Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях. Как создают искусственные кристаллы Выращивание кристаллов в домашних условиях

С развитием технологий человечество научилось ускоренными методами производить многое из того, на что природе нужны тысячелетия. Не стали исключением и драгоценные камни. Так как многие из природных минералов имеют не только ювелирную ценность, но и применяются в различных областях науки и производства, возможность получить кристалл с точно заданными характеристиками оказалась очень привлекательной. Не миновала сия судьба и корунды, известные большей части человечества как . Как получают искусственный сапфир и можно ли отличить его от настоящего камня?

История

История искусственных корундов началась в 1904 году, когда Огюст Верней обнародовал метод получения искусственных минералов при помощи вертикальной горелки, потока воздуха и порошка глинозема. Что интересно, ученый совершил открытие намного раньше, но не стал сразу его обнародовать.

В дальнейшем учеными разных стран были запатентованы другие способы производства искусственных кристаллов. Большой вклад в развитие этих технологий внесли ученые из СССР. В институте кристаллографии Академии Наук СССР им. А.В. Шубникова был разработан способ выращивания корундов с заданными размером и направлением кристаллизации.

В середине ХХ века американской компанией «Линде» был запатентован способ выращивания искусственных сапфиров, обладающих эффектом астеризма.

Различные способы получения

Сегодня существует три самых распространённых метода выращивания кристаллов. Стоит сразу отметить, что они используются для получения не только корундов, но и других минералов, использующихся в ювелирном деле и промышленности.

Метод Вернейля

По принятым сейчас стандартам фамилия этого ученого читается как Вернее, но наименование метода уже прижилось. Суть метода в том, что под воздействием кислорода глиноземная смесь проходит через пламя, плавится и собирается на специальном штифте. После этого штифт снова помещают в пламя, и успевший застыть материал снова плавится, при этом образуются несколько кристаллов. Тот из них, который ориентирован в сторону самого быстрого роста, и становится затравкой для нового камня.

Кристаллы, выращенные таким образом, называются Були. Возможно, это связано с тем, что первые полученные образцы имели округлую форму.

Основан на сильном нагревании вещества, из которого планируется вырастить кристалл в огнеупорном контейнере. После преодоления точки плавления, внутрь помещается затравка будущего кристалла, вокруг которой он начинает образовываться. Во время роста кристалла затравку постепенно поднимают вверх, одновременно вращая вокруг своей оси. В итоге получается узкий и довольно длинный кристалл.

Метод зоной плавки

Еще один способ, ставший в последнее время довольно популярным, это метод зоной плавки. Части контейнера с материалом для будущего камня последовательно нагревают. Благодаря этому растет кристалл.

Научились люди и изготавливать самые ценные сапфиры, звездчатые. Технология была разработана подразделением фирмы «Юнаон Карбайд Корпорейшн» и подразумевает добавление рутила в глинозёмную смесь. Контролировать размер и расположение рутиловых иголок можно, регулируя скорость потока кислорода, проходящего по сосуду с расплавом. Создание кристалла в этом случае осуществляется методом Вернейля.

Как отличить?

Несмотря на то, что современные искусственные сапфиры мало чем уступают природным, некоторые покупатели желают быть уверенными, что приобретают именно натуральный камень.

Существует несколько признаков, по которым можно определить происхождение корунда:

Цена. Несмотря на то, что искусственные минералы имеют сравнительно высокую стоимость, она всё же намного ниже, чем стоимость природных корундов. Поэтому, если какое-то изделие стоит намного меньше, чем обычно стоят украшения с сапфирами, это искусственный камень. Главный недостаток метода в том, что он работает только в честных ювелирных магазинах
Сертификат. У каждого камня, использованного в ювелирных целях, есть сертификат, в котором перечислены все манипуляции, которые с ним проводились. Если сапфир искусственный, то это тоже будет указано. Нежелание или неспособность продавца предоставить сертификат – признак того, что покупателю предлагают не природный камень. Причем речь может идти не только о искусственном сапфире, который драгоценным камнем все-таки является, а о более грубых подделках.
Внешние данные. Как бы парадоксально это не звучало, но искусственные кристаллы намного красивее естественных. Современные технологии позволяют проконтролировать каждый момент роста камня и вырастить кристалл с точно заданными характеристиками. В них не бывает посторонних включений, которые встречаются абсолютно во всех природных сапфирах. Единственное, что может быть заметно в искусственном камне – пузырьки газа.
Если говорить о кристаллах, обладающих эффектом астеризма, то у естественных звезда на поверхности будет перемещаться , у искусственных – нет.
Поместить кристалл в емкость, наполненную водой, и поставить на белый лист. Направить освещение сбоку. Прямые полосы – натуральный , искривленные – искусственный.
В ультрафиолетовых лучах натуральные кристаллы демонстрируют белые блики. У искусственно выращенных этот эффект отсутствует.

Справедливости ради стоит отметить, что искусственный сапфир, все-таки является сапфиром и по своему химическому составу, и по характеристикам. Большую проблему составляют попытки некоторых недобросовестных дельцов выдать за корунды другие, более дешевые ювелирные камни, стекляшки или своеобразные композитные кристаллы, называемые «дуплет» или «триплет». Это склеенные между собой куски природного сапфира (сверху) и стекла или более дешёвых кристаллов (снизу). Обнаружить подделку можно под лупой.

Искусственные корунды – полезный материал, использующийся не только в ювелирных украшениях, но и во многих производственных отраслях. Промышленными методами можно создать идеально чистые бесцветные сапфиры, с которыми хоть раз сталкивался каждый современных человек. Например, из них производят усиленные стекла для различных гаджетов или наручных часов. А цветные искусственные кристаллы весьма достойно смотрятся в различных ювелирных изделиях, при этом они доступны большинству покупателей.

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.

Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.

Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.

Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.

Органические соли

Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:

медного купороса;
алюмокалиевые квасцы;
обычная соль.

Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:

Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но, оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Много лет назад люди научились выращивать искусственные кристаллы и теперь широко используют их в украшениях. Я тоже решила попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Много лет назад люди научились выращивать искусственные кристаллы и теперь широко используют их в украшениях. Я тоже решила попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.

Методы исследования: создание условий для выращивания искусственных кристаллов, наблюдение за ростом кристаллов.

Результат исследования.

Через 3 дня в стаканах с насыщенным раствором медного купороса и поваренной соли на конце ниточки начали расти кристаллы.

Через две недели я вынула нитку с кристаллами поваренной соли. Получились интересное ожерелье из кристаллов.

А ещё через две недели получился кристалл медного купороса, похожий на драгоценный камень.

Мой опыт показал, что некоторые вещества, такие как соль и медный купорос, хорошо кристаллизуются в самых простых условиях, поэтому дают возможность вырастить у себя дома искусственные кристаллы. Получив уникальное украшение, любой девочки будет приятно продемонстрировать свою «драгоценность». А его местонахождение пусть станет маленьким секретом.

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими. В природе кристаллы образовываются в течение миллионов лет, в глубине земной коры, при высоких температурах (до 2000 °С) и под колоссальным давлением сотни тысяч атмосфер. Мест, где есть такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость драгоценных камней, а следовательно и их стоимость.

Всю историю своего существования люди пытались обрести чудо, например, получить из свинца золото или превратить горный хрусталь в бриллианты. Этим занимались алхимики. Самым легендарным алхимиком считается француз Николя Фламель, которому приписывают получение философского камня, способного превратить свинец в золото. Создание оптимальных условий для роста и развития кристаллов обеспечивает их получение за короткие сроки.

С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах "на счастье" и "своих камнях", соответствующих месяцу рождения.

Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани.

До сих пор в мире рубины, сапфиры и гранаты пользуются большим спросом. Сапфировые стекла, например, необходимы для производства иллюминаторов космических кораблей, головок самонаводящихся ракет, мобильных телефонов и часов. Большой популярностью пользуются и искусственно выращенные алмазы. Благодаря своей повышенной твёрдости, они используются в промышленности. Алмазные инструменты используются для обработки деталей из самых твёрдых материалов, для бурения скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, служат опорными камнями в хронометрах высшего класса для морских судов и других, особо точных приборах. Алмазы применяют на операциях резки, полирования, шлифования и сверления. Благодаря синтетическим рубинам стал возможен ряд открытий. Например, на основе рубина был изобретен лазер, позволивший точно измерить расстояние от Земли до Луны.

Рост кристаллов из водных растворов происходит при достижении концентрации перенасыщения, при этом из раствора осаждается растворенное вещество. Концентрация перенасыщения достигается разными путями:

– снижение температуры водных растворов (основан на том, что, как правило, растворимость веществ в водных растворах с температурой возрастает, таким образом, при снижении температуры во всем объеме кристаллизатора достигаются условия перенасыщения и из раствора начинают выпадать кристаллы);

– испарение растворителя (схож с предыдущим, однако перенасыщение раствора достигается испарением воды);

В наше время большой популярностью пользуются искусственно выращенные алмазы, изумруды. Они ценится исключительно из-за своей редкости, а также небольших объемов производства. Не менее ценным для ювелиров стал гранат зеленого и розового цветов. Практически все виды кристаллов синтезируют и в России. В подмосковном Троицке выращивают алмазы, в Зеленограде - сапфиры, гранаты, рубины, под Нижним Новгородом - рубины, в Новосибирске - изумруды.

Из выше перечисленного видно, что выращивание искусственных кристаллов очень увлекательный и важный для современной жизни процесс. Я тоже решила вырастить кристаллы в домашних условиях.

Цель: вырастить искусственные кристаллы в домашних условиях.

1. Дома создать условия для выращивания кристаллов.

2. Пронаблюдать, за какое время можно вырастить искусственный кристалл.

Ожидаемый результат.

Проводя данное исследование, хочу убедиться, что в домашних условиях можно вырастить некоторые кристаллы.

Методика исследования

Создание условий для выращивания искусственных кристаллов.

1. Возьмём стеклянный стакан с горячей водой и понемногу насыплем медный купорос, перемешаем. Добавляем купорос до тех пор, пока он не перестанет растворяться при перемешивании.

2. Возьмём карандаш, на который посередине прикрепим ниточку с крупным кристаллом медного купороса на конце

3. Опустим нитку так, чтобы кристаллик был погружён в раствор. Получим «затравку», на которой и будет расти будущий кристалл.

4. Возьмём другой стеклянный стакан с горячей водой и понемногу насыплем туда поваренную соль, перемешаем. Добавляем соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться при перемешивании.

5. Опустим в стакан карандаш с «затравкой» (крупным кристаллом поваренной соли)

6. Стаканы с растворами поставим в тёплое место в открытом виде.

Наблюдение за ростом кристаллов.

1. Через 3-4 дня посмотрим на изменения в кристаллах.

2. Пронаблюдаем за кристаллами в течение месяца, изменения зафиксируем при помощи фотоаппарата.

Результат исследования.

Через 3 дня в стаканах с насыщенным раствором медного купороса и поваренной соли на конце ниточки начали расти кристаллы. Через две недели я вынула нитку с кристаллами поваренной соли. Получились интересное белое ожерелье А ещё через две недели получился кристалл медного купороса, похожий на драгоценный камень

Искусственные кристаллы я аккуратно обсушила бумажной салфеткой и покрыла слоем бесцветного лака, так как при взаимодействии с воздухом кристаллы погибают.

Заключение.

Исследуя данный вопрос, я убедилась, что некоторые кристаллы можно выращивать дома. Мне удалось создать условия, при которых кристаллики поваренной соли и медного купороса стали расти, и превратились в уникальные камни. Искусственные кристаллы очень похожи на натуральные. Я считаю, что они тоже драгоценные, но не потому, что дорогие, а потому, что выращены своими руками.

В настоящее время в России выращивают почти все виды кристаллов. О данном производстве будет интересно узнать на уроках природоведения, кубановедения, географии, трудового обучения. Я убедилась, что выращивание искусственных кристаллов очень увлекательный процесс. Уверена, что каждый захочет попробовать вырастить у себя дома это чудо.

Фетисов Николай

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.

Так что такое кристаллы? Какими свойствами они обладают? Как растут кристаллы? Как и где они применяются в настоящее время и каковы перспективы их применения в будущем? Вот эти вопросы заинтересовали меня, и я постарался найти на них ответы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

11 НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ КУЗНЕЦКОГО РАЙОНА «ОТКРЫТЫЙ МИР»

СЕКЦИЯ ФИЗИКИ

Основные области применения искусственных кристаллов

Выполнил ученик 8 класса

Фетисов Николай

Руководитель Сизоченко А.И.,

учитель физики

Муниципальное общеобразовательное

Учреждение

«Основная общеобразовательная

Школа №24»

г. Новокузнецк, 2014 г

Введение……………………………………………………… 2

1. Основная часть

1.1. Понятие кристалл………………...………..……..4

1.2. Монокристаллы и поликристаллы........................4

1.3. Методы выращивания кристаллов………...….…5

1.4. Применение кристаллов…………………..…...…7

2. Практическая часть

2.1. Выращивание кристаллов в домашних

Условиях………………………………………...9

3. Заключение…………………………………………….…11

Библиография..………………………………………………...13

Приложения………………………….……………………..14-15

Введение

Словно волшебный скульптор,

Светлые грани кристаллов

Лепит бесцветный раствор.

Н.А.Морозов

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.

Высказывание академика А.Е. Ферсмана «Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твердые прямолинейные законы» согласуется с научным интересом ученых всего мира к данному объекту исследования.

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 алмазов - так красиво они играют на свету.

Моя работа является исследовательской, так как при её реализации используются знания нескольких учебных предметов: физики, химии, биологии, информатики. В результате деятельности мною была создана презентация «Кристаллы и их применение», которую можно использовать на уроках физики и химии в качестве наглядного пособия, и выращенные кристаллы из медного купороса и поваренной соли.

Цель:

Определить основные области применения искусственных кристаллов и проверить опытным путём возможность роста кристаллов поваренной соли и медного купороса без применения специальной техники.

Для достижения поставленной цели передо мной встали следующие

задачи:

Собрать материал о кристаллах и их свойствах из литературных и интернет источников.
Провести опыты по выращиванию кристаллов медного купороса и поваренной соли.
Систематизировать материал о кристаллах: применение искусственных кристаллов и методы их выращивания.
Создать презентацию «Кристаллы и их применение» для учебных целей.

Основная часть

Понятие кристалл

Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром.

Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце XVII в. было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении и установлено, что некоторые непрозрачные минералы имеют естественную правильную огранку. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов, кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.

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.

Монокристаллы и поликристаллы

Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Монокристаллом называют одиночный кристалл, имеющий макроскопическую упорядоченную кристаллическую решётку. Они обладают геометрически правильной внешней формой, но этот признак не является обязательным.

Поликристаллы, это сросшиеся друг с другом хаотически ориентированные маленькие кристаллы - кристаллиты.

Методы выращивания кристаллов

В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе – из раствора, расплава или из паров. Так, пьезоэлектрические кристаллы сегнетовой соли выращиваются из водного раствора при атмосферном давлении. Большие кристаллы оптического кварца выращиваются тоже из раствора, но при температурах 350–450 о C и давлении 140 МПа. Рубины синтезируют при атмосферном давлении из порошка оксида алюминия, расплавляемого при температуре 2050 о C. Кристаллы карбида кремния, применяемые в качестве абразива, получают из паров в электропечи.

Первым монокристаллом, полученным в лаборатории, был рубин. Для получения рубина накаливалась смесь безводного глинозема, содержащего большую или меньшую примесь едкого калия с фтористым барием и двухромокалиевой солью. Последняя прибавляется для того, чтобы вызвать окраску рубина, и берется в незначительном количестве окись алюминия. Смесь помещается в тигель из глины и накаливается (от 100 часов до 8 суток) в отражательных печах при температуре до 1500 о С. По окончании опыта в тигле оказывается кристаллическая масса, причем стенки покрыты кристаллами рубина прекрасного розового цвета.

Второй распространенный метод выращивания синтетических кристаллов драгоценных камней – способ Чохральского. Он заключается в следующем: расплав вещества, из которого предполагается кристаллизовать камни, помещают в огнеупорный тигель из тугоплавкого металла (платины, родия, иридия, молибдена, или вольфрама) и нагревают в высокочастотном индукторе. В расплав на вытяжном валу опускают затравку из материала будущего кристалла, и на ней наращивается синтетический материал до нужной толщины. Вал с затравкой постепенно вытягивают вверх со скоростью 1- 50 мм/ч с одновременным выращиванием при частоте вращения 30-150 оборотов/мин. Вращают вал, чтобы выровнять температуру расплава и обеспечить равномерное распределение примесей. Диаметр кристаллов до 50 мм, длина до 1 м. Методом Чохральского выращивают синтетический корунд, шпинель, гранаты и др. искусственные камни.

Кристаллы могут расти так же при конденсации паров – так получаются снежинки узоры на холодном стекле. При вытеснении металлов из растворов солей с помощью более активных металлов так же образуются кристаллы. Например, в раствор медного купороса опустить железный гвоздь, он покроется красным слоем меди. Но образовавшиеся кристаллы меди настолько мелки, что их можно разглядеть только под микроскопом. На поверхности гвоздя медь выделяется очень быстро, поэтому кристаллы ее слишком мелкие. Но если процесс замедлить, кристаллы получатся большими. Для этого медный купорос надо засыпать толстым слоем поваренной соли, положить на него кружок фильтровальной бумаги, а сверху – железную пластинку диаметром чуть поменьше. Осталось налить в сосуд насыщенный раствор поваренной соли. Медный купорос начнет медленно растворяться в рассоле. Ионы меди (в виде комплексных анионов зеленого цвета) будут очень медленно, в течение многих дней, диффундировать вверх; за процессом можно наблюдать по движению окрашенной границы. Достигнув железной пластинки, ионы меди восстанавливаются до нейтральных атомов. Но так как процесс этот происходит очень медленно, атомы меди выстраиваются в красивые блестящие кристаллы. Иногда эти кристаллы образуют разветвления – дендриты.

Применение кристаллов.

Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах «на счастье» и «своих камнях», соответствующих месяцу рождения. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими, и многие из них, такие, как алмаз, рубин, сапфир и изумруд, попадаются в виде прекрасно ограненных кристаллов. Украшения из кристаллов сейчас столь же популярны, как и во время неолита.

Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков , изготавливались из них. Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет.

Искусственные кристаллы. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природных условиях. До ХХ в. такие попытки были безуспешны. Но в 1902 удалось получить рубины и сапфиры , обладающие свойствами природных камней. Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды , а в 1955 фирма «Дженерал электрик» и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов .

Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами. Труды исследователей не пропали даром, и были найдены способы выращивания больших кристаллов сотен веществ, многие из которых не имеют природного аналога. В природе часто встречаются твёрдые тела, имеющие форму правильных многогранников. Такие тела назвали кристаллами. Изучение физических свойств кристаллов показало, что геометрически правильная форма – не главная их особенность.

Полностью согласуется с неугасающим научным интересом учёных всего мира и всех областей знания к данному объекту исследования. В конце 60-х годов прошлого века начался серьёзный научный прорыв в области жидких кристаллов , породивший “индикаторную революцию” по замене стрелочных механизмов на средства визуального отображения информации. Позже в науку вошло понятие биологический кристалл (ДНК, вирусы и т. д.), а в 80-х годах ХХ века – фотонный кристалл.

Практическая часть

Выращивание кристаллов в домашних условиях

Выращивание кристаллов – процесс очень интересный, но достаточно длительный и кропотливый.

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.

На эти вопросы я постарался найти ответы в своей работе.

Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл), если быстро – то множество мелких.

Выращивание кристаллов в домашних условиях я производил разными способами.

Способ 1 . Охлаждение насыщенного раствора медного купороса. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается, и они выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей, зародышей образуется много, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество, и они мешают друг другу.

Для того чтобы вырастить кристалл из медного купороса я сделал перенасыщенный раствор:

1. Для этого я взял тёплую воду, растворил в ней купорос и подсыпал его до тех пор, пока он не перестал растворяться.

2. Перелил через фильтр (марлю) в другую чистую ёмкость. Тару обдал кипятком, чтобы не допустить быстрой кристаллизации раствора на грязных стенках.

3. Подготовил затравку.

4. Привязал её к нитке, опустил её в раствор.

Чтобы кристаллик равномерно разрастался со всех сторон, затравку (маленький кристаллик) лучше в подвешенном состоянии держать в растворе. Для этого я сделал перемычку из стеклянной палочки. Кстати, желательно брать нитку гладкую, тоненькую, можно шёлковую, чтобы на ней не образовывались ненужные маленькие кристаллики. Далее свой раствор я поставил в тёплое место. Очень важно медленное остывание (чтобы получить крупный кристалл). Кристаллизацию можно будет увидеть уже через несколько часов. Периодически нужно менять или обновлять насыщенный раствор, а также счищать мелкие кристаллики с нитки. (Приложение 1)

Способ 2 - постепенное удаление воды из насыщенного раствора.

В этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Я оставил открытым сосуд с раствором поваренной соли (пищевая соль) при комнатной температуре на 14 дней, накрыв его листом бумаги, - вода при этом испарялась медленно, и пыль в раствор не попадала. Растущий кристаллик подвесил в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке. Кристалл получился большой, но бесформенный – аморфный. (Приложение 1)

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.

Но, к сожалению, есть некоторые особенности их хранения. Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком. Медный купорос и поваренная соль – более стойки и с ними смело можно работать.

В прошлом году в 7 классе на уроке химии при изучении темы «Явления происходящие с веществами» мы выращивали кристаллы, многим этот опыт не удался. В этом году я подсказал ребятам из 7 класса как правильно справиться с этим задание и вот что у них получилось (см. Приложение 2).

Заключение

Все физические свойства, благодаря которым кристаллы так широко применяются, зависят от их строения – их пространственной решётки.

Наряду с твёрдотельными кристаллами в настоящее время широко применяются жидкие кристаллы, а в скором будущем мы будем пользоваться приборами, построенными на фотонных кристаллах.

Я отобрал наиболее приемлемый способ для выращивания кристаллов в домашних условиях и вырастил кристаллы соли и медного купороса. По мере роста кристаллов проводил наблюдения, фиксировал изменения.

Кристаллы – это красиво, можно сказать чудо какое-то, они притягивают к себе; говорят же "кристальной души человек" о том, в ком чистая душа. Кристальная – значит, сияющая светом, как алмаз. И, если говорить о кристаллах с философским настроем, то можно сказать, что это материал, который является промежуточным звеном между живой и неживой материей. Кристаллы могут зарождаться, стареть, разрушаться. Кристалл, когда растет на затравке (на зародыше), наследует дефекты этого самого зародыша. Но если говорить совсем серьезно, сейчас, пожалуй, нельзя назвать ни одну дисциплину, ни одну область науки и техники, которая бы обходилась без кристаллов. Медиков интересуют среды, в которых происходит кристаллообразование почечных камней, а фармацевтов таблетки – это спрессованные кристаллы. Усвоение, растворение таблеток зависит от того, какими гранями покрыты эти микрокристаллики. Витамины, миелиновая оболочка нервов, белки, и вирусы – это все кристаллы.

Кристалл чудодейственен своими свойствами, он выполняет самые разные функции. Эти свойства заложены в его строении, которое имеет решетчатую трехмерную структуру. Кристаллография – наука не новая. У её истоков стоит М. В. Ломоносов. Выращивание кристаллов стало возможным благодаря изучению данных минералогии о кристаллообразовании в природных условиях. Изучая природу кристаллов, определяли состав, из которого они выросли и условия их роста. И теперь эти процессы имитируют, получая кристаллы с заданными свойствами. В деле получения кристаллов принимают участие химики и физики. Если первые разрабатывают технологию роста, то вторые определяют их свойства. Можно ли искусственные кристаллы отличить от природных? Например, искусственный алмаз до сих пор уступает природному по качеству, в том числе и по блеску. Искусственные алмазы не вызывают ювелирной радости, но для использования в технике они вполне подходят, выступают в этом смысле на равных с природными. Опять же, нахрапистые ростовики (так называют химиков, выращивающих искусственные кристаллы) научились выращивать тончайшие кристаллические иглы, обладающие чрезвычайно высокой прочностью. Это достигается манипулированием химизмом среды, температурой, давлением, воздействием некоторых других дополнительных условий. И это уже целое искусство, творчество, мастерство – тут точные науки не помогут.

Тема “Кристаллы” актуальна, и если в неё вникать и вникать глубже, то она будет интересна каждому, даст ответы на многие вопросы, а самое главное – безграничное применение кристаллов. Кристаллы загадочны по своей сущности и настолько неординарны, что в моей работе я рассказал лишь малую часть того, что известно о кристаллах и их применении в настоящее время. Может быть, что кристаллическое состояние вещества – это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миром живой материи. Будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам!

На основании проведенного исследования я пришел к следующим выводам :

Искусственно выращенные кристаллы применяются в самых различных областях: медицине, радиотехнике, в машино-самолето строении, в оптике и во многих других.
Срок получения искусственных кристаллов значительно меньший, чем процесс их естественного образования. Что делает их более доступными в использовании.
В домашних условиях можно вырастить кристаллы даже за небольшой срок.

Библиография

Химия. Вводный курс. 7 класс: учеб. Пособие / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов, А.К. Ахлебинин. – 6-е изд., М.: Дрофа, 2011.
Химия. 7 класс: рабочая тетрадь к учебному пособию О.С. Габриеляна и др. «Химия. Вводный курс. 7 класс»/ О.С. Габриелян, Г.А. Шипарева. – 3-е изд., - М.: Дрофа, 2011.
Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех, Книга 2. Молекулы.- М.,1978.
Энциклопедический словарь юного химика. / Сост. В.А. Крицман, В.В.Станцо.-М., 1982.
Энциклопедия для детей. Том 4. Геология. / Сост. С.Т. Исмаилова.-М.,1995.
Интернет-ресурсы:

http://www.krugosvet.ru – энциклопедия Кругосвет.

http://ru.wikipedia.org/ - энциклопедия Википедия.

http://www.kristallikov.net/page6.html - как вырастить кристалл.

Приложение 1.

Дневник наблюдений

Дата	Наблюдения		Фото
Дата	Соль	Медный купорос	Соль	Медный купарос
24.01.14.	До опускания затравки в раствор. длина:5мм ширина:5мм	Делаем петельку из проволоки, подвешиваем и опускаем в раствор.
27.01.14.	длина:11мм ширина:7мм	длина:12мм ширина:10мм
30.01.14.	длина:20мм ширина:10мм	длина:18мм ширина:13мм
3.02.14.	Образование кристалла вышло за границу раствора	длина:25мм ширина:15мм
6.02.14.	Кристалл получился большой, но бесформенный	длина:30мм ширина:20мм

Приложение 2

Кристаллы, выращенные семиклассниками

Подписи к слайдам:

Применение кристаллов
Украшения
Линзы
Подготовил затравку

Цель
: определить основные области применения искусственных кристаллов и проверить опытным путём возможность роста кристаллов поваренной соли и медного купороса без применения специальной техники.
Задачи:

Собрать материал о кристаллах и их свойствах.
Провести опыты по выращиванию кристаллов медного купороса и поваренной соли.
Систематизировать материал о кристаллах: физические свойства кристаллов и их применение.
Создать презентацию «Кристаллы и их применение».
2. Вытеснение металлов из растворов солей с помощью более активных металлов.
Пропустил раствор через фильтр
Спасибо за внимание
Основные области применения искусственных кристаллов
Выполнил ученик 8 класса
Фетисов Николай
Руководитель
Сизоченко
А.И. ,
Учитель физики
Муниципальное общеобразовательное
Учреждение
«Основная общеобразовательная
Школа №24»
г.Новокузнецк, 2014 г
Выводы
Искусственно выращенные кристаллы применяются в самых различных областях: медицине, радиотехнике, в
машино-самолето
строении, в оптике и во многих других.
Срок получения искусственных кристаллов значительно меньший, чем процесс их естественного образования. Что делает их более доступными в использовании.
В домашних условиях можно вырастить кристаллы даже за небольшой срок.
Методы выращивания кристаллов
Метод
Чохральского
- тигельный
метод:
расплав
вещества, из которого
предполагается кристаллизовать
камни, помещают в огнеупорный
тигель
из тугоплавкого металла (платины, родия,
иридия
, молибдена, или вольфрама) и нагревают в
высокочастотном
индукторе.
(Драгоценные камни: рубины)
Глиняный тигель
Выращивание кристаллов в домашних условиях
Способ 1
: Медленное охлаждение насыщенного раствора
Готовлю перенасыщенный раствор
Поликристаллы
Монокристаллы
Кристаллы, выращенные семиклассниками
Жидкие кристаллы
Кристаллы
- это твёрдые
вещества,

имеющие естественную
внешнюю форму
правильных симметричных многогранников
, основанную
на
их внутренней
структуре
Полупроводниковые диоды, транзисторы, солнечные батареи
Способ 2:
Постепенное удаление воды из насыщенного раствора

В
этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат.

Нужно оставить сосуд
с раствором поваренной
соли,
накрыв его листом бумаги, - вода при этом
испаряется
медленно, а пыль в раствор не
попадает.

Кристалл
получился большой, но бесформенный – аморфный.

Перспективным бизнесом, который требует небольшого первоначального капитала и может приносить стабильный доход, является выращивание кристаллов искусственного происхождения для ювелирных изделий. Они широко применяются в современной бижутерии, организации праздников и имеют значительные преимущества перед природными камнями. Они обладают прочностью, привлекательным внешним видом, меньшей стоимостью. Как же можно заняться выращиванием кристалла и насколько это выгодно?

Согласно российскому законодательству для этого бизнеса не нужны разрешительные документы и лицензии. Их производство является минимально затратным. Популярность этих изделий постоянно возрастает, так как они доступны по цене массовым покупателям, в отличие от натуральных камней.

Такие кристаллы идеально подходят для декоративных целей: создания новогодних елочных игрушек, снежинок, украшения вместо дождика. Ими можно украшать праздничные костюмы. Есть реальная возможность задавать форму будущего изделия из кристалла.

Выращивание кристаллов - расчеты доходности

Около 21 руб. будет стоить необходимое исходное сырье для создания кристалла, похожего на рубин: окись алюминия – 7 г, оксид хрома – 0,3 г. Для нагревания воды будет затрачено 3 кВт/ч в течение 1,5 часа. Это стоит около 5 руб. Всего затраты на производство одного кристалла составляют 26 руб. В итоге вы можете получить высокорентабельное производство кристаллов, реализуя эти искусственные самоцветы значительно дороже их себестоимости.

Выращивание кристаллов в домашних условиях, требует много терпения и большие временные затраты. Но это все окупится достойными доходами.

Как вырастить красивый искусственный кристалл

Исходным сырьем для готового продукта является обычная поваренная соль, медный купорос, бура и другие вещества.

Технология изготовления такого самоцвета очень проста

1. Необходимо создать в стеклянной банке очень насыщенный раствор соли, чтобы кристаллы вещества перестали растворяться.

2. Чуть-чуть подогреть, пока соль не растворится полностью, поставив банку с раствором соли в емкость с теплой водой.

3. Раствор перелить в другую банку. Поперек ее горлышка положить перемычку, прикрепив к ней на нитке готовый небольшой кристалл соли. На нем через три дня вырастет новый искусственный кристалл.

4. Чтобы получить нужную форму кристалла, на карандаше нужно привязать и опустить в раствор заготовку в виде снежинки или другого изделия. Форма должна висеть свободно, не касаясь дна.

5. Этот сосуд нельзя сотрясать, поворачивать, поднимать. Он должен находиться в теплом месте.

6. Когда кристалл достигнет нужного размера, его следует достать, осторожно высушить, используя бумажную салфетку либо мягкую тряпку.

7. Затем нитка обрезается, а кристаллы покрываются бесцветным лаком.

Чтобы кристаллы получались более высокого качества, похожие на настоящие, нужно использовать затравку, которую помещают в раствор (алюминиевые либо хромокалиевые квасцы).

Выращивание кристаллов - нюансы

Искусственные камни могут быть различного цвета

1. Из поваренной соли, сахара получится бесцветный кристалл.

2. Лучше всего для получения кристаллов использовать медный купорос, чтобы получить кристаллы ярко-голубого цвета, похожие на бирюзу. Это дешевое вещество легко приобрести в любом магазине для огородников и садоводов. Он применяется для борьбы с вредителями растений, и стоит очень дешево.

3. При использовании хромокалиевых квасцов получаются удивительные фиолетовые кристаллы, подобные аметисту.

Чтобы создать искусственный самоцвет, которым могут заинтересоваться профессиональные ювелиры, следует приобрести необходимое оборудование. Таким способом можно производить искусственные самоцветы до 400 карат.

Если творчески подойти к делу, выращивание кристаллов может стать интересным делом, за которое вы получите немалый доход.

Вырастить настоящий кристалл – довольно просто, интересно и познавательно. В этой статье говорится о том, как это сделать в домашних условиях.

Кристаллы образуются из любых веществ, чьи атомы и молекулы группируются в упорядоченную структуру. Для их выращивания не нужна лаборатория или специальные приспособления. Подойдут самые простые реактивы, которые всегда под рукой.

Выращивание кристалла - один из самых легких и безопасных химических экспериментов, доступных в домашних условиях. Провести его сможет даже ребенок младшего школьного возраста под присмотром взрослых.

Наградой за усилия станет предмет необычайной красоты, который вы создадите собственными руками.

Виды кристаллов

Монокристалл – это цельный большой кристалл, например, искусственный камень. Он образуется при условии, что процессы кристаллизации проходят предельно медленно.
Поликристалл формируется тогда, когда кристаллизация протекает быстро. В таком случае образуется много крошечных кристалликов. Так себя ведут металлы.

Способы выращивания кристаллов дома

Один из самых простых путей выращивания кристалла – охлаждение насыщенного раствора. Какие при этом происходят процессы?

В теплой воде вещество, выбранное для опыта (например, соль), растворяется полностью.
Температуру раствора понижают: это снижает растворимость соли. Образуется нерастворенная соль, которая выпадает в осадок.
Образование осадка начинается с формирования мелких крупинок и в самом растворе, и на поверхности емкости, в которую он помещен.
Если в растворе нет посторонних включений (обыкновенных пылинок, ворсинок и т.п.), а остывание происходит постепенно, эти крупинки-кристаллики срастаются в более крупные и правильные по форме кристаллы.
Быстрое охлаждение вызывает образование сразу множества крошечных кристаллов неправильной формы, которые не соединяются между собой и сдерживают рост друг друга.

Кристалл также вырастет, если из насыщенного раствора будет постепенно удаляться растворитель (вода). Как это сделать и что будет происходить в сосуде?

Посуду с насыщенным раствором нужно достаточно долго выдерживать при постоянной температуре.
Следует исключить попадание сора и пыли, а также замедлить испарение воды (для этого достаточно накрыть емкость бумагой).
Вырастить кристалл можно на каком-либо подвесе посередине емкости (тогда он приобретет правильную форму), либо на дне емкости.
Если кристалл будет расти на дне, его нужно периодически поворачивать, чтобы добиться симметрии.
На место испарившейся воды следует добавлять раствор такой же консистенции, что был в начале эксперимента.

Основной принцип в данном случае остается прежним: чем медленнее идут процессы, влияющие на кристаллизацию, тем красивее, крупнее и правильнее получатся кристаллы. Если первоначальный кристалл, выступавший как основа для выращивания, имел неправильную форму, он дополнит недостающие части в ходе роста и примет конфигурацию, типичную для природы его вещества. Так медный купорос в итоге вырастет в ромб, а соли хромокалиевых квасцов образуют октаэдр.

Считается, что дома из подручных средств может вырасти только небольшой кристаллик. Это не так: при должном внимании есть все шансы вырастить дома кристалл любого размера и веса. Фактически для этого достаточно продолжать процедуру кристаллизации, пока не будет достигнут желаемый результат. Конечно, необходимо сразу подобрать подходящую по размеру емкость.

Сохранность кристаллов

Несоблюдение условий хранения может привести к разрушению кристалла. Необходимо ознакомиться с характеристиками выбранного вещества заранее, чтобы избежать разочарования в конце такого долгого и кропотливого труда.

Так, точеные грани кристалла квасцов под действием обычного сухого воздуха потускнеют из-за потери влаги и рассыплются, образовав серый порошок. То же произойдет с сульфатом и тиосульфатом натрия, солями марганца, цинка, никеля, сегнетовой солью. Единственный выход – поместить кристаллы в закупоренные прозрачные сосуды. Некоторые рекомендуют покрывать кристаллы прозрачным лаком, но это только оттягивает срок гибели. А еще - лакированные грани теряют свой первоначальный блеск и выглядят искусственно.

От высокой температуры разрушаются кристаллы, выращенные из медного купороса и алюмокалиевых квасцов. Срок жизни таких кристаллов может продлить хранение в бытовом холодильнике. Однако и тут они продержатся порядка 2-х лет.

Еще одна проблема кристаллов водорастворимых веществ – они разрушаются от перепадов температурного режима из-за влаги, которая в небольшом количестве сохраняется внутри них. По этой причине появляются пятнышки, сколы, происходит оплывание граней, потеря блеска.

Пожалуй, самое устойчивое из популярных для выращивания кристаллов веществ – поваренная соль.