هل من الممكن أن تنمو البلورات في المنزل؟ دعونا نحاول معًا العثور على إجابة هذا السؤال ، لاقتراح طرق لإجراء هذه التجربة.
نعلم جيدًا أنه يمكن العثور على بلورات ذات أشكال وأحجام مختلفة في الطبيعة. في فصل الشتاء ، تزين رقاقات الثلج النوافذ وفروع الأشجار. بعض البلورات هي نفايات لبعض الكائنات الحية.
مقدمة
على سبيل المثال ، نمو البلورات نموذجي للرخويات التي تسقط في القشرة. بعد 5-10 سنوات تتشكل فيه لؤلؤة جميلة تتفرد بمظهرها وتألقها الفريد.
يمكن اعتبار الياقوت الأزرق والياقوت والماس والأحجار الكريمة الأخرى بمثابة بلورات. البلورات الطبيعية أهمية كبيرة في الصناعة والعلوم والإلكترونيات والبصريات
زراعة البلورات في المنزل نشاط ممتع للكيميائيين الباحثين المبتدئين. إنه آمن لذا فهو مناسب حتى لطلاب المدارس الابتدائية
من خلال الإعداد الدقيق والتنفيذ الدقيقتجربة ، يتم تكوين وتطوير مهارات إعداد التجارب.
من المهم البدء في تنمية البلورات بعد أفكار حول الحالات الكلية للمادة ، وطرق التحكم في عملية نمو البلورات.
إذا استمر التبلور بمعدل منخفض ، يمكنك الاعتماد على الحصول على بلورة كبيرة. من خلال زيادة سرعة العملية ، يمكن للمرء أن يتوقع الحصول على بلورات صغيرة متعددة البلورات.
معلومات مهمة
يمكن أن يبدأ مشروع Crystal Growing بالمصطلحات والمفاهيم النظرية. البلورات هي الحالة الصلبة للمادة. يتميز بشكل معين ، عدد الوجوه المرتبطة بتفاصيل ترتيب الذرات. بلورات من نفس المادة لها نفس الشكل دائمًا ، ولكن يُسمح بالاختلافات في الحجم.
البلورات المتزايدة مرتبطة بتغيير في المعلمات الديناميكية الحرارية للمحلول ، وانتقال المحلول إلى الحالة الصلبة للتجميع.
في الطبيعة ، هناك العديد من المواد المختلفة التي يمكن أن تشكل بلورات.
على سبيل المثال ، يتطلب نمو بلورات الماء خفض درجة الحرارة. عندما يتجمد الماء ، فإنه يشكل رقاقات ثلجية أو بلورات ثلجية. وفقًا لمخطط مماثل ، يتم تكوين البلورات المعدنية أثناء عمليات تشكيل الصخور.
كميات كبيرة من الصخور المنصهرة والساخنة في باطن الأرض هي محاليل معدنية.
عند دفعهم إلى السطحالأرض ، يحدث تبريد بطيء ، مما يؤدي إلى الانتقال إلى شكل صلب.
على سبيل المثال ، يحتوي الجرانيت الجبلي على بلورات من المعادن: الفلسبار ، الكوارتز ، الميكا. منذ ملايين السنين ، كان الجرانيت موجودًا ككتلة منصهرة من المعادن. في عصرنا ، توجد العديد من الصخور المنصهرة في القشرة الأرضية ، مع التبريد التدريجي التي تتشكل منها أنواع مختلفة من البلورات.
تختلف طرق زراعة البلورات وتعتمد على التركيب الكيميائي للمادة ، ودرجة الحرارة ، واستخدام المكونات الإضافية.
تفاصيل العملية
يمكن تقسيم العملية إلى عدة نقاط منفصلة:
- طبيعي ، مرتبط بالتعليم في الطبيعة ؛
- اصطناعي
الخيار الثاني مطلوب في الحالات التالية:
- لأغراض علمية وتقنية ؛
- عند إجراء العمل التجريبي اللامنهجي والعملي ؛
- تشكيل بلوري عشوائي.
كيف يمكن أن يحدث نمو البلورات في الحالة الأخيرة؟ تعتبر الكيمياء هذا البديل من التبلور نتيجة غير مقصودة للتجربة ، حيث لم يكن هناك في هذه الحالة سيطرة من جانب الباحث. لوحظ التبلور العفوي في وجود عمليات فيزيائية أو كيميائية إضافية: تبخر المذيب ، أكسدة مكونات المحلول.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
تزايد البلوراتمن الملح من خلال قابلية ذوبان المادة في المذيبات ، مصحوبة بتدمير التركيب البلوري. الحرارة المطلوبة لمثل هذه العملية مأخوذة من البيئة. على سبيل المثال ، في حالة إذابة ثيوسيانات الأمونيوم NH4SCN ويوديد البوتاسيوم ، يمكن الشعور بتغير درجة الحرارة عن طريق الاتصال المباشر بأنبوب الاختبار.
أيضًا ، يرتبط نمو بلورات الملح في المنزل بالانتشار. على سبيل المثال ، عند أخذ عدة بلورات من برمنجنات البوتاسيوم (برمنجنات البوتاسيوم) وإذابتها في الماء ، يمكن للمرء أن يلاحظ كيف تتشكل الدوامات الوردية على حجم الأسطوانة. مع التحريك القوي ، يكتسب المحلول بأكمله لونًا ورديًا موحدًا. إذا تم تجميده ، يمكنك الاعتماد على الحصول على بلورات جميلة من برمنجنات البوتاسيوم.
زراعة البلورات للأطفال من الأفضل اعتبارها على كلوريد الصوديوم وكبريتات النحاس (2).
جوانب مهمة
عند اختيار مادة للعمل التجريبي ، من المهم مراعاة بعض الحقائق:
- يجب ألا تكون مادة البداية سامة. على سبيل المثال ، لا يسمح مشروع "زراعة البلورات في المنزل" للأطفال باستخدام سيانيد البوتاسيوم وكبريتات الصوديوم ، لأن التحلل المائي لمثل هذه الأملاح يطلق مركبات سامة يمكن أن تسبب التسمم.
- يجب أن تعطي المواد المختارة نتائج مستقرة. على سبيل المثال ، بلورات كبريتات الصوديوم وشب الحديد والأمونيوم والكروم والبوتاسيوم وأملاح المنغنيز ، مع فقدان الرطوبة ، تتحول إلى مساحيق لا توصف ، وبالتالي فهيغير مدرجة في مجموعة زراعة الكريستال.
- التكلفة المقبولة وتوافر الكواشف المختارة. كيف يمكن أن تنمو البلورات؟ تشتمل مجموعات الأطفال على مكونات يمكن الوصول إليها بالإضافة إلى إرشادات مفصلة للقيام بالعمل العملي.
- استخدام مواد مستقرة. لا ينصح باختيار المواد التي تخضع للتحلل المائي القابل للانعكاس. وبالتالي ، فإن أملاح الأمونيوم ، شديدة الرطوبة ، تتفاعل مع الماء ، ونتيجة لذلك سيكون من الصعب توقع الحصول على النتيجة المرجوة.
ما الذي يجب أن يعرفه الكيميائي الشاب أيضًا؟ تتضمن البلورات المتنامية سلسلة معينة من الإجراءات (الخوارزمية). فقط إذا تم استيفاء جميع متطلبات ومراحل العمل ، يمكنك الاعتماد على الحصول على النتيجة المرجوة.
يفضل تخزين البلورات في الثلاجة حتى لا تتسبب في تدميرها. هناك بعض المواد التي يمكن أن توجد في شكل بلوري مستقر لفترة زمنية طويلة.
على سبيل المثال ، الخيار الأفضل لأطفال المدارس هو زراعة بلورات من كبريتات النحاس والملح. هذه المكونات متوفرة في نطاق سعري ، ومناسبة لخصائصها الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية.
مع طلاء إضافي من البلورات الناتجة بورنيش عديم اللون ، يمكنك إطالة "عمرها الافتراضي" بشكل كبير.
المعدات المطلوبة
كيف تنمو البلورات؟ أطقم للأطفال تشمل الأواني الزجاجية الكيميائية: زجاج مقاوم للحرارة ،ورق ترشيح ، قمع ، قضيب زجاجي ، كواشف.
إذا تم إجراء التجربة في المنزل ، فيمكن استخدام ورق التواليت (المناديل) بدلاً من ورق الترشيح ، ويمكن أن يلعب وعاء قديم يوضع على موقد كهربائي دور الحمام المائي.
بديل لقمع كيميائي حقيقي هو عنق زجاجة بلاستيكية قديمة.
ما المهم أيضًا الذي يجب مراعاته عند إجراء تجربة Crystal Growing؟ بالإضافة إلى الزراعة المباشرة ، من المهم اكتساب المهارات اللازمة للحفاظ على نتيجة الأنشطة التجريبية.
خيارات التعليم
هناك ثلاثة خيارات مختلفة لتشكيل الكريستال:
- من الذوبان ؛
- من الحل
- من طور الغاز.
كمثال على التبلور من الحالة المنصهرة ، يمكننا ملاحظة ظهور الجليد من الماء ، وكذلك تكوين الصخور البركانية.
تزايد البلورات من الزجاج هو مثال نموذجي للانتقال من الطور السائل إلى الحالة الصلبة للتجمع.
في حالة تبريد بخار أو غاز ، بسبب قوى الجذب الكهربائية ، لوحظ ارتباط الذرات أو الجزيئات بالحالة البلورية. من بين الخيارات الأكثر شيوعًا للإنتاج الاصطناعي للبلورات المفردة ، والتي يمكن أن يقوم بها طلاب المدارس الابتدائية ، نفرد زراعة البلورات من كبريتات النحاس. يكمن تعقيد العملية في السرعة الضئيلة لتدفقها.
مثال على عمل مشروع الطالب
أهمية الموضوع هو أنه تم تقديمهتعليمات مفصلة حول زراعة البلورات ، بالإضافة إلى نتائج محددة.
فرضية المشروع: يمكن زراعة بلورات جميلة وفريدة من نوعها في المنزل.
الهدف من المشروع: زراعة بلورات الملح بمفردنا
أهداف المشروع:
- تحليل المعلومات النظرية حول سؤال البحث
- كشف قيمة الملح لحياة الإنسان
- ازرع بلورات الملح بيديك ؛
- توضيح شروط تكون البلورات ؛
- تقييم النتائج التي تم الحصول عليها في سياق الأنشطة العملية.
الخلفية التاريخية
كلوريد الصوديوم منتج غذائي شائع. في الطبيعة ، يوجد هذا المركب على أنه معدن الهاليت ، ويشار إليه أيضًا باسم "الملح الصخري". يوجد كلوريد الصوديوم بكميات كبيرة في مياه البحر. تم العثور على هذا المركب في أحشاء الأرض ، على ضفاف الأنهار ، في الجبال.
بدون كمية معينة من ملح الطعام ، تبدأ العديد من الكائنات الحية في تجويع الملح. تعوض الحيوانات المفترسة نقص كلوريد الصوديوم بلحوم ودم الفرائس ، وتلعق الحيوانات العاشبة التربة المالحة.
10-15 جرامًا من الملح يوميًا تكفي للإنسان (لا تزيد عن 1 ملعقة كبيرة) ، ففائض هذه المادة الكيميائية يؤدي إلى أمراض الكلى. في العصور القديمة ، كان الملح يستخدم لصنع العملات المعدنية ، أما بالنسبة لخمسة بلاطات من الملح فيمكنك شراء عبد.
في روما القديمة ، كان يتم دفع الملح للجنود المستأجرين ، وليس المال. اعتقد البريطانيون أن محلول كلوريد الصوديوم ،نثر على شيء يمنع المصيبة. كان الملح هو رمز الصداقة والضيافة. هناك علامة شائعة ، والتي بموجبها ، عندما تكون متناثرة ، تحتاج إلى الاستعداد للفشل ، مشاجرة.
في كييف روس ، جاءت المادة من بحيرات الملح في آزوف والبحر الأسود. لقد كانت سلعة باهظة الثمن لدرجة أنها كانت تقدم فقط للضيوف النبلاء.
هناك مدن ظهرت في الاماكن التي تم فيها تعدين كلوريد الصوديوم:
- سوليكامسك
- Solvychegodsk.
- بورسول
- سوليكامسك
- Soligalich.
- Sol-Iletsk.
مثيرة للاهتمام حول البلورات
الكلمة تعني "الجليد" في اليونانية. لديهم مجموعة متنوعة من الأشكال والهياكل والأحجام. على سبيل المثال ، تصل العينات العملاقة إلى كتلة تصل إلى عدة أطنان. اعتقد القدماء أنه يمكن الحصول على الكريستال من الجليد ، ويمكن الحصول على الماس من الكريستال. لقد وهبوا خصائص سحرية ، واعتقدوا أن البلورات تلتئم من الأمراض الفتاكة ، وتؤثر على مصير وحياة الإنسان.
هناك أشكال خاصة من البلورات: أغصان ، ريش ، إبر ، أشجار ، أزهار. مثال على ذلك هو الأنماط على النوافذ في فصل الشتاء. لقد تعلم الناس زراعة الياقوت بشكل مصطنع. الأحجار مطلوبة لصناعة المجوهرات ، وكذلك لتصنيع حركات الساعات الدقيقة.
الممارسة
زراعة بلورات الملح لا تتضمن مواد كيميائية خاصة. كل منزل به ملح للطعام. بلورات هذا المركب الكيميائي هيمكعبات شفافة عديمة اللون. تم تقسيم إجراء زراعة بلورات الملح إلى عدة مراحل:
- إذابة الملح في الماء الدافئ. استمرت العملية حتى جاءت هذه اللحظة ، حتى توقفت المادة عن الذوبان (محلول مشبع).
- يُسكب الخليط المحضر في وعاء آخر ، حيث يمكن زراعة البلورات النهائية. من أجل أن لا تتداخل الفطريات مع عملية التبلور ، يتم ترشيح المحلول أولاً من خلال منديل أو ورق تواليت.
- يتم ربط حصاة صغيرة بخيط يتم إنزاله في المحلول المعد.
- الحاوية مغطاة بورق معدني لمنع دخول الحطام والغبار إلى الداخل.
نقاط مهمة
من أجل الحصول على بلورات كبيرة وجميلة ، من غير المرغوب فيه سحب حصاة دون حاجة خاصة.
يجب ألا تدخل المخلفات إلى المحلول المشبع ، حيث سيؤدي ذلك إلى انخفاض معدل التبلور ، وسيؤثر سلبًا على حجم الجزيئات المتكونة.
لا تستخدم الأصباغ عند زراعة البلورات ، لأن هذا لن يفسد المحلول نفسه فحسب ، بل سيؤثر سلبًا أيضًا على النتيجة النهائية.
بناءً على المراجعات ، تتشكل البلورات الأولى على الخيط بعد 2-3 أيام من بدء التجربة. تدريجيا ، يزداد حجمها ، وتنمو فوق بعضها البعض. في النهاية ، يتم تكوين بلورة شفافة كبيرة إلى حد ما من كلوريد الصوديوم.
زراعة بلورات كبريتات النحاس
للحصول على جزيئات كبريتات جميلةيمكن شراء النحاس من مسحوق كبريتات النحاس من متجر لاجهزة الكمبيوتر. تستخدم هذه المادة في الزراعة لمكافحة الكائنات الدقيقة الضارة التي تدمر محاصيل الخضار والفاكهة.
يجب أن نتذكر أن كبريتات النحاس مركب كيميائي فعال. إنه سام! من الضروري غسل اليدين بعد عملية إذابة المسحوق وكذلك عند العمل ببلورات كبريتات النحاس.
تحتاج أولاً إلى تحضير محلول مشبع من هذا الملح. للقيام بذلك ، يتم إذابة المسحوق في الماء الساخن حتى تتوقف عملية الذوبان. بعد ذلك ، يتم ربط حصاة صغيرة (بذرة) بالخيط ، ويتم تعليقها في وعاء بمحلول من كبريتات النحاس بحيث لا تلمس القاع. يترك الوعاء مفتوحًا لفترة طويلة ، ويتم الحفاظ على درجة حرارة الغرفة. من أجل منع دخول الحطام والغبار إلى الداخل ، يمكن تغطية الحاوية برقائق الطعام.
أثناء التبخر ، ستظهر قشرة على سطح المحلول ، وتتحول تدريجياً إلى بلورات زرقاء لامعة. بعد 3-4 أيام ، تنمو "البذرة" ببلورات زرقاء تشبه الأحجار الكريمة. بعد ثلاثة أسابيع يمكنك الحصول على بلورة كبيرة من كبريتات النحاس
إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك تسليح نفسك بمجموعة جاهزة من الكيميائي الشاب ، مصممة لتنمية مجموعة متنوعة من البلورات.
يستخدم فوسفات هيدروجين الأمونيوم كمادة يضاف إليها مسحوق تلوين الطعام. يوجد أيضًا في المجموعة حصى ضرورية لـ "البذرة" ، وعاء بلاستيكي بغطاء وأقسام مُقاسة للنمو ، ملاقط ،عدسة مكبرة ، تحريك مجداف.
للتجربة ، يتم قياس 40 مل من الماء الساخن ، ثم يُسكب الخليط ، ويذوب في الماء مع التحريك بملعقة. تنتشر الصخور الرئيسية على طول قاع الحاوية ، ويصب المحلول في الحاوية. يتم وضعها في مكان مشرق ، على سبيل المثال ، على حافة النافذة. عندما يتبخر الماء ، تظهر بلورات الملح على شكل إبرة في الحاوية. بعد 2-3 أسابيع ، سيتبخر الماء تمامًا ، يمكنك رؤية بلورات كبيرة من ملح الأمونيوم.
في الختام
عند إجراء العمل البحثي وفقًا للخوارزمية المقترحة سابقًا ، يمكن للمرء الاعتماد على تنفيذ المهمة. البلورات التي تنمو في المنزل كبيرة جدًا.
أثناء التجارب المستقلة ، يمكن للكيميائي الشاب استخلاص الاستنتاجات التالية:
- قارن عملية النمو البلوري للمواد الكيميائية المختلفة ؛
- تحليل الاختلافات في اللون والحجم وشكل البلورات المزروعة ؛
- يمكن أن تنمو الجزيئات عند إزالة الأعشاب الضارة ، والتخلص من النمو غير المرغوب فيه ؛
- تتم عملية نمو البلورات مع تبخر الماء ؛
- يتأثر شكلها وحجمها بدرجة الحرارة.
إذا حكمنا من خلال المراجعات ، فإن البلورات متقلبة تمامًا ، ويجب معالجتها بعناية ، والامتثال الكامل لنظام درجة الحرارة ، وتسلسل الإجراءات ، واستخدام "البذور". إذا كان لديك صبر ، وتعاملت بعناية وحذر مع هذا المشروع ، فمن الممكن تمامًا أن تنمو بلورات ذات شكل ولون وحجم غير عادي في المنزل بنفسك.
يجب ألا ننسى أن الشخص يحتاج إلى مواد بلورية لتصنيع الأدوات الآلية ، وبناء المنازل ، والأغراض المنزلية.
في أحشاء الأرض أحجار بهذا الشكل المثالي ، وكأن أحدهم صقلها وصقلها وقطعها بجودة عالية.
نظر كل منا بدهشة إلى رقاقات الثلج الخالية من العيوب ، وحبيبات الرمل الصغيرة على ضفة النهر ، وأعجب بالأحجار الكريمة وشبه الكريمة.
من الصعب تصديق أن الطبيعة دون أي تدخل بشري هي التي خلقت هذه المواد البلورية.
في عملية الأنشطة العملية ، يتعرف الطلاب على المواد النظرية ، ومهارات الأنشطة التجريبية ، ودراسة قواعد السلامة الأساسية.
