с аппаратом потребует от вас внимания и некоторого опыта, но зато в дальнейшем вы получите возможность выращивать кристаллы, которые завораживают своей красотой, прозрачностью и игрой цвета. В дальнейшем такие шедевры хорошо подаются огранке и шлифовке, соответственно, могут применяться по назначению.

Стоит отметить, что искусственно выращенные кристаллы не являются драгоценными камнями, поэтому, даже если вы решите заняться предпринимательской деятельностью по их выращиванию, это не потребует от вас дополнительного лицензирования.

Конструкция аппарата несложна, ее легко можно сделать самостоятельно. Но на просторах Интернета уже достаточно умельцев, предлагающих чертежи оригинальной установки, а также ее усовершенствованные варианты.

Набор для выращивания кристаллов рубина в домашних условиях

Сам принцип технологии производства рубинов достаточно прост и схематически изображен ниже на рисунке:

  1. В воронку засыпается порошок с примесью Al2O3 с примесью Cr2O3.
  2. Ниже подается пламя кислородно-водородной горелки.
  3. Расплавленные частицы порошка образуют слои растущего кристалла «Рубина».
  4. Подставка, поддерживающая кристалл, постепенно опускается вниз со скоростью роста рубина.

Понимая принцип действия, любое устройство уже не кажется таким сложным. Один из образцов чертежей аппарата Вернейля:

По данной технологии можно так же выращивать и другие дорогие искусственные камни, такие как «Голубой Топаз» и т.п.

Выращивание кристаллов из соли в домашних условиях

Самый простой и доступный эксперимент, который вы можете провести – создать красивые солевые кристаллы. Для этого вам понадобится несколько предметов:

  1. Обычная каменная соль.
  2. Вода. Важно, чтобы сама вода содержала как можно меньше собственных солей, а лучше дистиллированная.
  3. Емкость, в которой будет проводиться опыт (сгодится любая банка, стакан, кастрюля).

Наливаем в емкость теплую воду (ее температура составляет около 50°С). Добавляем в воду кухонную соль и размешиваем. После растворения добавляем снова. Повторяем процедуру до тех пор, пока соль не перестанет растворяться, оседая на дно сосуда. Это говорит о том, что солевой раствор стал насыщенным, что нам и было нужно. Важно, чтобы во время приготовления раствора его температура оставалась постоянной, не остывала, так мы сможем создать более насыщенный раствор.

Насыщенный раствор переливаем в чистую банку, отделяя от осадка. Выбираем отдельный кристалл соли, а потом помещаем его в емкость (можно подвесить на нитке). Эксперимент выполнен. Через несколько дней вы сможете увидеть, как увеличился в размерах ваш кристалл.

Выращивание кристаллов из сахара в домашних условиях

Технология получения сахарных кристалликов аналогична предыдущему способу. Можно опустить ватный жгут в раствор, тогда сахарные кристаллы будут нарастать на нем. Если процесс роста кристаллов стал медленнее, значит уменьшилась концентрация сахара в растворе. Добавьте в него снова сахарного песка, тогда процесс возобновится.

На заметку: если добавить в раствор пищевого красителя, то и кристаллы станут разноцветными.

Можно выращивать сахарные кристаллики на палочках. Для этого вам потребуется:

  • уже готовый сахарный сироп, приготовленный аналогично солевому насыщенному раствору;
  • деревянные палочки;
  • немного сахарного песка;
  • пищевые красители (если хотите разноцветных леденцов).

Все происходит очень просто. Деревянную палочку обмакиваете в сиропе и обваливаете в сахарном песке. Чем больше крупинок прилипнет, тем красивее получится результат. Дайте палочкам, как следует высохнуть, а затем переходите попросту ко второй фазе.

Насыщенный горячий сахарный сироп выливаем в стакан, туда же помещаем заготовленную палочку. Если вы готовите разноцветные кристаллы, то в горячий готовый сироп добавьте пищевой краситель.

Следите, чтобы палочка не касалась стенок и дна, иначе результат будет некрасивым. Можно зафиксировать палочку с помощью листа бумаги, надев его сверху. Бумага послужит еще и крышкой для емкости, которая не позволит никаким посторонним частицам попасть в ваш раствор.

Примерно через неделю вы получите прекрасные сахарные леденцы на палочках. Ими можно украсить любое чаепитие, приведя в полный восторг не только детей, но и взрослых!

Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях

Кристаллы из медного купороса получаются интересной формы, при этом имеют насыщенный синий цвет. Стоит помнить, что медный купорос является химически активным соединением, поэтому кристаллы из него не следует пробовать на вкус, а при работе с материалом нужно проявлять осторожность. По этой же причине в данном случае подойдет только дистиллированная вода. Важно, чтобы она была химически нейтральной. Будьте внимательны и осторожны при обращении с медным купоросом.

При этом выращивание кристаллов из купороса происходит фактически по той же схеме, что и предыдущие случаи.

Помещая основной кристалл для выращивания в раствор, нужно проследить, чтобы он не соприкасался со стенками посуды. И не забывайте следить за насыщенностью раствора.

Если вы поместили свой кристалл на дне посудины, то стоит смотреть, чтобы он не касался других кристалликов. В этом случае произойдет их срастание, а вместо одного красивого крупного образца у вас получится масса невнятной формы.

Полезный совет! Вы можете самостоятельно регулировать размер граней своего кристалла. Если вы хотите, чтобы некоторые из них росли медленнее, их можно смазать вазелином или жиром. А для сохранности небесно-синего красавца можно обработать грани прозрачным лаком.

Интересные факты о драгоценных камнях!

Существует 3 весовые категории бриллиантов:

  1. Мелкий. Масса 0,29 карата
  2. Средний. Масса от 0,3 до 0,99 карата
  3. Крупный. Бриллианты весом более 1 карата.

К популярным аукционам допускают камни массой от 6 карат. Камням с массой более 25 карат присваивают собственные имена. Например: «Винстон» бриллиант (62,05 карат) или «Де Бирс» (234,5 карат) и др.

businessideas.com.ua

Выращивание кристаллов в домашних условиях

Кто не любовался снежинками - кристаллами льда разнообразие которых поистине бесконечно! Ещё в 17 веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат >. Американский ученый натуралист Бентли 300 лет спустя занялся фотографированием снежинки под микроскопом и 50 лет их изучал, он издал альбом с тысячами фотографий.

Наука о кристаллах началась с горного хрусталя. Его блестящие бесцветные кристаллы нашли в древности в Альпах Швейцарии. Некоторые кристаллы настолько были большими, что их трудно было поднять. Горный хрусталь - это кристаллический кварц. Но не менее красивы окрашенные кристаллы кварца: фиолетовый аметист, желтый цитрон, переливающиеся всеми цветами радуги опал и яшма.

В оружейной палате есть одежда и короны русских царей, сплошь усыпанные кристаллами - самоцветами - аметистами. В церквах аметистами украшали иконы и алтари.

Самые знаменитые кристаллы - алмазы, которые после огранки превращаются в бриллианты. Разгадать тайну этих камней люди пытались многие века и когда установили, что алмаз - это разновидность углерода никто не поверил.

Решающий опыт провел в 1772 году французский химик Лавуазье. В природе алмазы образуются в недрах земли при очень высоких температурах и давлениях. Создать в лаборатории условия, при которых из графита можно получить алмаз, ученые смогли лишь спустя 200 лет. Сейчас производятся десятки тонн искусственных алмазов. Среди них есть алмазы и для ювелирных целей, однако основная их масса идет на изготовления разнообразных инструментов.

Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов. Они используются в часах, транзисторных приемниках, вычислительных машинах, лазерах и многом другом. Великая лаборатория - природа - уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники, и вот на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы: маленькие, почти незаметные, и большие - массой в - несколько килограммов.

Люди научились получать искусственно очень многие драгоценные камни. Например подшипники, для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообще не существуют - фианит. Фианиты на глаз трудно отличить от алмаз - так красиво они играют на свету.

Актуальность темы: побывав на Бурейском водохранилище зимой, мы увидели, как уходящая вода оставляет за собой причудливой формы кристаллы льда. На уроках географии мы узнали, что в пещерах образуются известковые наросты сталактиты и сталагмиты. Мы заинтересовались как это происходит, можно ли вырастить такие причуды в домашних условиях.

Объект изучения: растворы и растворимые вещества, из которых можно получить кристаллы.

Предмет исследования: физико-химический процесс - растворение.

Задачи исследования: изучить методику и условия выращивания кристаллов в домашних условиях.

1. КАК РАСТЕТ КРИСТАЛЛ.

Ученых давно интересовало как образуются кристаллы, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми. Исследования показали, что кристаллы - это вещества, в которых мельчайшие частички (атомы, ионы, молекулы) упакованы в определенном порядке. Именно этот порядок и определяет форму кристалла. А зависит он от геометрической формы частиц, из которых построен кристалл, так и от того, как они друг к другу притягиваются. Одни вещества кристаллизуются легко, другие с большим трудом или вовсе не образуют кристаллов. Почему так? Самое важное условие: для выращивания кристаллов используют только свежеприготовленные растворы. Кристаллизация обычно идет при охлаждении раствора. При каждой температуре в данном количестве растворителя может раствориться не больше определенного количества вещества. При охлаждении раствора частички вещества, которым уже не хватает воды, чтобы находится в растворенном состоянии, слипаются друг с другом, образуя крошечные кристаллы - зародыши. Если охлаждение медленное, зародышей образуется немного, и постепенно обрастая частичками вещества со всех сторон, они превращаются в кристаллики правильной формы

При быстром же охлаждении образуется много центров кристаллизации, а частички из раствора сыпятся на поверхность растущих кристаллов беспорядочно правильных кристаллов не образуется.

Есть и другой метод получения правильных кристаллов: постепенное удаление воды. Чем медленнее будет удаляться вода, тем лучше получатся кристаллы. Кристаллы искусственных драгоценных камней растут очень медленно. Если поспешить большого красивого кристалла не получишь, а получится множество мелких.

2. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Выращивание кристаллов - это искусство. Возможно, у вас не все сразу получится. Не огорчайтесь. Немного настойчивости, упорства, аккуратности, и вы станете обладателями красивых кристаллов и игрушек из кристаллов.

Существуют различные способы выращивания кристаллов. Часто этот процесс требует высоких температур и огромных давлений (например, для получения искусственных алмазов), но некоторые кристаллы можно вы - ращивать даже в домашних условиях. Мы расскажем вам о том, как это можно делать.

Проще всего дома выращивать кристаллы хлорида натрия. Вещество это можно купить в любом магазине, и оно абсолютно безвредно. Но прежде, чем приступить к работе, давайте посмотрим, что представляет собой процесс выращивания кристаллов.

Если в воде при постоянной температуре растворять какое-нибудь вещество, то через некоторое время растворение прекращается. Такой раствор называется насыщенным, а максимальное количество вещества, кото - рое можно растворить при данной температуре в 100 г воды, называется его растворимостью. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается. Поэтому раствор, насыщенный при одной температуре, становится недосыщенным при более высокой температуре.

Если же насыщенный раствор охладить, избыток вещества выпадает в осадок.

Следовательно, один способ выращивания кристаллов заключается в том, что надо дать насыщенному раствору охладиться.

Можно выращивать кристаллы и выпариванием. Ведь если насыщенный раствор испаряется, объем его уменьшается, а количество растворенного вещества остается прежним. Иначе говоря, опять создается избыток вещества, который выпадает в осадок.

Рассмотрим теперь, как происходит выделение избытка вещества. Возьмем насыщенный раствор и нагреем его. Сосуд с полученным недонасыщенным раствором накроем стеклом и дадим раствору спокойно охладиться до температуры более низкой, чем температура насыщения. При этом осадок может и не выпасть, и мы получим пересыщенный раствор. Дело в том, что для образования кристалла необходима >. Ею может служить маленький кристаллик того же вещества или просто пылинка. Иногда достаточно качнуть сосуд с пересыщенным раствором или снять прикрывающее его стекло, как начинается мгновенная кристаллизация>> При этом обычно образуется множество мелких кристалликов. Для того, чтобы вырастить крупный кристалл, необходимо ограничить число >. Лучше всего внести искусственную >, роль которой может исполнять один из кристалликов, полученных ранее.

> готовится следующим образом. Возьмите две стеклянные банки и тщательно их вымойте. В одну из них налейте теплую воду и насыпьте квасцы. Помешивая раствор, следите за растворением. Когда вещество перестанет растворяться, аккуратно слейте раствор во вторую банку так, чтобы туда не попало нерастворимое вещество. Затем накройте банку стеклом. Когда раствор охладится, снимите стекло. Через некоторое время вы увидите, как в банке образуется множество кристалликов. Дайте им подрасти и отберите самые крупные для >.

Теперь можно приступать к выращиванию кристалла. Прежде всего нужно приготовить посуду. Чтобы уничтожить нежелательные зародыши на стенках, пропарьте банки изнутри над носиком кипящего чайника. Затем сделайте снова теплый насыщенный раствор и слейте его в другую чистую банку.

Итак, у вас есть теплый насыщенный раствор соли. Нагрейте его еще немного, накройте банку стеклом и поставьте охладиться. Когда температура раствора приблизится к температуре насыщения, опустите в банку приготовленную ранее >. Поскольку раствор еще недонасыщен, > кристаллик начнет растворяться. Но как только раствор охладится до температуры насыщения, растворение кристаллика прекратится, а вскоре начнется его рост. (Если кристаллик растворится целиком, можно ввести в раствор новую >. )

Когда раствор перестанет охлаждаться, выращивание кристалла можно продолжить. Для этого приподнимите стекло так, чтобы вода испарялась, но пылинки в раствор не попадали. Рост кристалла продолжается два - три дня. Выращивая кристалл, старайтесь банку, не трогать и. не передвигать. Когда кристалл будет готов, достаньте его из раствора и тщательно промокните бумажной салфеткой, иначе он быстро потускнеет.

Теми же способами мы выращивали кристаллы, растворяя в воде порошок медного купороса и роданида калия. В результате выросли очень красивые синие и желтые кристаллы.

Есть еще один способ получения необычных кристаллов - металлической меди.

Положим на дно стакана немного медного купороса и засыплем его мелкой поваренной солью. Прикроем соль кругом, вырезанным из фильтровальной бумаги так, чтобы круг касался стенок сосуда. А сверху положим железный кружок размером немного поменьше (кружок заранее протрем наждачной бумагой и вымоем). Нальем в стакан насыщенный раствор поваренной соли, чтобы он закрыл железный кружок.

Кристаллы некоторых веществ, вынутые из раствора в течение нескольких минут или часов способны > - необратимо разрушаться в результате потери влаги и превращаться в невзрачный порошок. Выращенный кристалл сульфата никеля подвергся выветриванию через 40 минут после удаления из раствора. Это следует помнить при работе с веществами:

- хромокалиевые и железоаммонийные квасцы,

- тиосульфат натрия,

- сульфат натрия,

- соли марганца,

- некоторые соли цинка,

- некоторые соли никеля,

- жёлтая кровяная соль,

Так как в процессе стояния в растворах у многих веществ накапливающиеся определённого состава комплексы (например, аквакомплексы) меняют структуру кристалла (такие кристаллы могут начинать быстрее выветриваться). Какие-то растворы сильно гидролизуются (их ещё можно очистить фильтрованием).

Кристаллы получаются разными по форме в зависимости от того, бро - сите ли вы > на дно сосуда или подвесите ее на нитке. Таким способом можно, например, вырастить >. Для этого надо > нитку, т. е. провести ею несколько раз по кристаллу, а затем опустить нитку в раствор.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

Как уже было сказано, мы выращивали кристаллы в разных условиях: Коротко осветим методику опыта:

1. Вначале был приготовлен пересыщенный раствор хлорида натрия путём растворения соли в воде при нагревании (до 60°

2. Из перенасыщенного раствора путём, в одном случае быстрого охлаждения - за окном, в другом случае медленного охлаждения - комнатная температура, была получена затравка - это небольшие кристаллы, выпавшие на дно банок.

3. Мы заметили, что при медленном охлаждении кристаллы выпали более крупные и правильной формы, чем при быстром охлаждении.

Выбрав наиболее крупные и правильные кристаллы, мы привязали их на нитку и опустили в новый горячий перенасыщенный раствор и оставляли на сутки.

Медленное охлаждение осуществлялось так: банку с раствором закутывали в полотенце и мешок (полиэтиленовый).

Быстрое охлаждение осуществлялось так: банку с раствором сразу выставили на улицу.

Кристалл, выращенный при медленном охлаждении, имеет более крупные грани.

Следовательно, при медленном охлаждении можно вырастить кристаллы более правильной формы и с крупными гранями.

4. Процесс кристаллизации быстрее начинается при быстром охлаждении.

Выводы:

1. На рост и форму кристаллов оказывают влияние условия выращивания.

2. Кристаллы, выращенные при медленном охлаждении, имеют более крупные грани.

3. У кристаллов, выращенных при медленном охлаждении чётко видна многослойность.

В дальнейшем мы планируем:

1)исследовать влияние механических воздействий (вращение раствора в сосуде, скорость вращения) на рост и формирование кристаллов;

2)вырастить изделия из кристаллов.

Чешский писатель К. Чапек, восхищаясь природными формами кристаллов в коллекциях Британского музея, в своих > писал: >

www.hintfox.com

Как вырастить кристаллы меди - Мир минералов

Выращенные кристаллы меди

Вырастить кристаллы меди несложно, они растут быстро и очень красивы. Для этого понадобятся медный купорос, который можно купить в магазине для огородников, крупная пищевая соль, мелкие гвозди, пластиковая или стеклянная ёмкость с широким горлышком и вода. Первым делом нужно подготовить емкость. У нас для опыта взята пластиковая бутыль (в таких емкостях продают бочковой квас). Объем бутыли 3 литра, но можно взять и меньше. Дно у емкости не ровное, а ячеистое. Мы не могли найти другую емкость и посчитали ячеистое дно недостатком, но впоследствие оказалось, что ячейки дают дополнительное пространство для роста кристаллов.

Надеваем резиновые перчатки. На дно емкости насыпаем медный купорос, стараясь не пылить и не дышать купоросной пылью. Всего для трехлитровой бутыли было взято три пакетика купороса по 100 грамм, но можно было взять и четыре. Поверх медного купороса максимально аккуратно насыпаем соль. Сделать это нелегко, так как купорос мелкокристаллический и легкий, а соль крупнокристаллическая (засолочная) и тяжелая. Аккуратно, ложка за ложкой (желательно пластик!), насыпаем соль.

Описываемый опыт показывает, что мы взяли мало соли. Были взяты 1 часть медного купороса и три части соли (по объему). Но лучше бы было взять 5 частей соли, чтобы пространство для роста кристаллов увеличилась. В следующий раз мы сделаем именно так.

Поверх соли насыпаем слой мелких железных гвоздей, толшиной не менее 1 см. Думаю, скрепки и прочие металлические канцтовары лучше не брать, так как они могут иметь какое либо покрытие (никель, неизвестные сплавы, пластик).

Опыт показывает, что в другой раз не следует насыпать гвозди прямо на соль, так как можно повредить извлекаемые кристаллы. В следующий раз мы насыпем гвозди на фильтровальную бумагу, постеленную поверх соли.

После того, как «слоёный пирог» готов. его нужно залить насыщенным раствором поваренной соли. Для этого кипятим воду, добавляем и размешиваем соль, пока она не перестанет растворяться (это говорит о том, что раствор стал пересыщенным). Полученный раствор остужаем до комнатной температуры и обязательно процеживаем через ткань. Остывший и процеженный раствор аккуратно наливаем в емкость со «слоёным пирогом».

Буквально чарез час вода станет желтоватой. Это говорит о том, что химическая реакция пошла (Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4).

Итак, наш «сложный» опыт собран. Накрываем бутыль любой крышкой, которая предотвратит испарение воды и ставим ее в тихое место, в котором она не будет испытывать сотрясений.

За всё время роста кристаллов бутыль нельзя двигать, поворачивать, трясти и прочее. Рядом с ней не должна хлопать дверь, здесь не должен вибрировать пол. Мы выбрали тихое место за шкафом.

Уже через 3-4 дня в соли на границе с купоросом появились красивые веткообразные кристаллики, которые с каждым днем увеличивались в размерах. Кристаллы росли вверх, среди соли, и вниз, в медный купорос.Настало время закончить опыт и посмотреть на кристаллы. Рост кристаллов продолжался около 2,5 — 3 недель, пока медный купорос практически не истратился и в верхней части дендритов не появилось затемнение, свидетельствующее о начале не нужных побочных процессов.

Из бутыли был осторожно слит раствор, хотя, в случае, когда гвозди насыпаны просто так, на соль, а не на фильтровальную бумагу, его лучше откачать.

Затем тонкостенную бутыль осторожно обрезали сверху ножницами (так как верх бутыли немного закруглен). Содержимое было перевернуто на сито, кристаллы меди извлечены и промыты проточной водой. Это тщательная и трудоемкая работа. Посуда и инвентарь, которые использовалась для опыта, не должны использоваться для хранения и приготовления пищи.

Итак, были выращены очень красивые, розовато-оранжевые кристаллы меди, в которых хорошо видна их форма и структура. Они образуют агрегаты и дендриты (древовидные веточки).

К сожалению, на воздухе чудесные кристаллы меди сразу начинают темнеть и на них образуется пленка окислов (медь вступает в реакцию СО2, находящимся в воздухе). Их нужно срочно просушить (мы сушили на сите на батарее). Но пленка окислов всё же образовалась.

Высушенные кристаллы можно покрыть акриловым лаком (продается в художественном салоне), или хранить в плотно закрытых пластиковых коробочках.

О выращивании других кристаллов и минералов можно подробно прочитать в статье «Как вырастить кристалл«.

mineralys.ru

Как вырастить кристалл: Почувствуй себя великим ученым - наука, камни, своими руками, хобби, увлечения

В каждом из нас еще с детства живет экспериментатор. Кто-то интересуется психологией человека, кто-то животными, а кто-то по серьезному – физикой или химией, углубляясь в самые недра науки. Но чтобы понять, как вырастить кристалл, нужно хотя бы немножко разобраться в этом процессе.

Бытовая наука: как вырастить кристалл

Может показаться, что это жутко сложный процесс. Но на самом деле выращивать кристаллы очень просто, хотя и достаточно долго. Но все-таки нужно знать, что управляет ростом этого чуда природы, почему некоторые вещества могут образовывать кристаллические структуры, а остальные – нет, и что нужно сделать для того, чтобы они получились как можно большего размера и как можно красивее.

В процессе медленной кристаллизации образуется один кристалл, но крупный – так называемый монокристалл. Этот способ используют для выращивания искусственных аналогов драгоценных камней. А вот при быстрой кристаллизации получается много маленьких кристалликов - поликристаллов, что свойственно металлам.

Выращивать кристаллы дома можно несколькими способами:

  • Так, при охлаждении насыщенного раствора можно спровоцировать кристаллизацию солей. Понижение температуры вещества уменьшает его растворимость. Это в первую очередь касается соли безводной, выпадающей в осадок. Поначалу в насыщенном растворе, а потом и на стеночках сосуда образуются мелкие зародыши кристаллов. Во время медленного, постепенного охлаждения раствора без твердых примесей, к примеру, пыли, зародыш образуется один или максимум - несколько, а потом постепенно превращается в красивый кристаллик правильно ограненной формы. В то же время быстрое охлаждение дает массу маленьких кристаллов неправильной формы, мешающих один другому.
  • Чтобы вырастить красивый кристалл, можно использовать еще один популярный способ - постепенно удалять воду из насыщенного соляного раствора. В данном случае действует тот же принцип: при медленном удалении воды результат будет намного лучше. Для этого достаточно оставить сосуд с растворенной в нем солью открытым в помещении с комнатной температурой на продолжительный срок, прикрыв его листком бумаги. При этом вода будет постепенно, очень медленно испаряться, а пыль снаружи в жидкость не попадет. Растущий кристалл можно или подвесить на прочной тонкой нитке в густом растворе, или положить на дне сосуда. Если выбрать второй вариант, то кристаллик нужно будет временами поворачивать в разные стороны, чтобы он рос как можно равномернее. В зависимости от скорости испарения влаги в сосуд нужно доливать понемногу свежего раствора. Даже когда исходный кристалл неправильной формы, он постепенно сам исправит свой дефект и приобретет форму, которая свойственна этому веществу, например, октаэдра, если использовались хромокалиевые квасцы, или ромба, если применялся раствор соли медного купороса.

Выращивать кристаллы очень интересно.

Но этот занимательный процесс требует осторожного и бережного отношения. Теоретически размеры кристалла, выращенного в домашних условиях, просто не ограничены. Известно много случаев, когда энтузиастам удавалось получить кристаллы такого размера, что их могли поднять только несколько человек.

Но вырастить кристалл из соли в домашних условиях – это одно, а вот сохранить – совсем другое, более непростое дело. Ведь у каждой соли есть свои характерные особенности. Так, если кристаллики квасцов останутся на открытом воздухе в сухом помещении, то они постепенно потеряют содержащуюся в них воду и превратятся в невзрачное серое порошкообразное вещество. И чтобы уберечь их от разрушения, нужно покрыть каждый кристалл прозрачным лаком. А вот кристаллы поваренной соли и медного купороса более стойкие, и их смело можно выращивать и хранить в обычных условиях.

Как выращиваются кристаллы из разных веществ

Выращивать кристаллы можно из многих доступных нам веществ. Тот же сахар дает потрясающую кристаллическую структуру. При искусственном выращивании камней достаточно соблюдать строгие правила относительно температуры, давления и влажности, а также некоторых других важных факторов, тогда получаются вообще потрясающие экспонаты. Сегодня много предприятий, обладающих необходимыми ресурсами, занимается выращиванием искусственных камней:

  • рубинов,
  • аметистов,
  • кварцев,
  • цитринов,
  • морионов.

В домашних условиях, конечно, далеко не все это пока получится. Но можно выращивать кристаллики соли.

У каждого дома есть обычная каменная соль, известная под химическим названием хлорид натрия или NaCl. Правда, подойдет и любой другой вид соли. Например, очень просто в домашних условиях вырастить красивый синий кристалл из медного или любого другого вида купороса, например, того же железного.

С этой же целью могут использоваться квасцы - так называемая удвоенная соль металла с серной кислотой, или же тиосульфат натрия, использовавшийся раньше во время печатания фотографий. Все эти соли не нуждаются в каких-либо особых условиях: сделать раствор, опустить в него кристаллик-зародыш, как описывалось раньше, и наблюдать, как он растет себе, прибавляя постепенно в росте.

Многие интересуются, как вырастить цветные кристаллы, что тоже вполне возможно в домашних условиях. И при этом вовсе не нужно раскрашивать воду раствора, где выращивается кристалл, красками, которые и раствор испортят, и кристалл не покрасят. Для получения цветного кристалла нужно подобрать соль желаемого оттенка. Но нужно быть внимательными, ведь, например, кристаллы соли кровной желтой - красно-оранжевого цвета, а получаемый раствор - желтого.

Как вырастить кристалл из соли

Самый простой и доступный способ получения такой структуры – растворить в воде поваренную соль NaCl. Ее кристалл – просто бесцветный прозрачный кубик. Для этого нужно развести соль, налив воды в емкость, например, стакан, и поставить ее в кастрюльку с теплой водой не горячее 50°С.

Конечно, в идеале вода не должна содержать растворенные в ней другие соли, то есть, должна быть дистиллированной. Однако в нашей ситуации можно взять и водопроводную. Надо насыпать пищевой соли в стакан и оставить на несколько минут, немного помешав раствор. Стакан постепенно нагреется и соль в нем растворится.

Важно, чтобы вода не охлаждалась. Потом нужно добавить еще соли и снова перемешать. Повторять эту процедуру нужно до той поры, пока соль совсем не растворится и перестанет выпадать на дно емкости как осадок. Получится насыщенный соляной раствор. Останется перелить его в пустую емкость того же объема и избавиться этим от излишней соли в стакане на дне. Если все эти подготовительные процедуры будут полностью выполнены, вы обязательно вырастите кристалл соли любого размера.

Дальше нужно взять понравившийся крупный кристалл каменной соли и положить его на дно посуды с насыщенным соляным раствором. Кристаллик можно привязать к нитке и подвесить так, чтобы не касался боков стакана. После этого нужно просто подождать. Пройдет несколько дней, и можно будет заметить, что кристаллик существенно увеличился. И каждый день он будет расти. А если повторить добавление раствора еще несколько раз по мере испарения, то размер кристалла будет увеличиваться намного быстрее.

Важно помнить, что раствор нужно делать насыщенным, чтобы во время его приготовления в стакане на дне всегда оставалась соль. Кстати: на 100 г воды комнатной температуры нужно около 35 г кухонной соли. А при повышении температуры соль растворяется намного быстрее.

От этого процесса не очень отличается технология, как вырастить кристалл из медного купороса. Сначала надо приготовить насыщенный соляной раствор, а затем в него опустить понравившийся кристаллик купороса.

Но всегда нужно помнить, что это химически активный элемент, который может произвести химическую реакцию. Особенно осторожно с ним работать нужно в присутствии детей.

Как видите, нет ничего сложного в изготовлении кристаллов. Возможно, скоро мы сможем в домашних условиях выращивать даже алмазы! А пока можно поупражняться на обычной соли.

www.obozrevatel.com