Вырастить кристалл быстро, Выращивание кристаллов в домашних условиях
Календарь Советы Факты Фестивали. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые можно разглядеть только под микроскопом. По мере того, как кристалл вырастает, его всё время поднимают, вытягивая стержень с затравкой из расплава, так что с расплавом соприкасается не весь кристалл, а только небольшой его слой, именно тот самый, который сейчас растёт. Исследовательская работа "Овцебык". Приготовили раствор никеля сернокислого и опустили туда нить.
Зарождение происходит относительно медленно, так как исходные кристаллические компоненты должны соприкасаться друг с другом в правильной ориентации и расположении, чтобы они могли прилипнуть и сформировать кристалл. После успешного формирования стабильного ядра наступает стадия роста, на которой свободные частицы атомы или молекулы адсорбируются на ядре и распространяют его кристаллическую структуру наружу из места зарождения.
Этот процесс происходит значительно быстрее, чем зарождение. Причина такого быстрого роста заключается в том, что реальные кристаллы содержат дислокации и другие дефекты, которые действуют как катализатор для добавления частиц в существующую кристаллическую структуру.
Напротив, идеальные кристаллы без дефектов росли бы чрезвычайно медленно [3]. С другой стороны, примеси могут действовать как ингибиторы роста кристаллов, а также могут изменять габитус кристаллов [4].
Зарождение может быть либо однородным, без влияния посторонних частиц, либо гетерогенным, с влиянием посторонних частиц.
Как правило, гетерогенное зарождение происходит быстрее, поскольку инородные частицы действуют как каркас для роста кристалла, устраняя тем самым необходимость создания новой поверхности и возникающие потребности в поверхностной энергии. Гетерогенное зарождение может происходить несколькими способами.
Некоторые из наиболее типичных - это небольшие включения или разрезы в контейнере, на котором выращивается кристалл. Это включает в себя царапины по бокам и дну стеклянной посуды. Обычной практикой в выращивании кристаллов является добавление постороннего вещества, такого как струна или камень, в раствор, тем самым обеспечивая места зарождения для облегчения роста кристаллов и сокращения времени до полной кристаллизации.
Таким образом можно также контролировать количество зародышевых участков. Если используется совершенно новая стеклянная посуда или пластиковый контейнер, кристаллы могут не образоваться, поскольку поверхность контейнера слишком гладкая, чтобы допустить гетерогенное зарождение. С другой стороны, сильно поцарапанный контейнер приведет к появлению множества линий мелких кристаллов.
Для получения умеренного количества кристаллов среднего размера лучше всего подходит контейнер с несколькими царапинами. Аналогично, добавление небольших ранее изготовленных кристаллов, или затравочных кристаллов, в проект по выращиванию кристаллов обеспечит зародышевые участки в растворе. Добавление только одного затравочного кристалла должно привести к получению более крупного монокристалла. Граница раздела между кристаллом и его паром может быть молекулярно острой при температурах значительно ниже точки плавления.
Идеальная кристаллическая поверхность растет за счет распространения отдельных слоев или, что эквивалентно, за счет бокового продвижения ступеней роста, ограничивающих слои.
Для заметных темпов роста этот механизм требует конечной движущей силы или степени переохлаждения , чтобы снизить барьер зарождения достаточно для зарождения посредством тепловых колебаний [5]. В теории роста кристаллов из расплава, Бертон и Кабрера различают два основных механизма [6] [7] [8] :. Поверхность продвигается за счет бокового перемещения ступеней, которые составляют одно межплоскостное расстояние по высоте или некоторое их интегральное кратное.
Элемент поверхности не претерпевает никаких изменений и не движется нормально к себе, кроме как во время прохождения ступени, а затем он продвигается на высоту ступени.
Полезно рассматривать этот шаг как переход между двумя смежными областями поверхности, которые параллельны друг другу и, следовательно, идентичны по конфигурации — смещены друг от друга на целое число плоскостей решетки. Поверхность движется по нормали к себе без необходимости пошагового механизма роста. Это означает, что при наличии достаточной термодинамической движущей силы каждый элемент поверхности способен к непрерывному изменению, способствующему продвижению интерфейса.
Для острой или прерывистой поверхности это непрерывное изменение может быть более или менее равномерным на больших площадях при каждом последующем новом слое. Для более диффузной поверхности механизм непрерывного роста может потребовать изменения нескольких последовательных слоев одновременно.
Неравномерный боковой рост - это геометрическое движение ступеней — в отличие от движения всей поверхности, перпендикулярной самой себе. Альтернативно, равномерный нормальный рост основан на временной последовательности элемента поверхности.
В этом режиме нет никакого движения или изменения, за исключением случаев, когда шаг проходит через непрерывное изменение. Предсказание того, какой механизм будет работать при любом наборе заданных условий, имеет фундаментальное значение для понимания роста кристаллов. Для этого прогноза были использованы два критерия:. Является ли поверхность диффузной или нет: диффузная поверхность - это поверхность, на которой переход от одной фазы к другой происходит непрерывно на нескольких атомных плоскостях.
Это контрастирует с острой поверхностью, для которой основное изменение свойств например, плотности или состава является прерывистым и обычно ограничивается глубиной одного межплоскостного расстояния [9] [10]. Независимо от того, является ли поверхность сингулярной или нет: сингулярная поверхность - это поверхность, на которой поверхностное натяжение в зависимости от ориентации имеет заостренный минимум.
Известно, что для роста особых поверхностей требуются шаги, в то время как обычно считается, что неособые поверхности могут непрерывно двигаться по нормали к самим себе [11]. Рассмотрим далее необходимые требования к появлению бокового роста. Очевидно, что механизм бокового роста будет найден, когда любая область поверхности сможет достичь метастабильного равновесия в присутствии движущей силы.
Затем он будет стремиться оставаться в такой равновесной конфигурации до прохождения шага. После этого конфигурация будет идентичной, за исключением того, что каждая часть шага будет увеличена на высоту шага.
Если поверхность не может достичь равновесия при наличии движущей силы, то она продолжит движение, не дожидаясь бокового движения ступеней. Таким образом, Кан пришел к выводу, что отличительной особенностью является способность поверхности достигать равновесного состояния при наличии движущей силы.
Он также пришел к выводу, что для каждой поверхности или интерфейса в кристаллической среде существует критическая движущая сила, которая, если ее превысить, позволит поверхности или интерфейсу двигаться нормально к себе, а если не превысить, потребуется механизм бокового роста.
Таким образом, при достаточно больших движущих силах поверхность раздела может перемещаться равномерно без использования механизма гетерогенного зарождения или винтовой дислокации. То, что составляет достаточно большую движущую силу, зависит от диффузности интерфейса, так что для чрезвычайно диффузных интерфейсов эта критическая движущая сила будет настолько мала, что любая измеримая движущая сила превысит ее.
В качестве альтернативы, для острых интерфейсов критическая движущая сила будет очень большой, и наибольший рост будет происходить за счет механизма бокового шага. Следует обратить внимание, что в типичном процессе затвердевания или кристаллизации термодинамическая движущая сила определяется степенью переохлаждения. Обычно считается, что механические и другие свойства кристалла также имеют отношение к предмету исследования, и что морфология кристалла обеспечивает недостающее звено между кинетикой роста и физическими свойствами.
Необходимый термодинамический аппарат был обеспечен исследованием Джозайи Уилларда Гиббса гетерогенного равновесия. Он дал четкое определение поверхностной энергии, с помощью которого понятие поверхностного натяжения стало применимым как к твердым телам, так и к жидкостям.
Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля , печатный экземпляр отправим 10 апреля. Автор : Будаев Артур Гаджимурадович. Научный руководитель : Третьякова Наталья Владимировна. Дата публикации : Статья просмотрена: раз. Будаев, А. Будаев, Н. Зимой мы часто любовались покрытыми инеем деревьями, внимательно рассматривали снежинки во время снегопадов.
И на одном из уроков окружающего мира я узнал, что и иней, и снежинки это кристаллы, которые образовываются из паров воды. Мне стало интересно, а из чего ещё могут образовываться такие красивые кристаллы? Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми. Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл или монокристалл, например, при выращивании искусственных камней , если быстро — то множество мелких или поликристалл, например металлы [4, 5].
Различают идеальный и реальный кристалл. Идеальный кристалл является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани. Самые большие кристаллы были обнаружены в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину — 1 метр [7].
Кристаллы можно вырастить и в домашних условиях из соли, сахара, кальцинированной соды, медного купороса. Нужно помнить, что — это химические реактивы, поэтому работать с ними детям можно только под наблюдением взрослых! Выращивание кристаллов — процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе.
Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей [1, 6]. Цель работы:научиться выращивать кристаллы поваренной соли и других веществ в домашних условиях. Процесс выращивания кристаллов поваренной соли не требует наличия каких-то особых химических препаратов.
Кристаллы других солей выращиваются аналогично. Процесс выращивание кристаллов в домашних условиях можно разделить на основные этапы:. Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре. Растворяем соль до тех пор, пока будем уверены, что соль уже больше не растворяется раствор насыщен!
Лучше использовать дистиллированную воду т.
Этап 2: Насыщенный раствор переливаем в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов с учётом того, что он будет увеличиваться. На этом этапе нужно следить, чтобы раствор не особо остывал. Этап 3 : Привязываем на нитку кристаллик соли, нитку привяжем, например, к спичке и положите спичку на края стакана ёмкости , где налит насыщенный раствор.
Кристаллики опустим в насыщенные растворы. Этап 4: Перенесем ёмкости с насыщенными растворами солей в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий.
Этап 5: Накроем чем-нибудь сверху ёмкости с кристаллами например бумагой от попадания пыли и мусора. Оставим растворы на пару дней. Кристаллики нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора.
Не допускать попадание мусора в насыщенные раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду. Следить за уровнем насыщенного раствора, периодически раз в неделю или две обновлять при испарении раствор. Ольгин О. Здорик Т. Шаскольская М. Кантор Б. Стёпин Б. Однако многие кристаллы сделаны из минералов. Если посмотреть на песчинку соли под. Соль — это минерал, и когда она встречается в природе, она называется каменной солью или.
