Из каких агрегатных состояний выращивают кристаллы

Как растут кристаллы

Кристаллы железного купороса или пищевой соды, растущие буквально на наших глазах и поражающие своими строгими геометрическими формами, никогда не перестанут удивлять.
Каким образом природе удается буквально за считанные часы создавать столь совершенные творения? Очень быстро, в течение нескольких дней, из приготовленного раствора вырастают кристаллы каменной (поваренной) соли и меди, сахара и алюмокалиевых квасцов.

Механизм роста кристаллов прост и сложен одновременно. В домашних и лабораторных опытах кристаллы обычно выращивают из пересыщенных водных растворов. Но они могут расти и из расплавов, кристаллы могут образоваться и при раскристаллизации гелей. При определенных условиях кристаллы могут менять свое строение, переходя из одной кристаллической формы в другую, с сохранением химического состава. Этот процесс носит название перекристаллизация.

Геометрический отбор растущих кристаллов при образовании друзы (схема)

Рост кристаллов (за исключением перекристаллизации) всегда является переходом из одного агрегатного состояния в другое (из газообразного — в твердое; из жидкого — в твердое). Для того, чтобы начался рост кристаллов из раствора, нужно, чтобы раствор был пересыщенным. Тогда, при снижении температуры, в растворе возникнут центры кристаллизации, микроскопические «зародыши» будущих великолепных кристаллов. Рассмотрим, для примера, поваренную (каменную) соль, формула которой известна каждому со школьных времен — NaCl. Если раствор пересыщен ионами натрия и хлора, они находятся на близком расстоянии друг к другу и между ними устанавливается химическая связь. Несколько молекул строятся в кубическую решетку, а к ним уже присоединяются другие ионы. Так образуется «зародыш» кристалла. Молекулы соединяются с друг с другом, в результате микроскопический кристаллик увеличивается и скоро становится видимым кубиком. Это идеальный вариант роста кристалла, который никогда не осуществляется на практике. Для того, чтобы получить идеальный кубик соли, нужно, чтобы «зародыш» неподвижно висел в растворе, не тонул и ни к чему не прикреплялся (хотя, в невесомости, возможно, когда-то и проведут такой опыт). К тому же, к кристаллу непрерывно и равномерно должен с определенной скоростью подаваться пересыщенный раствор и равномерно омывать его.

В условиях реального опыта (или в природе) раствор поступает к «зародышу» неравномерно, может меняться как скорость поступления, так и температура раствора. К тому же, в растворе образуется множество «зародышей». Поэтому из раствора вырастает множество кристаллов в виде агрегатов или друз (на твердой поверхности — основе), которые нарастают друг на друга, растут рядом, перекрывают друг друга.

При неравномерном, волнообразном поступлении пересыщенного раствора искажается форма кристалла, некоторые его грани не могут приобрести совершенные формы. Такой же процесс с образованием множества центров кристаллизации и зародышей происходит при росте кристаллов из насыщенной газами среды.

Самые совершенные кристаллы вырастают в тех местах, где раствор поступает равномерно и есть пространство для роста. Поэтому в любой друзе самыми большими и красивыми являются верхние кристаллы.

Исследования показывают, что самые большие и красивые кристаллы вырастают в условиях, когда центров кристаллизации мало, а пространство между ними велико.
Важен и еще один момент — чем дольше растет кристалл при сохранении оптимальных условий — тем совершеннее его грани. При очень быстром изменении температурных условий и концентрации вещества в растворе кристаллики вырастают очень мелкими (иногда их размеры не превышают несколько микрон).

В природе вырастают как очень мелкие, так и очень большие кристаллы. Так, кристаллы природного гипса могут достигать в длину 5-6 метров и более.

Цвет кристалла одного и того же минерала может быть различным из-за примесей, которые в момент его роста находились в растворе. Они встраиваются в кристаллическую решетку кристалла.

О том, как провести опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях, можно узнать, пройдя по ссылке.

Мексика, штат Чиуауа, пещера Найка. Кристаллы гипса

Из каких агрегатных состояний выращивают кристаллы

Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Кристаллы широко применяются в науке, промышленности, оптике, электронике. Кристаллы получают в лаборатории, но бывают они и в природе. Например, снежинки, морозные узоры на стеклах окон и иней, украшающий зимой голые ветки деревьев. Кроме этого, выращивание кристаллов – увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и недорогое для большинства юных химиков, максимально безопасное. Меня очень заинтересовала эта тема, и я решил попробовать вырастить кристаллы солей.

Тема нашей работы: Выращивание кристаллов

Цель работы: провести исследование по выращиванию кристаллов из различных химических веществ.

1) узнать, что такое кристалл;

2) провести анкетирование среди учащихся 3 классов «Что я знаю о кристаллах»;

3) выяснить, какие условия нужно создать для роста кристаллов;

4) выполнить опытно-экспериментальную работу по выращиванию кристаллов;

5) поделиться полученной информацией на классном часе.

1) Накопление теоретического материала.

2) Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получения кристаллов

3) Анализ полученных результатов исследования.

Объектом исследования являются кристаллы.

Предметом исследования – процесс кристаллизации.

Гипотеза исследования: Мы исходим из предположения, что все соли, могут образовывать кристаллы из их водных растворов.

Практическое значение исследования состоит в том, что оно может быть использовано на уроках окружающего мира, во внеклассных мероприятиях, занятиях кружка «Юный химик».

Основные сведения о кристаллах и их свойствах

История получения искусственных кристаллов

Прежде чем провести свои практические исследования, я должен был узнать, что из себя представляют кристаллы, какие у них свойства. Поэтому я обратился к теоретическим источникам в этой области. Для этого я использовал ресурсы Интернета и книги.

Первую попытку получения искусственных кристаллов можно отнести к Средневековью, к периоду расцвета алхимии. И хотя конечной целью опытов алхимиков было получение золота из простых веществ, можно предположить, что они пытались вырастить кристаллы драгоценных камней.

Что же такое кристаллы? Кристаллы, в переводе с греческого языка, (krystallos) «лёд». По данным энциклопедии, кристалл – это твердое тело. Кристаллики растут, присоединяя частицы вещества из жидкости или пара. Кристаллы бывают естественного происхождения и искусственного, выращенные в специально-созданных условиях. И каждый человек, при желании может легко вырастить кристаллы у себя дома. Но для того, чтобы результат получился действительно красивым необходимо аккуратно выполнять все действия.

Кристаллы обладают особыми свойствами. Кристаллические твердые вещества встречаются в виде отдельных одиночных кристаллов – монокристаллов – и в виде поликристаллов, представляющих собой скопление мелких кристалликов. Кристаллы бывают разной формы. Иногда образуются дендриты – это кристаллы, похожие на веточки дерева; очень хрупкие, но очень красивые. Кристаллы бывают различными по размерам. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн.

Способы выращивания кристаллов

Кристаллизацию можно вести разными способами:

1 способ: Охлаждение насыщенного горячего раствора или расплава.

Именно из-за охлаждения миллионы лет назад на Земле появились многие минералы. «Раствором» для этого «опыта» служила магма – расплавленная масса горных пород в недрах Земли. Поднимаясь к поверхности из раскалённой глубины, магма охлаждалась. И в результате этого охлаждения образовались те самые минералы, по которым мы ходим. Процесс этот очень длительный.

Читать также:  Как выращивать клубнику в промышленных масштабах

2 способ: Постепенное удаление воды из насыщенного раствора.

При испарении («высыхании») вода превращается в пар и улетучивается. Но растворённые в воде химические вещества не могут испариться вместе с ней и оседают в виде кристаллов. Самый простой пример – соль, которая образовывается при испарении воды из соляного раствора. И в этом случае, чем медленнее испаряется вода, тем лучше получаются кристаллы. Именно по такому способу я выращивал свой кристалл.

3 способ: При конденсации паров.

Кристаллы могут также расти при конденсации паров – так получаются снежинки и узоры на холодном стекле.

При использовании всех способов наилучшие результаты получаются, если используется затравка – небольшой кристалл правильной формы или камни. Таким способом получают, например, кристаллы рубина. Выращивание кристаллов драгоценных камней проводят очень медленно, иногда годами. Если же ускорить кристаллизацию, то вместо одного кристалла получится масса мелких.

В Интернете можно найти много инструкций по поводу того, как выращивать кристаллы из различных химических веществ. Мы решили проверить все самостоятельно, и в качестве основы взяли обычную поваренную соль, медный купорос, алюмокалиевые квасцы, соли кремниевой кислоты.

Проанализировав текстовый материал и определив методы исследования, провели экспериментальную работу по выращиванию кристаллов.

Я понял, что выращивание кристаллов – это искусство, поэтому немного настойчивости, упорства, аккуратности, и можно стать обладателем красивых кристаллов, но нужно обязательно соблюдать правила техники безопасности. Именно поэтому я обратился к учителю химии.

Опыт № 1. Выращивание кристаллов из поваренной соли

Берём соль, разводим раствор в ёмкости и ставим её в кастрюлю с тёплой водой, пока не раствориться. Добавляем ещё соль и снова перемешиваем. Повторяем этот этап до тех пор, пока соль не будет растворяться, и станет оседать на дно стакана. Мы получили насыщенный раствор соли. Переливаем его в чистую ёмкость. Выбираем любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли, привязываем за нитку и подвешиваем, чтобы он не касался стенок стакана. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться (рис. 1).

Результат: мы получили кристалл поваренной соли.

1. Поваренная соль состоит из кристаллов.

2. При соприкосновении кристаллов соли с водой, они растворяются.

3. Быстрее всего кристаллы соли могут образовываться в насыщенном растворе поваренной соли.

4. По мере того как вода испаряется, соль снова образует кристаллы.

5. Можно вырастить кристаллы при необходимых условиях: наличие насыщенного солевого раствора и ниточки с затравкой.

Опыт № 2. Выращивание кристаллов из медного купороса

Берем банку с водой, добавляем медный купорос, тщательно перемешиваем до тех пор, пока он будет растворяться. Ёмкость с водой лучше всего постепенно подогревать для более быстрого растворения химиката. В процессе вода начнет менять цвет – от голубого до тёмно синего. После этого в стеклянную банку опускаем «затравку». Это обычная ниточка, привязанная на карандаш. И уже через пару дней мы видим, что на ниточку наросло множество маленьких кристалликов синего цвета. Продолжаем выращивание до тех пор, пока вода не станет светлого цвета, а кристаллы не перестанут расти (рис. 3).

Результат: мы получили кристалл медного купороса. Выращенные кристаллы небольшой формы можно использовать в качестве украшения, например, рамки для фотографий или других предметов.

Опыт № 3. Выращивание кристаллов из алюмокалиевых квасцов

Насыпать 4 чайные ложки порошка алюминиевых квасцов в половину чашки горячей воды. Помешивать для лучшего растворения. Через некоторое время порошок весь растворится, и раствор станет прозрачным.

Накрыть банку специальной крышкой, чтобы защитить от пыли. Через 1 день появляются красивые кристаллы.

Результат: мы получили кристаллы из алюмокалиевых квасцов.

Опыт № 4. Выращивание кристаллов из солей кремниевой кислоты

Налили в химический стакан силикатный клей (водный раствор силиката натрия) и дистиллированную воду в соотношении 1:1. В стакан насыпали кристаллики солей разных цветов: кальция, никеля, меди, кобальта, железа, бария, цинка, хрома и марганца. Через 15–20 минут в стакане появились «заросли», напоминающие деревья или водоросли.

Результат: в химическом стакане появились «заросли водорослей», образованных кристаллами солей кремниевой кислоты.

Опыт № 5. Выращивание сталактитов и сталагмитов

Из плотной бумаги делается каркас будущей «пещеры». Замешивается немного алебастра с небольшим количеством воды до получения вязкой однородной массы. Пока алебастр не застыл, обмазывают им все стороны «пещеры» снаружи и изнутри. Спустя несколько часов алебастр окончательно затвердевает.

Затем мы приступили к выращиванию в «пещере» «сталактитов» и «сталагмитов». В подходящем сосуде приготовили смесь силикатного клея (жидкого стекла) и воды в соотношении 1:1 по объему. Поместили «пещеру» в сосуд так, чтобы уровень жидкости не доходил до ее верхнего свода. К своду «пещеры» должен быть свободный доступ. С помощью шпателя внесли в «пещеру» сульфат магния и высыпали кристаллики в раствор. Таким же образом в раствор внесли кристаллический хлорид кальция. Через несколько минут наблюдали рост «сталагмитов» (время их роста зависит от объема сосуда).

Затем осторожно вынули «пещеру» из раствора, повернули ее на 180 градусов и снова опустили в раствор. Опять внесли в «пещеру» соли сульфата магния и хлорид кальция. Снова наблюдали появление в «пещере» причудливых наростов. Вынули «пещеру» из сосуда, осторожно промыли водой и оставили сушиться (рис. 4).

Результат: на сводах пещеры образовались причудливые наросты кристаллов.

В результате проведенных исследований гипотеза полностью подтверждается: нам удалось вырастить кристаллы поваренной соли, сахара и медного купороса.

Заинтересовавшись выращиванием кристаллов из различных химических веществ, я решил узнать у одноклассников: «Знают ли они, что такое кристаллы? Как их получают? И где они применяются?» С этой целью было проведено анкетирование среди учащихся параллели 3-х классов. Учащимся были предложены следующие вопросы:

1. Что такое кристаллы:

2. Выберите среди предложенных предметов кристаллы (ответов несколько):

3. Какими способами выращивают кристаллы (ответов несколько):

г) конденсация паров

Результат: анкета показала, что не все учащиеся знают, что такое кристаллы, как их получают и где они применяются. Все ответы сведены в диаграммы (рис. 5–7) поэтому на классном часе я познакомил ребят с результатами своей работы.

Я узнал, что многие видные ученые начинали свои первые опыты именно с выращивания кристаллов. Помимо чисто внешних эффектов, эти опыты заставляют задумываться над тем, как устроены кристаллы и как они образуются, почему разные вещества дают кристаллы разной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов, что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

Гипотеза исследования полностью подтвердилась: кристаллы соли могут появляться при создании определенных условий и если изменять условия кристаллизации и растворять различные вещества, то можно получать кристаллы разной формы, цвета и в разные сроки.

Читать также:  Как выращивать вешенки в домашних условиях в погребе

Я учился работать с источниками информации.

Узнал что такое кристаллы, какие они могут быть, почему они растут и зачем они нужны.

Освоил некоторые способы выращивания кристаллов разных веществ.

Наблюдал рост кристалла в разных условиях.

Провел изучение растворимости медного купороса в воде при разных температурах.

Узнал, что у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия.

Таким образом, после проведения исследования могу сделать следующие выводы:

1) при благоприятных условиях поваренная соль, медный купорос, алюмокалиевые квасцы, соли кремниевой кислоты принимают форму кристаллов;

2) кристаллы различных веществ имеют разную форму;

3) на форму кристаллов оказывает влияние температура;

4) кристаллы различных веществ имеют различные свойства (одни кристаллы окрашиваются, другие – бесцветны; одни кристаллы растут хорошо, другие – плохо).

5) быстрее и легче кристалл растёт тогда, когда в насыщенный раствор помещается кристалл – «затравка».

Агрегатные состояния кристалов

Кристаллы – твердые тела имеющие форму правильных многогранников. Предмет кристаллографии, его составные части. Однородность и анизотропность кристаллов. Построение пространственной кристаллической решетки. Закономерности строения и структуры кристаллов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Исследование основных законов геометрической кристаллографии. Характеристика строения кристаллов по типу пространственной решётки. Закономерные сростки кристаллов. Простые формы кристаллов высшей категории и кубической сингонии. Комбинации простых форм.

реферат [2,3 M], добавлен 01.07.2016

Названия видов симметрии кристаллов по номенклатуре Федорова и Грота (по общим формам). Примеры расположения осей кристаллической решетки при триклинной, моноклинной, ромбической, тригональной, тетрагональной, гексагональной и кубической сингонии.

презентация [4,4 M], добавлен 12.05.2015

Общий анализ программ, найденных в англоязычном и русскоязычном сегментах Google. Построение проекций кристаллической решетки и определение видов кристаллов. Определение абсолютного и относительного возраста горных пород. Создание схем скважин.

курсовая работа [348,8 K], добавлен 18.07.2014

Исторические свойства и химический состав. Структура и диагностические признаки минерала. Генезис и месторождения. Габитус и изменения кристаллов антимонита. Определение рентгенометрических характеристик. Моделирование структуры кристаллов антимонита.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.03.2014

Изучение моделей кристаллов, их классификация и виды симметрии. Правила выбора системы кристаллографических координат. Способы графического изображения кристаллов при помощи стереографической проекции. Методы расчета символов граней и простых форм.

методичка [1,7 M], добавлен 01.10.2010

Исследование генезиса минералов как процесса происхождения каких-либо геологических образований. Основные типы генезиса: эндогенный, экзогенный и метаморфический. Методы выращивания кристаллов: из пара, гидротермального раствора, жидкой и твердой фазы.

реферат [2,6 M], добавлен 23.12.2010

Геологические карты, отображающие геологическое строение верхней части земной коры. Залегания магматических горных пород. Интрузивные и эффузивные горные породы. Газообразные, жидкие и твердые продукты вулканической деятельности. Кристаллы в природе.

контрольная работа [34,8 K], добавлен 09.01.2011

Описание ряда свойств и специфических черт строения кристаллической решетки турмалина. Морфология минерала, расположение его месторождений. Характеристика сферы применения верделита. Особенности диагностики камня и основные методы его облагораживания.

лабораторная работа [12,5 K], добавлен 07.05.2013

Описание свойств алмаза и его кристаллизация в кубической сингонии. Изучение морфологии и внутреннего строения кристаллов для восстановления истории их образования. Идентификация и диагностика алмазов, методы их добычи. Создание синтетического минерала.

реферат [41,0 K], добавлен 11.10.2011

Классификация, химический состав и кристаллическая структура минералов, изоморфизм и полиморфизм. Физические процессы, определяющие рост кристаллов. Эволюционные закономерности построения минералов, их значение для познания биологической эволюции.

реферат [2,2 M], добавлен 30.08.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

14. Как растут кристаллы

14. Как растут кристаллы

Водяной пар, вода и лёд – это одно и то же вещество, молекулы которого состоят из 2-х атомов водорода и одного атома кислорода. Можно сказать про лёд, что это – твёрдая вода, или про воду, что это – жидкий лёд. Одно и то же вещество существует в трёх состояниях – газообразном, жидком и твёрдом. Вообще говоря, все вещества могут быть с большим или меньшим трудом получены во всех трёх состояних. Сталь и железо плавятся на металлургических заводах, жидкий воздух изготовляется для разных технических целей и развозится по городу в специальных теплоизолированных сосудах, твёрдый углекислый газ – это хорошо знакомый нам «сухой лёд»…

Почти любое вещество может при известных условиях дать кристаллы. Кристаллы можно получить из раствора или из расплава данного вещества, а также из его паров (например, чёрные ромбовидные кристаллы иода легко выпадают из его паров при нормальном давлении без промежуточного перехода в жидкое состояние).

Начните растворять в воде столовую соль или сахар. Не любое количество удастся растворить. При комнатной температуре (20°) вы сумеете растворить в гранёном стакане 70 граммов соли. Дальнейшие добавки соли растворяться не будут и улягутся на дне в виде осадка. Раствор, в котором дальнейшее растворение уже не идёт, называется насыщенным. Если изменить температуру, то изменится и степень растворимости вещества. Всем хорошо известно, что большинство веществ горячая вода растворяет значительно легче, чем холодная.

Представьте себе теперь, что вы приготовили насыщенный раствор, скажем, сахара при температуре 30° и начинаете охлаждать его до 20°. При 30° вы сможете растворить в 100 граммах воды 223 грамма сахара, при 20° растворяется 205 граммов. Тогда при охлаждении от 30 до 20° 18 граммов окажутся «лишними» и, как говорят, выпадут из раствора. Итак, один из возможных способов получения кристаллов состоит в охлаждении насыщенного раствора.

Можно поступить и иначе. Приготовьте насыщенный раствор соли и оставьте его в открытом стакане. Через некоторое время вы обнаружите появление кристалликов. Почему же они образовались? Внимательное наблюдение покажет, что одновременно с образованием кристаллов произошло ещё одно изменение – количество воды убыло. Вода испарилась, и в растворе оказалось «лишнее» вещество. Итак, другой возможный способ образования кристаллов – это испарение раствора.

Как же происходит образование кристаллов из раствора?

Мы сказали, что кристаллы «выпадают» из раствора; надо ли это понимать так, что неделю кристалла не было, а в одно какое-то мгновение он вдруг сразу возник? Нет, дело обстоит не так: кристаллы растут.

Не удаётся, разумеется, обнаружить глазом самые начальные моменты роста. Сначала немногие из беспорядочно движущихся молекул или атомов растворённого вещества собираются в том примерно порядке, который нужен для образования кристаллической решётки. Такую группу атомов или молекул называют зародышем.

Опыт показывает, что зародыши охотнее образуются при наличии в растворе каких-либо посторонних мельчайших пылинок. Всего быстрее и легче кристаллизация начинается тогда, когда в насыщенный раствор помещается маленький кристалл-затравка. При этом выделение из раствора твёрдого вещества будет заключаться не в образовании новых кристалликов, а в росте затравки.

Читать также:  Какие сорта винограда можно выращивать в теплице

Рост зародыша не отличается, конечно, от роста затравки. Смысл использования затравки состоит в том, что она «оттягивает» на себя выделяющееся вещество и препятствует, таким образом, одновременному образованию большого числа зародышей. Если же зародышей образуется сразу много, то они будут мешать друг другу при росте и не позволят нам получить крупных кристаллов.

Как распределяются на поверхности зародыша новые порции атомов или молекул, выделяющихся из раствора?

Опыт показывает, что рост зародыша или затравки заключается как бы в перемещении граней параллельно самим себе в направлении, перпендикулярном грани. При этом углы между гранями остаются постоянными. (Мы уже знаем, что постоянство углов – важнейший признак кристалла, вытекающий из его решетчатого строения.)

На рисунке 36[7] даны последовательные очертания трёх кристаллов одного и того же вещества при их росте. Подобную картину можно наблюдать в микроскоп. В случае, изображённом слева, число граней во время роста сохраняется. Средний рисунок даёт пример появления новой грани (вверху справа) и снова её исчезновения.

Рис. 36. Слева – рост кристалла с сохранением числа граней; в середине – грани по мере роста кристалла могут зарастать и появляться вновь; справа – обломок кристалла приобретает при росте правильную форму.

Очень важно отметить, что скорость роста граней, то есть скорость перемещения их параллельно самим себе, неодинакова у разных граней. При этом «зарастают» – исчезают именно те грани, которые перемещаются всего быстрее, например левая нижняя грань на среднем рисунке. Наоборот, медленно растущие грани оказываются самыми широкими, как говорят, наиболее развитыми.

Особенно отчётливо это видно на последнем рисунке. Бесформенный обломок приобретает ту же форму, что и другие кристаллы именно из-за анизотропии скорости роста. Вполне определённые грани развиваются за счёт других всего сильнее и придают кристаллу форму, свойственную всем образцам этого вещества.

Очень красивые переходные формы наблюдаются в том случае, когда в качестве затравки берётся шар, а раствор попеременно слегка охлаждается и нагревается. При нагревании раствор становится ненасыщенным, и идёт частичное растворение затравки. Охлаждение ведёт к насыщению раствора и росту затравки. Но молекулы оседают при этом по-иному, как бы отдавая предпочтение некоторым местам. Вещество, таким образом, переносится с одних мест шара на другие.

Сначала на поверхности шара появляются маленькие грани в форме кружков. Кружки постепенно увеличиваются и, соприкасаясь друг с другом, сливаются по прямым рёбрам. Шар превращается в многогранник. Затем одни грани обгоняют другие, часть граней зарастает, и кристалл приобретает свойственную ему форму (рис. 37).

Рис. 37. Как кристаллический шар превращается в правильный октаэдр.

При наблюдении за ростом кристаллов поражает основная особенность роста – параллельное перемещение граней. Получается так, что выделяющееся вещество застраивает грань слоями; пока один слой не достроен, следующий строиться не начинает.

На рисунке 38 показана «недостроенная» упаковка атомов. В каком из обозначенных буквами положений прочнее всего будет удерживаться новый атом, пристроившись к кристаллу? Без сомнения, в А, так как здесь он испытывает притяжение соседей с трёх сторон, тогда как в Б – с двух, а в В – только с одной стороны. Поэтому сначала достраивается столбик, затем вся плоскость, и только потом начинается укладка новой плоскости.

Рис. 38. Как растёт кристалл.

В целом ряде случаев кристаллы образуются из расплавленной массы – из расплава. В природе это совершается в огромных масштабах: из огненной магмы возникли базальты, граниты и многие другие горные породы.

Начнём нагревать какое-нибудь кристаллическое вещество, например каменную соль. До 804° кристаллики каменной соли будут мало изменяться: они лишь незначительно расширяются, и вещество остаётся твёрдым.

Измеритель температуры, помещённый в сосуд с веществом, показывает непрерывный рост температуры при нагревании. При 804° мы обнаружим сразу два новых, связанных между собой явления: вещество начнёт плавиться, и подъём температуры приостановится. Пока всё вещество не превратится в жидкость, температура не изменится; дальнейший подъём температуры – это уже нагревание жидкости. Все кристаллические вещества имеют определённую температуру плавления. Лёд плавится при 0°, железо – при 1527°, ртуть – при –39° и т.д.

Как мы уже знаем, в каждом кристаллике атомы или молекулы вещества образуют упорядоченную упаковку и совершают малые колебания около своих средних положений. По мере нагревания тела скорость колеблющихся частиц возрастает вместе с размахом колебаний.

Это увеличение скорости движения частиц с возрастанием температуры составляет один из основных законов природы, который относится к веществу в любом состоянии – твёрдом, жидком или газообразном. Зная температуру, можно вычислить, с какой средней скоростью движутся частицы вещества. Скорости эти довольно велики – порядка нескольких сот метров в секунду. При нагревании тела, например от нуля до 1000°, скорость частиц возрастает более чем вдвое.

Когда достигнута определённая, достаточно высокая температура кристалла, колебания его частиц становятся столь энергичными, что аккуратное расположение частиц становится невозможным – кристалл плавится.

С началом плавления подводимое тепло идёт уже не на увеличение скорости частиц, а на разрушение кристаллической решётки. Поэтому подъём температуры приостанавливается. Последующее нагревание – это увеличение скорости частиц жидкости.

В интересующем нас случае кристаллизации из расплава явления наблюдаются в обратном порядке: по мере охлаждения жидкости её частицы замедляют своё хаотическое движение; при достижении определённой, достаточно низкой температуры скорость частиц уже столь мала, что некоторые из них под действием сил притяжения начинают пристраиваться одна к другой, образуя кристаллические зародыши. Пока всё вещество не закристаллизуется, температура остаётся постоянной. Эта температура, как правило, та же, что и температура плавления.

О том, как получить из твердеющего расплава крупные кристаллы, мы расскажем в следующей главе. Это не так просто.

Если не принимать специальных мер, то кристаллизация из расплава начнётся сразу во многих местах. Кристаллики будут расти в виде правильных, свойственных им многогранников совершенно так же, как мы это описывали выше. Однако свободный рост продолжается недолго: увеличиваясь, кристаллики наталкиваются друг на друга, в местах соприкосновения рост прекращается, и затвердевшее тело получает зернистое строение. Каждое зерно – это отдельный кристаллик, которому не удалось принять своей правильной формы.

В зависимости от многих условий и, прежде всего, от быстроты охлаждения твёрдое тело может обладать более или менее крупными зёрнами: чем медленнее охлаждение, тем крупнее зёрна. Размеры зёрен кристаллических тел колеблются от миллионной доли сантиметра до нескольких миллиметров. В большинстве случаев зернистое кристаллическое строение тел можно наблюдать в микроскоп. Твёрдые тела обычно имеют именно такое мелкокристаллическое строение.

Источники:

Как растут кристаллы

http://science-start.ru/ru/article/view?id=22

http://revolution.allbest.ru/geology/00428989_0.html

http://fis.wikireading.ru/1768

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector