Этими примерами можно было бы закончить наш короткий рассказ о применении минералов в технике. Но области применения минералов, все более расширяются, дальнейшее развитие науки продолжает выявлять в них все новые и новые свойства. Рубиновые стекла в иллюминаторах и приборах космических кораблей, световоды из горного хрусталя, позволяющие практически мгновенно передавать с помощью лазерного луча громадное количество информации, алмазы в качестве детекторов ядерных излучений — даже простое перечисление показывает, что замечательные минералы находятся на самом переднем крае науки и техники.
Рост потребления минералов не обеспечивается природными месторождениями, поэтому все более и более расширяется синтез минералов, их искусственное производство на заводах.
Лабораторная работа №1
Выращивание кристаллов
Оборудование: поваренная соль, дистиллированная вода, воронка, стеклянная палочка, вата, стаканы.
Существуют два простых способа выращивания кристаллов из пересыщенного раствора: путем охлаждения насыщенного раствора или путем его выпаривания. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы алюмокалиевых квасцов.
Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры — уменьшается.
При охлаждении насыщенного при 40° С раствора до 20° С в нем будет находиться около 15 г избыточного количества квасцов на 100 г. воды. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т. е. раствор будет пересыщенным.
С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, и при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества пз раствора выпадает в виде кристаллов, число которых тем больше, чем большее число центров кристаллизации содержится в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязнения на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики квасцов. Если дать выпавшим кристалликам подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для выращивания крупных кристаллов.
Для выращивания крупного кристалла в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор вносят кристаллик — затравку, заранее прикрепленный на волосе или топкой леске, предварительно обработанной спиртом.
Можно вырастить кристалл и без затравки. Для этого волос или леску обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, что бы конец висел свободно. На конце волоса или лески может начаться рост кристалла.
Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл, то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3—5° С выше комнатной будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура станет комнатной, раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель.
Порядок выполнения работы:
1. Я тщательно вымыл 2 стакана и воронку и подержал их над паром
2. Налил 100 гр. Дистиллированной воды в стакан и нагрел ее до 300С. Приготовил насыщенный раствор соли и слил его через ватный фильтр в чистый стакан. Закрыл стакан крышкой. Подождал пока раствор остынет до комнатной температуры и открыл стакан. Через некоторое время началось выпадание кристаллов.
3. Через сутки слил раствор через ватный фильтр в чистый стакан. Среди множества кристаллов оставшихся на дне первого стакана выбрал самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепил кристалл – затравец к нитке и подвесил его в раствор. Поставил стакан в теплое место.
4. Рост кристалла происходил в течение 61 дня. Кристалл – затравка имел вытянуто – овальную форму. После помещения затравки в раствор рост кристалла не происходил, а наоборот он растворялся, так как температура была на 3 – 90С выше комнатной и раствор стал не насыщенным, при этом он потерял верхние, поврежденные слои, что привело к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура стала комнатной, раствор вновь стал насыщенным, и растворение кристалла прекратилось. Начался рост кристалла. За счет испарения воды из раствора темп роста кристалла увеличивался.
К выступающим частям кристалла – вершинкам и ребрам – вещество поступает в большем, чем к серединам граней количестве, поэтому градиенты концентрации (пресыщения) возникают и вдоль поверхности. Пока размеры кристалла невелеки, малы и гридиенты пересыщений, кристалл обычно растет плоскогранным. Причина этого заключается в том, что слои роста имеют повышенные скорости продвижения по поверхности по сравнению со скоростью возникновения новых слоев. Однако, с увеличением кристалла градиенты пересыщений вдоль граней возрастают и кристалл растет по всей своей площади.
В дальнейшем рост кристалла соли происходил нормально.
5. В конце срока выращивания я вынул кристалл соли из раствора, тщательно осушил салфеткой и измерил его. Кристалл соли увеличился в три раза от начальных размеров затравки. На этом выращивание кристалла соли завершено.
Выращенный кристалл имеет пирамидальную форму с небольшими отклонениями. Стороны кристалла ровные, имеют форму прямоугольников. Первоначальное ощущение – что это срослось множество квадратиков и прямоугольников, такой вид имел кристалл.
Исходя из этого я пришел к выводу, что атомы кристаллов имеют правильную геометрическую форму, и когда они сращиваются в один кристалл, тот приобретает так же правильную геометрическую форму с небольшими отклонениями.
Вывод: в этой лабораторной работе я научился выращивать кристаллы поваренной соли и узнал, что этим способом можно выращивать кристаллы любых других простых веществ, а так же, что необходимо для выращивания и как происходит рост кристаллов.
Лабораторная работа №2
Изготовление прикладного гониометра
и измерение углов между гранями кристаллов.
Оборудование: две линейки, транспортир, кристаллы поваренной соли.
Для измерения углов между гранями кристаллов служит прибор называемый прикладным гониометром. Самодельный гониометр можно изготовить из двух линеек.
Цель работы: изготовление самодельного гониометра и измерение углов между гранями поваренной соли.
Порядок выполнения работы.
1. Я изготовил прикладной гониометр. Для этого скрепил две линейки с помощью винта и гайки.
2. Приложил кристалл к одной из линеек у точки крепления так, Чтобы грань кристалла была перпендикулярна плоскости линейки. Повернул вторую линейку так, чтобы вторая грань кристалла была перпендикулярна плоскости второй линейки. Закрепил взаимное положение линеек винтом и измерил величину угла между ними с помощью транспортира.
3. Таким же образом измерил величину угла между другими пересекающимися гранями того же кристалла, а так же между гранями других кристаллов.
4. Результаты измерений занес в отчетную таблицу.
Образец | Углы между гранями | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Поваренная соль № 1 | 90 | 86 | 90 | 87 | 88 | 89 |
Поваренная соль № 2 | 87 | 88 | 90 | 90 | 89 | 88 |
Вывод: в этой лабораторной работе я изготовил самодельный гониометр и измерил углы между гранями поваренной соли. Сравнив результаты всех измерений, я пришел к выводу, что кристаллы имеют примерно одинаковую форму граней (при этом не важно какую форму имеет сам кристалл). Все грани имеют одинаковые размеры углов (88 – 900), т.е. грани имеют прямые углы, что дает им правильную геометрическую форму. Один образец поваренной соли имеет форму пирамиды с небольшими отклонениями. Второй образец поваренной соли так же имеет форму пирамиды с небольшими отклонениями.