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Em geralpropriedades do cristal

Introdução

Os cristais são substâncias sólidas que possuem uma forma externa poliedros simétricos regulares, baseados em sua estrutura interna, ou seja, em um dos vários arranjos regulares das partículas que compõem a substância.

A física do estado sólido é baseada na ideia da cristalinidade da matéria. Todas as teorias propriedades físicas sólidos cristalinos são baseados no conceito de periodicidade perfeita de redes cristalinas. Usando essa ideia e as afirmações sobre a simetria e anisotropia dos cristais que dela decorrem, os físicos desenvolveram uma teoria da estrutura eletrônica dos sólidos. Essa teoria permite uma classificação rigorosa dos sólidos, determinando seu tipo e propriedades macroscópicas. No entanto, permite classificar apenas substâncias conhecidas e investigadas e não permite predeterminar a composição e estrutura de novas substâncias complexas que teriam um determinado conjunto de propriedades. Esta última tarefa é especialmente importante para a prática, pois sua solução possibilitaria a criação de materiais sob medida para cada caso específico. Sob condições externas apropriadas, as propriedades das substâncias cristalinas são determinadas por sua composição química e pelo tipo de rede cristalina. O estudo da dependência das propriedades de uma substância em sua composição química e estrutura cristalina é geralmente dividido nas seguintes etapas separadas 1) estudo geral cristais e estado cristalino substâncias 2) construção da teoria das ligações químicas e sua aplicação ao estudo várias aulas substâncias cristalinas 3) o estudo dos padrões gerais de mudanças na estrutura de substâncias cristalinas com uma mudança em sua composição química 4) o estabelecimento de regras que permitem predeterminar a composição química e a estrutura de substâncias com um certo conjunto de propriedades físicas propriedades.

Principalpropriedades do cristal- anisotropia, homogeneidade, capacidade de auto-combustão e presença de uma temperatura de fusão constante.

1. Anisotropia

cristal anisotropia auto-queima

Anisotropia - é expressa no fato de que as propriedades físicas dos cristais não são as mesmas em direções diferentes. As grandezas físicas incluem parâmetros como força, dureza, condutividade térmica, velocidade de propagação da luz e condutividade elétrica. Um exemplo característico de uma substância com anisotropia pronunciada é a mica. Placas cristalinas de mica - facilmente divididas apenas ao longo dos planos. Nas direções transversais, é muito mais difícil dividir as placas desse mineral.

Um exemplo de anisotropia é um cristal do mineral disteno. Na direção longitudinal, a dureza do disteno é 4,5, na direção transversal - 6. O mineral disteno (Al 2 O), que se distingue pela dureza nitidamente diferente em direções desiguais. Ao longo do alongamento, os cristais de disteno são facilmente riscados por uma lâmina de faca, na direção perpendicular ao alongamento, a faca não deixa marcas.

Arroz. 1 cristal de disteno

Cordierite mineral (Mg 2 Al 3). Mineral, aluminossilicato de magnésio e ferro. O cristal de cordierita aparece com cores diferentes em três direções diferentes. Se um cubo com faces for cortado desse cristal, o seguinte poderá ser observado. Perpendicular a essas direções, depois ao longo da diagonal do cubo (de cima para cima, observa-se uma cor azul acinzentada, na direção vertical - uma cor azul índigo e na direção do cubo - amarela.

Arroz. 2 Cubo esculpido em cordierita.

Um cristal de sal de mesa, que tem a forma de um cubo. A partir desse cristal, as hastes podem ser cortadas em várias direções. Três deles são perpendiculares às faces do cubo, paralelos à diagonal

Cada um dos exemplos é excepcional em sua especificidade. Mas através de pesquisas precisas, os cientistas chegaram à conclusão de que todos os cristais são anisotrópicos de uma forma ou de outra. Além disso, formações amorfas sólidas podem ser homogêneas e até anisotrópicas (anisotropia, por exemplo, pode ser observada quando o vidro é esticado ou espremido), mas corpos amorfos não pode, por si só, assumir uma forma multifacetada, em hipótese alguma.

Arroz. 3 Detecção de anisotropia de condutividade térmica em quartzo (a) e sua ausência em vidro (b)

Como exemplo (Fig. 1) das propriedades anisotrópicas das substâncias cristalinas, devemos mencionar em primeiro lugar a anisotropia mecânica, que consiste no seguinte. Todas as substâncias cristalinas não se dividem da mesma maneira em direções diferentes (mica, gesso, grafite, etc.). As substâncias amorfas, por outro lado, se dividem da mesma maneira em todas as direções, porque o amorfismo é caracterizado pela isotropia (equivalência) - as propriedades físicas em todas as direções se manifestam da mesma maneira.

A anisotropia da condutividade térmica pode ser facilmente observada no seguinte experimento simples. Aplique uma camada de cera colorida na face de um cristal de quartzo e traga uma agulha aquecida em uma lâmpada de espírito para o centro da face. O círculo de cera derretida resultante ao redor da agulha tomará a forma de uma elipse na face do prisma ou a forma de um triângulo irregular em uma das facetas da cabeça de cristal. Em uma substância isotrópica, por exemplo, vidro, a forma da cera derretida sempre será um círculo regular.

A anisotropia também se manifesta no fato de que, ao interagir com um cristal de qualquer solvente, a taxa reações químicas diferentes em diferentes direções. Como resultado, cada cristal, quando dissolvido, acaba adquirindo suas formas características.

Em última análise, a razão para a anisotropia dos cristais é que, com um arranjo ordenado de íons, moléculas ou átomos, as forças de interação entre eles e as distâncias interatômicas (assim como algumas quantidades não diretamente relacionadas a eles, por exemplo, condutividade elétrica ou polarizabilidade) ) são desiguais em direções diferentes. A razão para a anisotropia de um cristal molecular também pode ser a assimetria de suas moléculas, gostaria de observar que todos os aminoácidos, exceto os mais simples - glicina, são assimétricos.

Qualquer partícula de um cristal tem uma composição química estritamente definida. Esta propriedade das substâncias cristalinas é usada para obter substâncias quimicamente puras. Por exemplo, ao congelar água do mar torna-se fresco e potável. Agora adivinhe se o gelo do mar é fresco ou salgado?

2. Uniformidade

Homogeneidade - é expressa no fato de que quaisquer volumes elementares de uma substância cristalina, igualmente orientados no espaço, são absolutamente idênticos em todas as suas propriedades: têm a mesma cor, massa, dureza, etc. assim, todo cristal é um corpo homogêneo, mas ao mesmo tempo anisotrópico. Um corpo é considerado homogêneo no qual, a distâncias finitas de qualquer um de seus pontos, existem outros que lhe são equivalentes não apenas fisicamente, mas também geometricamente. Em outras palavras, eles estão no mesmo ambiente que os originais, uma vez que a colocação de partículas de material no espaço cristalino é “controlada” pela rede espacial, podemos supor que a face do cristal é uma rede nodal plana materializada, e a aresta é uma linha nodal materializada. Como regra, faces cristalinas bem desenvolvidas são determinadas por grades nodais com a maior densidade de nós. O ponto onde três ou mais faces convergem é chamado de ápice do cristal.

A homogeneidade é inerente não apenas aos corpos cristalinos. As formações amorfas sólidas também podem ser homogêneas. Mas os corpos amorfos não podem, por si mesmos, assumir uma forma poliédrica.

Desenvolvimentos estão em andamento que podem aumentar o fator de homogeneidade dos cristais.

Esta invenção é patenteada por nossos cientistas russos. A invenção refere-se à indústria açucareira, em particular à produção de massas alimentícias. A invenção proporciona um aumento no coeficiente de homogeneidade de cristais na massa, e também contribui para um aumento na taxa de crescimento de cristais no estágio final de crescimento devido a um aumento gradual no coeficiente de supersaturação.

desvantagens maneira conhecida são o baixo coeficiente de homogeneidade dos cristais na massa da primeira cristalização, a duração significativa da obtenção da massa.

O resultado técnico da invenção é o aumento do coeficiente de homogeneidade dos cristais na massa da primeira cristalização e a intensificação do processo de obtenção da massa.

3. Capacidade de autocontrole

A capacidade de auto-corte se expressa no fato de que qualquer fragmento ou bola esculpida de um cristal em um meio adequado ao seu crescimento é recoberto ao longo do tempo com faces características de um determinado cristal. Esta característica está relacionada com a estrutura cristalina. Uma bola de vidro, por exemplo, não possui esse recurso.

Para propriedades mecânicas cristais incluem propriedades associadas a efeitos mecânicos sobre eles como impacto, compressão, tensão, etc. - (clivagem, deformação plástica, fratura, dureza, fragilidade).

A capacidade de auto-corte, ou seja, sob certas condições, assumem uma forma natural multifacetada. Isso também mostra sua estrutura interna correta. É esta propriedade que distingue uma substância cristalina de uma amorfa. Um exemplo ilustra isso. Duas bolas esculpidas em quartzo e vidro são mergulhadas em uma solução de sílica. Como resultado, a bola de quartzo será coberta com facetas e a de vidro permanecerá redonda.

Cristais do mesmo mineral podem ter forma diferente, tamanho e número de faces, mas os ângulos entre as faces correspondentes serão sempre constantes (Fig. 4 a-d) - esta é a lei da constância dos ângulos das facetas em cristais. Nesse caso, o tamanho e a forma das faces em diferentes cristais da mesma substância, a distância entre elas e até mesmo seu número podem variar, mas os ângulos entre as faces correspondentes em todos os cristais da mesma substância permanecem constantes nas mesmas condições. de pressão e temperatura. Os ângulos entre as faces dos cristais são medidos usando um goniômetro (goniômetro). A lei da constância dos ângulos das facetas é explicada pelo fato de que todos os cristais de uma substância são idênticos em sua estrutura interna, ou seja, têm a mesma estrutura.

De acordo com essa lei, os cristais de uma determinada substância são caracterizados por seus ângulos específicos. Portanto, medindo os ângulos, é possível provar que o cristal em estudo pertence a uma ou outra substância.

Cristais formados idealmente exibem simetria, o que é extremamente raro em cristais naturais devido ao crescimento avançado das faces (Fig. 4e).

Arroz. 4 a lei da constância dos ângulos das facetas em cristais (a-d) e o crescimento das faces principais 1,3 e 5 de um cristal crescendo na parede da cavidade (e)

A clivagem é uma propriedade dos cristais na qual se dividem ou se dividem ao longo de certas direções cristalográficas, como resultado, até mesmo planos lisos são formados, chamados planos de clivagem.

Os planos de clivagem são orientados paralelamente às faces reais ou possíveis do cristal. Essa propriedade depende inteiramente da estrutura interna dos minerais e se manifesta nas direções em que as forças de adesão entre as partículas materiais das redes cristalinas são menores.

Dependendo do grau de perfeição, vários tipos de clivagem podem ser distinguidos:

Muito perfeito - o mineral é facilmente dividido em lâminas ou folhas finas separadas, é muito difícil dividi-lo na outra direção (mica, gesso, talco, clorito).

Arroz. 5 Clorito (Mg, Fe) 3 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 2 (Mg, Fe) 3 (OH) 6)

Perfeito - o mineral se divide com relativa facilidade principalmente ao longo dos planos de clivagem, e os pedaços quebrados geralmente se assemelham a cristais individuais (calcita, galena, halita, fluorita).

Arroz. 6 Calcita

Médio - ao dividir, formam-se planos de clivagem e fraturas irregulares em direções aleatórias (piroxênios, feldspatos).

Arroz. 7 Feldspatos ((K, Na, Ca, às vezes Ba) (Al 2 Si 2 ou AlSi 3) O 8))

Imperfeito - minerais divididos em direções arbitrárias com a formação de superfícies de fratura irregulares, planos de clivagem individuais são encontrados com dificuldade (enxofre nativo, pirita, apatita, olivina).

Arroz. 8 cristais de apatita (Ca 5 3 (F, Cl, OH))

Em alguns minerais, ao dividir, apenas superfícies irregulares, neste caso falam de uma clivagem muito imperfeita ou da sua ausência (quartzo).

Arroz. 9 Quartzo (SiO 2)

A clivagem pode se manifestar em uma, duas, três, raramente mais direções. Para uma descrição mais detalhada, a direção em que a clivagem passa é indicada, por exemplo, ao longo do romboedro - em calcita, ao longo do cubo - em halita e galena, ao longo do octaedro - em fluorita.

Os planos de clivagem devem ser diferenciados das faces de cristal: um plano, via de regra, tem um brilho mais forte, forma uma série de planos paralelos entre si e, ao contrário das faces de cristal, nas quais não podemos observar sombreamento.

Assim, a clivagem pode ser traçada ao longo de uma (mica), duas (feldspato), três (calcita, halita), quatro (fluorita) e seis (esfalerita). O grau de perfeição da clivagem depende da estrutura da rede cristalina de cada mineral, pois a ruptura ao longo de alguns planos (grades planas) dessa rede devido a ligações mais fracas ocorre com muito mais facilidade do que em outras direções. No caso de forças de adesão idênticas entre partículas cristalinas, não há clivagem (quartzo).

Fratura - a capacidade dos minerais de se dividirem não ao longo de planos de clivagem, mas ao longo de uma superfície irregular complexa

Separação - a propriedade de alguns minerais se dividirem com a formação de paralelos, embora na maioria das vezes não sejam planos, não devido à estrutura da rede cristalina, que às vezes é confundida com clivagem. Em contraste com a clivagem, a separação é uma propriedade de apenas alguns espécimes individuais de um determinado mineral, e não tipo mineral geralmente. A principal diferença entre separação e clivagem é que os punções resultantes não podem ser divididos em fragmentos menores, mesmo com chips paralelos.

Simetria- o padrão mais geral associado à estrutura e propriedades de uma substância cristalina. É um dos conceitos fundamentais generalizantes da física e das ciências naturais em geral. “A simetria é a propriedade das figuras geométricas de repetir suas partes, ou, para ser mais preciso, sua propriedade em várias posições para se alinharem com a posição original.” Por conveniência de estudo, eles usam modelos de cristais que transmitem as formas de cristais ideais. Para descrever a simetria dos cristais, é necessário determinar os elementos de simetria. Assim, tal objeto é simétrico, podendo ser combinado consigo mesmo por certas transformações: rotações e (e) reflexões (Figura 10).

1. O plano de simetria é um plano imaginário que divide o cristal em duas partes iguais, e uma das partes é, por assim dizer, uma imagem especular da outra. Um cristal pode ter vários planos de simetria. O plano de simetria é denotado pela letra latina P.

2. O eixo de simetria é uma linha, durante a rotação em torno da qual por 360 ° o cristal repete sua posição inicial no espaço n-ésimo número de vezes. É denotado pela letra L. n - determina a ordem do eixo de simetria, que na natureza só pode ser de 2, 3, 4 e 6ª ordem, ou seja. L2, L3, L4 e L6. Não há eixos da quinta e acima da sexta ordem nos cristais, e os eixos de primeira ordem não são levados em consideração.

3. Centro de simetria - ponto imaginário localizado no interior do cristal, no qual as linhas se cruzam e se dividem ao meio, ligando os pontos correspondentes na superfície do cristal1. O centro de simetria é indicado pela letra C.

Toda a variedade de formas cristalinas encontradas na natureza é combinada em sete singonias (sistemas): 1) cúbica; 2) hexagonal; 3) tetragonal (quadrado); 4) trigonal; 5) rômbico; 6) monoclinal e 7) triclínico.

4. Ponto de fusão constante

A fusão é a transição de uma substância do estado sólido para o estado líquido.

Expressa-se no fato de que quando um corpo cristalino é aquecido, a temperatura sobe até um certo limite; com mais aquecimento, a substância começa a derreter e a temperatura permanece constante por algum tempo, já que tudo o calor está chegandoà destruição da rede cristalina. Acredita-se que a razão para esse fenômeno seja que a maior parte da energia do aquecedor, fornecida ao sólido, é usada para reduzir as ligações entre as partículas da substância, ou seja, à destruição da rede cristalina. Neste caso, a energia de interação entre as partículas aumenta. A substância fundida tem um grande suprimento energia interna do que no estado sólido. A parte restante do calor de fusão é gasta fazendo trabalho para alterar o volume do corpo durante sua fusão. A temperatura na qual a fusão começa é chamada de ponto de fusão.

Durante a fusão, o volume da maioria dos corpos cristalinos aumenta (de 3 a 6%) e diminui durante a solidificação. Mas, existem substâncias em que, quando fundidas, o volume diminui e, quando solidificadas, aumentam.

Estes incluem, por exemplo, água e ferro fundido, silício e alguns outros. É por isso que o gelo flutua na superfície da água e o ferro fundido sólido - em seu próprio derretimento.

As substâncias amorfas, ao contrário das cristalinas, não possuem um ponto de fusão claramente definido (âmbar, resina, vidro).

Arroz. 12 Âmbar

A quantidade de calor necessária para fundir uma substância é igual ao produto do calor específico de fusão pela massa da substância.

O calor específico de fusão mostra quanto calor é necessário para transformação completa 1 kg de uma substância do estado sólido para o líquido, levado a uma taxa de fusão.

A unidade de calor específico de fusão no SI é 1J/kg.

Durante o processo de fusão, a temperatura do cristal permanece constante. Essa temperatura é chamada de ponto de fusão. Cada substância tem seu próprio ponto de fusão.

O ponto de fusão de uma determinada substância depende da pressão atmosférica.

Em corpos cristalinos no ponto de fusão, pode-se observar a substância simultaneamente nos estados sólido e líquido. Nas curvas de resfriamento (ou aquecimento) de substâncias cristalinas e amorfas, pode-se ver que no primeiro caso há duas inflexões agudas correspondentes ao início e ao fim da cristalização; no caso de resfriamento de uma substância amorfa, temos uma curva suave. Com base nisso, é fácil distinguir substâncias cristalinas de amorfas.

Bibliografia

1. Manual do Químico 21 "QUÍMICA E ENGENHARIA QUÍMICA" p. 10 (http://chem21.info/info/1737099/)

2. Livro de referência sobre geologia (http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. UrFU em homenagem ao primeiro presidente da Rússia B.N. Yeltsin”, seção Cristalografia Geométrica (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. Capítulo 1. Cristalografia com noções básicas de química de cristal e mineralogia (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. Requerimento: 2008147470/13, 01.12.2008; IPC C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). Titular(es) da patente: instituição estadual de ensino superior Educação vocacional Academia Tecnológica do Estado de Voronezh (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. Estado de Tula Universidade Pedagógica em homenagem a L. N. Departamento de Ecologia de Tolstoi Golynskaya F.A. "O conceito de minerais como substâncias cristalinas" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. Curso de Informática "Geologia Geral" Curso de palestras. Palestra 3 D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. Aula de física (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

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Cristais e suas propriedades

Dependendo da estrutura interna, os sólidos cristalinos e amorfos são distinguidos.
cristalino chamar sólidos formados a partir de partículas de material geometricamente localizadas corretamente no espaço - íons, átomos ou moléculas. Seu arranjo regular e ordenado forma uma rede cristalina no espaço - uma formação periódica tridimensional infinita. Ele distingue nós (pontos individuais, centros de gravidade de átomos e íons), linhas (um conjunto de nós que se encontram em uma linha reta) e grades planas (planos que passam por três nós). geometricamente correto forma de cristal principalmente devido à sua estrutura interna estritamente natural. As grades da rede cristalina correspondem às faces de um cristal real, as interseções das grades - linhas - às bordas dos cristais e as interseções das bordas - aos topos dos cristais. A maioria dos minerais conhecidos e pedras, incluindo pedra Materiais de construção, são sólidos cristalinos.

Todos os cristais têm várias coisas em comum. propriedades básicas.
Uniformidade da estrutura- mesmo padrão posição relativaátomos em todas as partes do volume de sua rede cristalina.
Anisotropia- a diferença nas propriedades físicas dos cristais (condutividade térmica, dureza, elasticidade e outras) em direções paralelas e não paralelas da rede cristalina. As propriedades dos cristais são as mesmas em direções paralelas, mas não as mesmas em direções não paralelas.
A capacidade de autolimitar-se, ou seja tomar a forma de um poliedro regular com o crescimento livre de cristais.
Simetria- a possibilidade de combinar um cristal ou suas partes por certas transformações simétricas correspondentes à simetria de suas redes espaciais.
Amorfos ou mineraloides são chamados de sólidos, caracterizados por um arranjo desordenado e caótico (como em um líquido) de suas partículas constituintes (átomos, íons, moléculas), por exemplo, vidro, resinas, plásticos, etc. substância amorfa distingue-se pelas propriedades isotrópicas, a ausência de um ponto de fusão claramente definido e uma forma geométrica natural.
O estudo das formas cristalinas dos minerais mostrou que o mundo dos cristais se distingue pela simetria, que é bem observada na forma geométrica de seu corte.
Um objeto é considerado simétrico se pode ser combinado consigo mesmo por certas transformações: rotações, reflexões no plano do espelho, reflexão no centro de simetria. Imagens geométricas (planos auxiliares, linhas retas, pontos), com a ajuda de que o alinhamento é alcançado, são chamados de elementos de simetria. Estes incluem eixos de simetria, planos de simetria, centro de simetria (ou centro de inversão).
O centro de simetria é chamado ponto singular dentro da figura, quando traçada através da qual qualquer linha reta se encontrará a uma distância igual das mesmas partes da figura localizadas em posições opostas. O plano de simetria é um plano imaginário que divide uma figura em duas partes iguais, de modo que uma das partes é imagem espelhada outro. O eixo de simetria é uma linha reta imaginária, quando girada em torno dela em algum ângulo específico, as mesmas partes da figura se repetem.

Os minerais, caracterizados por uma estrutura cristalina, possuem um certo tipo de rede cristalina, cujas partículas são mantidas por ligações químicas. Com base no conceito de elétrons de valência, existem quatro tipos principais de ligações químicas:

1) iônico ou heteropolar (halita mineral),

2) covalente ou homeopolar (mineral-diamante),

3) metálico (ouro mineral),

4) molecular ou van der Waals. A natureza da ligação afeta as propriedades das substâncias cristalinas (fragilidade, dureza, maleabilidade, ponto de fusão, etc.). Um único tipo de ligação (estrutura homodésmica) ou vários tipos (estrutura heterodésmica) podem estar presentes em um cristal.

Os cristais são uma das mais belas e misteriosas criações da natureza. É difícil agora nomear aquele ano distante no alvorecer do desenvolvimento da humanidade, quando o olhar atento de um de nossos ancestrais destacou entre as rochas da terra pequenas pedras brilhantes, semelhantes a complexos figuras geométricas, que logo começaram a servir como joias preciosas.

Vários milênios se passarão, e as pessoas perceberão que junto com a beleza das gemas naturais, os cristais entraram em suas vidas.

Cristais são encontrados em todos os lugares. Andamos sobre cristais, construímos a partir de cristais, processamos cristais, cultivamos cristais em laboratório, criamos dispositivos, usamos amplamente cristais em ciência e tecnologia, somos tratados com cristais, os encontramos em organismos vivos, penetramos no segredos da estrutura dos cristais.

Os cristais que se encontram na terra são infinitamente diversos. Os tamanhos dos poliedros naturais às vezes atingem o crescimento humano e muito mais. Há cristais-pétalas mais finas que papel e cristais em camadas com vários metros de espessura. Há cristais pequenos, estreitos, pontiagudos, como agulhas, e há enormes, como colunas. Em algumas áreas da Espanha, essas colunas de cristal são colocadas para o portão. O museu do Instituto de Mineração de São Petersburgo guarda um cristal de cristal de rocha (quartzo) com mais de um metro de altura e pesando mais de uma tonelada. Muitos cristais são perfeitamente puros e transparentes como a água.

Cristais de gelo e neve

Cristais de água gelada, ou seja, gelo e neve, são conhecidos por todos. Esses cristais cobrem as vastas extensões da Terra por quase meio ano, ficam no topo das montanhas e deslizam delas como geleiras, flutuam como icebergs nos oceanos. A cobertura de gelo de um rio, uma massa de uma geleira ou um iceberg não é, obviamente, um grande cristal. Uma massa densa de gelo geralmente é policristalina, isto é, composta de muitos cristais individuais; nem sempre são distinguíveis, porque são pequenos e crescem todos juntos. Às vezes, esses cristais podem ser vistos no gelo derretido. Cada cristal de gelo individual, cada floco de neve, é frágil e pequeno. Costuma-se dizer que a neve cai como cotão. Mas mesmo essa comparação, pode-se dizer, é muito “pesada”: um floco de neve é ​​mais leve que uma penugem. Dez mil flocos de neve compõem o peso de um centavo. Mas, combinados em grandes quantidades, os cristais de neve podem parar o trem, formando bloqueios de neve.

Cristais de gelo podem destruir uma aeronave em questão de minutos. O gelo - um terrível inimigo das aeronaves - também é o resultado do crescimento do cristal.

Aqui estamos lidando com o crescimento de cristais a partir de vapores super-resfriados. Na alta atmosfera, vapor de água ou gotículas de água podem ser armazenadas por um longo tempo em um estado super-resfriado. O superresfriamento nas nuvens atinge -30. Mas assim que um avião voador invade essas nuvens super-resfriadas, na mesma hora começa uma cristalização violenta. Instantaneamente, o avião é coberto com uma pilha de cristais que crescem rapidamente.

Gemas

Desde os primeiros tempos da cultura humana, as pessoas apreciam a beleza das pedras preciosas. Diamante, rubi, safira e esmeralda são as pedras mais caras e favoritas. Eles são seguidos por alexandrita, topázio, cristal de rocha, ametista, granito, água-marinha, crisólito. Turquesa azul-celeste, pérolas delicadas e opala iridescente são altamente valorizadas.

A cura e várias propriedades sobrenaturais têm sido atribuídas às pedras preciosas, e inúmeras lendas foram associadas a elas.

As pedras preciosas serviam como medida da riqueza de príncipes e imperadores.

Nos museus do Kremlin de Moscou, você pode admirar uma rica coleção de pedras preciosas que pertenceram a família real e um pequeno grupo de pessoas ricas. Sabe-se que o chapéu do príncipe Potemkin - Taurida era tão cravejado de diamantes e por isso era tão pesado que o dono não podia usá-lo na cabeça, o ajudante carregava o chapéu nas mãos atrás do príncipe.

Entre os tesouros do fundo de diamantes da Rússia está um dos maiores e mais belos diamantes do mundo "Shah".

O diamante foi enviado pelo xá da Pérsia ao czar russo Nicolau I como resgate pelo assassinato do embaixador russo Alexander Sergeevich Griboyedov, autor da comédia Ai da sagacidade.

Nossa pátria é rica em pedras preciosas do que qualquer outro país do mundo.

Cristais no Universo

Não há um único lugar na Terra onde não haja cristais. Em outros planetas, em estrelas distantes, os cristais surgem constantemente, crescem e colapsam.

Em alienígenas espaciais - meteoritos existem cristais conhecidos na Terra e não encontrados na Terra. Em um enorme meteorito que caiu em fevereiro de 1947 em Extremo Oriente, foram encontrados cristais de ferro-níquel com vários centímetros de comprimento, enquanto em condições terrestres os cristais naturais desse mineral são tão pequenos que só podem ser vistos com um microscópio.

2. Estrutura e propriedades dos cristais

2. 1 O que são cristais, formas cristalinas

Os cristais se formam a uma temperatura bastante baixa quando movimento térmico tão lentamente que não destrói uma determinada estrutura. característica estado sólido da matéria é a constância de sua forma. Isso significa que suas partículas constituintes (átomos, íons, moléculas) estão rigidamente interconectadas e seu movimento térmico ocorre como uma oscilação em torno de pontos fixos que determinam a distância de equilíbrio entre as partículas. A posição relativa dos pontos de equilíbrio em toda a substância deve fornecer um mínimo de energia para todo o sistema, que é realizado com sua certa disposição ordenada no espaço, ou seja, em um cristal.

Um cristal, segundo a definição de G. W. Wulff, é um corpo limitado devido às suas propriedades internas por superfícies planas - faces.

Dependendo dos tamanhos relativos das partículas que formam o cristal e do tipo de ligação química entre elas, os cristais têm uma forma diferente, determinada pela forma como as partículas estão conectadas.

De acordo com a forma geométrica dos cristais, existem os seguintes sistemas cristalinos:

1. cúbico (muitos metais, diamante, NaCl, KCl).

2. Hexagonal (H2O, SiO2, NaNO3),

3. Tetragonal (S).

4. Rômbico (S, KNO3, K2SO4).

5. Monoclínico (S, KClO3, Na2SO4*10H2O).

6. Triclínica (K2C2O7, CuSO4*5H2O).

2.2 Propriedades físicas dos cristais

Para um cristal desta classe, pode-se especificar a simetria de suas propriedades. Assim, os cristais cúbicos são isotrópicos em termos de transmissão de luz, condutividade elétrica e térmica, expansão térmica, mas são anisotrópicos em termos de propriedades elétricas e elásticas. Os cristais mais anisotrópicos de baixas singonias.

Todas as propriedades dos cristais estão interconectadas e são determinadas pela estrutura atômica - cristalina, as forças de ligação entre os átomos e os espectros de energia dos elétrons. Algumas propriedades, por exemplo: elétrica, magnética e óptica, dependem significativamente da distribuição dos elétrons nos níveis de energia. Muitas propriedades dos cristais dependem decisivamente não apenas da simetria, mas também do número de defeitos (resistência, plasticidade, cor e outras propriedades).

Isotropia (do grego isos - igual, o mesmo e tropos - volta, direção) independência das propriedades do meio em relação à direção.

Anisotropia (do grego anisos - desigual e tropos - direção) é a dependência das propriedades de uma substância na direção.

Os cristais são preenchidos com muitos defeitos diferentes. Defeitos, por assim dizer, animam o cristal. Devido à presença de defeitos, o cristal revela uma "memória" dos eventos em que se tornou ou quando foi, os defeitos ajudam o cristal a se "adaptar" ao ambiente. Os defeitos alteram qualitativamente as propriedades dos cristais. Mesmo em quantidades muito pequenas, os defeitos afetam fortemente aquelas propriedades físicas que estão completamente ou quase ausentes em um cristal ideal, sendo, via de regra, “energeticamente favoráveis”, os defeitos criam áreas de atividade física e química aumentada ao seu redor.

3. Cristais crescentes

O cultivo de cristais é uma atividade excitante e, talvez, a mais simples, acessível e barata para químicos iniciantes, tão segura quanto possível em termos de tuberculose. A preparação cuidadosa para a execução aprimora as habilidades na capacidade de manusear cuidadosamente as substâncias e organizar adequadamente seu plano de trabalho.

O crescimento de cristais pode ser dividido em dois grupos.

3.1 Formação de cristais naturais na natureza

Formação de cristais na natureza (crescimento natural de cristais).

Mais de 95% de todas as rochas que o compõem crosta terrestre, foram formados durante a cristalização do magma. O magma é uma mistura de muitas substâncias. Todas essas substâncias temperaturas diferentes cristalização. Portanto, durante o resfriamento, o magma é dividido em partes: os primeiros cristais da substância com a maior temperatura de cristalização aparecem e começam a crescer no magma.

Cristais também são formados em lagos salgados. No verão, a água dos lagos evapora rapidamente e os cristais de sal começam a cair. O Lago Baskunchak sozinho na estepe de Astrakhan poderia fornecer sal a muitos estados por 400 anos.

Alguns organismos animais são "fábricas" de cristais. Os corais formam ilhas inteiras, construídas a partir de cristais microscópicos de cal carbônica.

A pedra preciosa pérola também é construída a partir de cristais que o mexilhão pérola produz.

Os cálculos biliares no fígado, rins e bexiga que causam doenças humanas graves são cristais.

3.2 Crescimento de cristais artificiais

Crescimento artificial de cristais (crescimento de cristais em laboratórios, fábricas).

O crescimento de cristais é um processo físico e químico.

A solubilidade das substâncias em diferentes solventes pode ser atribuída a fenômenos físicos, uma vez que ocorre a destruição da rede cristalina, o calor é absorvido neste caso (um processo exotérmico).

Há também um processo químico - hidrólise (reação de sais com água).

Ao escolher uma substância, é importante considerar os seguintes fatos:

1. A substância não deve ser tóxica

2. A substância deve ser estável e quimicamente pura o suficiente

3. A capacidade de uma substância se dissolver em um solvente disponível

4. Os cristais resultantes devem ser estáveis

Existem vários métodos para o crescimento de cristais.

1. Preparação de soluções supersaturadas com posterior cristalização em vaso aberto (a técnica mais comum) ou fechado. Fechadas - método industrial, para a sua implementação um enorme vaso de vidro com um termostato que simula banho d'água. O recipiente contém uma solução com uma semente pronta, e a cada 2 dias a temperatura é reduzida em 0,1°C; este método permite obter monocristais tecnologicamente corretos e puros. Mas requer altos custos eletricidade e equipamentos caros.

2. Evaporação de uma solução saturada caminho aberto, quando a evaporação gradual do solvente, por exemplo, de um recipiente frouxamente fechado com uma solução salina, pode dar origem a cristais. O método fechado envolve manter a solução saturada em um dessecador sobre um dessecante forte (óxido de fósforo (V) ou ácido sulfúrico concentrado).

II. Parte prática.

1. Crescendo cristais de soluções saturadas

A base para o crescimento de cristais é uma solução saturada.

Equipamentos e materiais: vidro de 500 ml, papel de filtro, água fervida, colher, funil, sais CuSO4 * 5H2O, K2CrO4 (cromato de potássio), K2Cr2O4 (dicromato de potássio), alúmen de potássio, NiSO4 (sulfato de níquel), NaCl (cloreto de sódio), C12H22O11 (açúcar).

Para preparar uma solução salina, pegamos um copo limpo e bem lavado de 500 ml. despeje água quente nele (t = 50-60C) água fervida 300ml despeje a substância em um copo em pequenas porções, misture, alcançando a dissolução completa. Quando a solução estiver "saturada", ou seja, a substância permanecerá no fundo, adicionará mais substâncias e deixará a solução em temperatura ambiente por um dia. Para evitar a entrada de poeira na solução, cubra o vidro com papel de filtro. A solução deve ficar transparente, um excesso da substância na forma de cristais deve cair no fundo do copo.

Escorra a solução preparada do precipitado de cristais e coloque em um frasco resistente ao calor. Coloque também um pouco de substância quimicamente pura (cristais precipitados). Aquecer o frasco em banho-maria até dissolver completamente. A solução resultante ainda é aquecida por 5 minutos a t = 60-70C, vertida em um copo limpo, envolta em uma toalha, deixada esfriar. Depois de um dia, pequenos cristais se formam no fundo do copo.

2. Criação da apresentação "Cristais"

Tiramos fotos dos cristais resultantes, usando os recursos da Internet, preparamos uma apresentação e uma coleção de "Cristais".

Fazendo uma foto usando cristais

Os cristais sempre foram famosos por sua beleza, por isso são usados ​​como joias. Eles decoram roupas, pratos, armas. Os cristais podem ser usados ​​para criar pinturas. Eu pintei a paisagem "Pôr do Sol". Cristais crescidos são usados ​​como material para fazer a paisagem.

Conclusão

Neste trabalho, apenas uma pequena parte do que se sabe sobre os cristais na atualidade foi contada, porém, essa informação também mostrou o quão extraordinários e misteriosos são os cristais em sua essência.

Nas nuvens, no topo das montanhas, em desertos arenosos, mares e oceanos, em laboratórios científicos, às células vegetais, em organismos vivos e mortos - encontraremos cristais em todos os lugares.

Mas talvez a cristalização da matéria ocorra apenas em nosso planeta? Não, agora sabemos que em outros planetas e estrelas distantes, os cristais estão continuamente surgindo, crescendo e se desintegrando. Os meteoritos, mensageiros espaciais, também consistem em cristais e, às vezes, incluem substâncias cristalinas que não são encontradas na Terra.

Os cristais estão por toda parte. As pessoas estão acostumadas a usar cristais, fazer joias com eles, admirá-los. Agora que os métodos de crescimento artificial de cristais foram estudados, o escopo de sua aplicação se expandiu e talvez o futuro as mais recentes tecnologias pertence a cristais e agregados cristalinos.

Como distinguir cristais de sólidos não cristalinos? Talvez de uma forma multifacetada? Mas grãos de cristal em metal ou rocha têm uma forma irregular; e por outro lado, o vidro, por exemplo, também pode ser multifacetado - quem não viu contas de vidro facetadas? No entanto, dizemos que o vidro é uma substância não cristalina. Por quê?

Em primeiro lugar, porque os próprios cristais, sem a ajuda de uma pessoa, assumem sua forma multifacetada, e o vidro deve ser cortado por uma mão humana.

Todas as substâncias do mundo são construídas a partir das partículas menores, invisíveis aos olhos, em movimento contínuo - de íons, átomos, moléculas.

A principal diferença entre os óculos e está na sua estrutura interna, em como as menores partículas de matéria estão localizadas neles - moléculas, átomos e íons. Em corpos gasosos, líquidos e sólidos não cristalinos, como o vidro, as menores partículas de matéria estão localizadas de forma completamente aleatória. E em corpos cristalinos sólidos, as partículas estão localizadas, por assim dizer, em um sistema regular. Eles se assemelham a um grupo de atletas nas fileiras, com a diferença, no entanto, de que as fileiras regulares de partículas se estendem não apenas para a direita e esquerda, para frente e para trás, mas também para cima e para baixo. Além disso, as partículas não ficam paradas, mas oscilam continuamente, sendo mantidas no lugar por forças elétricas. As distâncias entre as partículas dentro dos cristais são pequenas, assim como os próprios átomos são pequenos: cerca de 100 milhões de átomos podem ser localizados em um segmento de 1 cm de comprimento. Isto é muito grande número: imagine que 100 milhões de pessoas estão alinhadas ombro a ombro. Tal linha poderia circundar a Terra ao longo do equador.

A estrutura correta das partículas em cada substância é diferente, portanto as formas dos cristais são tão diversas. Mas em todos os cristais, átomos ou moléculas são necessariamente organizados em uma ordem estrita, enquanto em corpos não cristalinos não existe tal ordem. Portanto, dizemos: cristais são corpos sólidos nos quais as partículas que os formam estão dispostas em uma ordem regular.

As leis de construção de todos os cristais foram teoricamente deduzidas pelo grande cristalógrafo russo Evgraf Stepanovich Fedorov (1853-1919) e pelo cristalógrafo alemão Arthur Schoenflies. É notável que Fedorov tenha feito isso 20 anos antes, em 1912, foi provado experimentalmente com a ajuda de raios X que os átomos nos cristais são de fato dispostos em uma ordem regular e que as leis de seu arranjo são exatamente como o cientista russo previu brilhantemente.

O arranjo periódico correto de átomos (ou outras partículas) em um cristal é chamado de estrutura de cristal.

Cada um tem sua própria forma poliédrica característica, que depende da estrutura de sua rede cristalina. Por exemplo, os cristais de sal são, em regra, em forma de cubo, outras substâncias cristalizam na forma de várias pirâmides, prismas, octaedros (octaedros) e outros poliedros.

Mas na natureza, essas formas regulares de cristal são raras, você lerá sobre isso mais tarde.

As substâncias não cristalinas não têm próprio formulário, porque suas partículas constituintes são dispostas aleatoriamente, aleatoriamente.

O arranjo correto das partículas também determina as propriedades do cristal. Não é incrível, por exemplo, que dois minerais tão diferentes como grafite preto indefinido e transparente cintilante sejam construídos a partir dos mesmos átomos de carbono! são cristais de carbono. Se as redes cristalinas dos átomos de carbono são construídas de acordo com um padrão, elas formam cristais transparentes de diamante, a mais dura de todas as substâncias da Terra e a mais cara das pedras preciosas. são obtidos cristais pretos e opacos. A grafite é um dos minerais mais macios. O diamante é quase duas vezes mais pesado que o grafite. O grafite conduz eletricidade, enquanto o diamante não. Os cristais de diamante são frágeis, os cristais de grafite são flexíveis. O diamante queima facilmente em um fluxo de oxigênio, e até os pratos refratários são feitos de grafite - resiste muito ao fogo. Dois perfeitos várias substâncias, mas são construídos a partir dos mesmos átomos, e a diferença entre eles está apenas em sua estrutura diferente.

A estrutura do diamante é bem diferente da do grafite; não há camadas de fácil deslocamento, e o diamante é muito mais forte que o grafite.

Todo mundo conhece cristais de mica. A mica é fácil de dividir com uma lâmina de faca ou apenas com os dedos: as folhas de mica são separadas umas das outras quase sem dificuldade. Mas tente dividir, cortar ou quebrar a mica no plano da placa - é muito difícil: a mica, que é frágil ao longo do plano da folha, acaba sendo muito mais forte na direção transversal. A força dos cristais de mica em diferentes direções é diferente.

Esta propriedade é novamente característica dos cristais. Sabe-se que o vidro, por exemplo, é facilmente quebrado de qualquer maneira, em todas as direções, em fragmentos irregulares. Mas um cristal de sal-gema, não importa quão finamente seja quebrado, sempre permanecerá um cubo, ou seja, sempre se divide facilmente apenas em faces mutuamente perpendiculares e completamente planas.

O cristal se divide nas direções onde a força é menor. Nem para todo cristal isso é revelado tão claramente quanto para mica ou sal-gema - por exemplo, o quartzo não se divide em planos uniformes - para todos os cristais, a força em diferentes direções é diferente. No sal-gema, por exemplo, em uma direção a força é oito vezes maior que na outra e nos cristais de zinco - dez vezes. Com base nisso, pode-se distinguir cristais de não-cristais: em corpos não-cristalinos, a força é a mesma em todas as direções, portanto, eles nunca se dividem em planos uniformes.

Se você aquecer qualquer corpo, ele começará a se expandir. E aqui é fácil ver a diferença entre substâncias cristalinas e não cristalinas: o vidro se expandirá em todas as direções da mesma maneira e o cristal se expandirá de maneira diferente em direções diferentes. Os cristais de quartzo, por exemplo, expandem-se na direção longitudinal duas vezes mais do que na direção transversal. Dureza, condutividade térmica, propriedades elétricas e outras dos cristais também são diferentes em diferentes direções.

De particular interesse são as propriedades ópticas dos cristais. Se você olhar para objetos através de cristais de spar islandês, eles aparecerão duplicados. Em um cristal de spar islandês, um feixe de luz se divide em dois. Essa propriedade também é diferente em diferentes direções: se você girar o cristal, as letras se bifurcarem mais ou menos.

As formas de poliedros cristalinos surpreendem os olhos com sua estrita simetria.

A simetria dos cristais é uma propriedade importante e característica deles. A forma dos cristais e sua simetria determinam a substância cristalina.

O texto da obra é colocado sem imagens e fórmulas.
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Introdução

“Quase o mundo inteiro é cristalino.

O mundo é dominado pelo cristal e seus sólidos,

linhas retas"

Acadêmico Fersman A.E.

É possível cultivar cristais em casa? Melhore suas habilidades e habilidades Habilidades criativas- o que poderia ser mais relevante para um estudante moderno? Quero testar minhas habilidades, encontrar respostas para as perguntas: O quê? Como? Por quê? E é o tema escolhido deste trabalho que me dá essa oportunidade: eu vou descobrir! Vai explicar! Este trabalho tem um certo aspecto de novidade, já que nunca fiz nada assim com minhas próprias mãos - o cristal "cresceu" diante dos meus olhos, observei e cuidei dele. A meu ver, “crescer”, receber um cristal é criar um milagre!

Objetivo: cultive cristais em casa e explore suas propriedades.

Tarefas: 1. Estude informações de fontes literárias sobre o assunto.

2. Cresça um cristal de sal vitríolo azul.

3. Estude o impacto condições externas no crescimento de cristais por exemplo

campo magnético;

4. Investigue as propriedades físicas e químicas dos cristais cultivados.

Há muitas coisas interessantes e incomuns no mundo. Pedras de tal forma às vezes são encontradas no chão, como se alguém as serrasse cuidadosamente, polidas, polidas - são cristais. Eles são encontrados em todos os lugares de nossas vidas, atraindo com sua inusitada e misteriosa curiosidade, despertando o interesse pela observação e estudo. Alguns cristais são pequenos, estreitos e pontiagudos, como agulhas, e alguns são enormes, como colunas. Muitos cristais são perfeitamente puros e transparentes, como a água. Não é à toa que dizem “transparente como um cristal”, “claro como cristal”.

Vivendo na Terra, caminhamos sobre cristais, construímos a partir de cristais, processamos cristais em fábricas, cultivamos em laboratórios, os usamos amplamente em tecnologia e ciência, comemos cristais, curamos com eles...

Em laboratórios, cristais únicos de muitas substâncias são obtidos artificialmente. Tomando precauções, você pode cultivar alguns cristais em casa, por exemplo, a partir de soluções supersaturadas de sulfato de cobre removendo gradualmente a água da solução. Foi assim que cresci meus cristais, dividindo o trabalho em três etapas:

Preparação da "semente".

Observação do crescimento de cristais.

O estudo da física e propriedades quimicas cristal.

O software que usamos para processar os resultados dos experimentos com cristais: um microscópio digital, câmera digital, balanço eletrônico.

Programas: Microsoft Office Gerenciador de imagens, Microsoft Photo Paint

Descobertas:

1. Desenvolvemos cristais de sulfato de cobre: ​​monocristais e policristais (drusos).

2. Um cristal crescido em um campo magnético tem quase forma correta losango.

3. As propriedades físicas e químicas foram estudadas: cristais de sulfato de cobre dissolvem-se bem em água e mal em álcool; a aparência de uma tonalidade verde na chama indica a presença de íons de cobre (CuSO 4), a densidade de um cristal cultivado em um campo magnético é de 2,07 g / cm 3 e fora de um campo magnético - 2,04 kg / cm 3; índice de refração do cristal n=1,54; o cristal no experimento de condutividade elétrica mostrou propriedades isolantes claramente pronunciadas, o que corresponde totalmente às propriedades elétricas normais de cristais com estrutura iônica.

Como resultado da pesquisa, o problema foi resolvido: conseguimos cultivar cristais de sulfato de cobre em casa.

O significado prático do estudo está no fato de que os cristais cultivados por nós podem ser usados ​​para demonstrações em aulas de química e física, para a criação de pinturas, flores, composições, joias para fashionistas, etc. : um broche, uma moldura decorada para fotografias e um castiçal, uma caixa de joias decorada. Refletimos os resultados de nosso trabalho em livretos publicados com recomendações para o cultivo de cristais em casa e criamos uma apresentação que também pode ser usada em aulas e atividades extracurriculares.

Capítulo 1. Parte teórica

1. O que é um cristal

A palavra cristal ("cristallos") - origem grega. Os antigos gregos chamavam o gelo de cristal e depois de cristal de rocha, que eles consideravam gelo petrificado. Mais tarde, a partir do século XVII, todos os sólidos que possuem a forma natural de um poliedro planar passaram a ser chamados de cristais. Cristais são sólidos cujos átomos ou moléculas ocupam certas posições ordenadas no espaço. Em todos os cristais, em todas as substâncias sólidas, as partículas estão dispostas em uma ordem regular e clara, alinhadas em um padrão de repetição regular e simétrico. Enquanto houver essa ordem, haverá sólido, cristal. Portanto, os cristais têm faces planas. Cristais vêm em diferentes formas.

Os sólidos cristalinos ocorrem na forma de cristais únicos separados - cristais únicos e na forma de policristais, que são um acúmulo de pequenos cristais orientados aleatoriamente - cristalitos, também chamados de grãos (cristalinos). Os monocristais diferem em suas propriedades dos policristais. Monocristais, monocristais, têm o correto forma geométrica, eles são caracterizados por anisotropia, ou seja, a diferença de propriedades em diferentes direções. Os policristais consistem em muitos cristais intercultivados, são isotrópicos. Aqui, por exemplo, estão os cristais de sulfato de cobre cultivados por nós em casa:

Para uma representação visual da estrutura interna de um cristal, sua imagem é usada com a ajuda de uma rede cristalina. Estrutura cristalina - um arranjo tridimensional de átomos, íons ou moléculas em uma substância cristalina. Dependendo de como os átomos estão dispostos, ele se torna um diamante - uma pedra bonita, transparente e mais dura do mundo, ou um grafite macio preto acinzentado que vemos em um lápis.

Dependendo do tipo de rede cristalina, os cristais são divididos em 4 grupos:

1.2.Métodos para o crescimento de cristais na natureza.

Todos puderam observar como os cristais de gelo aparecem, crescem e mudam gradualmente de forma no vidro de uma janela congelada. cristais crescem . Eles sempre crescem em poliedros regulares e simétricos, se nada interferir no seu crescimento. A cristalização pode ser realizada de diferentes maneiras.

1 caminho : Os cristais podem crescer quando os vapores se condensam - é assim que os flocos de neve e os padrões no vidro frio são obtidos.

2 maneiras : Resfriar uma solução quente saturada ou derreter. O processo de formação de rochas vulcânicas também pertence à cristalização do derretimento. Foi por causa do resfriamento de milhões de anos atrás que muitos minerais apareceram na Terra. A "solução" para este "experimento" foi o magma - uma massa fundida de rochas nas entranhas da Terra. Subindo à superfície das profundezas quentes, o magma esfriou. Como resultado desse resfriamento, que pode durar mais de mil anos, formaram-se os próprios minerais sobre os quais caminhamos, os quais escalamos. Este processo é muito demorado.

3 vias : Remoção gradual de água de uma solução saturada. Durante a evaporação (“secagem”), a água se transforma em vapor e evapora. Mas os produtos químicos dissolvidos na água não podem evaporar com ela e se estabelecer na forma de cristais. O exemplo mais simples é o sal, que é formado quando a água evapora de uma solução de salmoura. E neste caso, quanto mais lenta a água evaporar, melhores serão os cristais obtidos. Foi assim que eu cresci meu cristal.

1. Um campo magnético

O campo magnético é tipo especial matéria, não é percebida pelos sentidos, é invisível. Um campo magnético surge em torno de corpos que retêm a magnetização por muito tempo - ímãs, corpos que possuem seu próprio campo magnético. A principal propriedade dos ímãs é atrair corpos feitos de ferro ou suas ligas. Um ímã permanente sempre tem dois pólos magnéticos: Norte (N) e Sul (S). O campo magnético mais forte de um ímã permanente está em seus pólos. Pólos iguais de um ímã se repelem e pólos opostos se atraem. Ímãs naturais (ou naturais) são pedaços de minério de ferro magnético. De composição química consistem em 31% de FeO e 69% de Fe 2 O 3 .

Capítulo 2. Parte prática.

Normas de segurança:

As substâncias devem ser manuseadas com muito cuidado.

Em nenhum caso os grãos devem entrar em produtos alimentícios.

É necessário usar pratos especiais para o cultivo de cristais.

Depois de trabalhar com sulfato de cobre, certifique-se de lavar as mãos com água e sabão.

Etapas do trabalho:

Preparação da "semente".

Crescendo e observando cristais.

Estudar vários fatores no processo de crescimento do cristal (campo magnético).

Estudo das propriedades químicas e físicas dos cristais.

Diga-me e eu esquecerei.

Mostre-me e eu me lembrarei.

Deixe-me fazer isso sozinho e eu vou aprender.

Confúcio

2.1. Detecção de campo magnético.

Como o campo magnético é invisível, pode ser detectado usando limalhas de ferro e ímãs. Vamos realizar um experimento confirmando a existência de um campo magnético.

Equipamento: dois ímãs em forma de arco, limalhas de metal, uma folha de papel.

Ordem de execução: As limalhas de ferro foram derramadas em uma folha de papel em uma camada uniforme e depois colocadas em ímãs localizados em frente um ao outro com polos opostos. As limalhas de metal são organizadas de uma certa maneira.

Conclusão: Com a ajuda de limalhas de ferro, tive uma ideia da forma do campo magnético. As limalhas de ferro estão localizadas em um campo magnético ao longo de suas linhas de força.

2.2. Preparação da "semente"

"Semente" - o centro de cristalização, o crescimento dos cristais depende de sua qualidade.

2.3 Observação do crescimento de cristais dentro e fora de um campo magnético.

Para o estudo, dois copos idênticos foram preparados com a mesma quantidade de solução de sulfato de cobre. Colocamos um frasco em um campo magnético (usamos imãs permanentes), e o segundo - longe dos ímãs. As condições - condições de temperatura e luz, nas quais os frascos com a solução estavam localizados, eram as mesmas.

Observação do crescimento e forma de um cristal dentro e fora de um campo magnético

O resultado das observações: um único cristal de sulfato de cobre grande o suficiente cresceu em um campo magnético e, fora dele, um cristal cresceu de uma forma bizarra - uma drusa.

Conclusão. O processo de crescimento do cristal revelou-se sensível à ação de um campo magnético. O cristal era de cor azul profundo e tem a forma de um paralelepípedo chanfrado. Os lados do cristal são uniformes. Em outro frasco, uma drusa de 5 a 6 cm de tamanho cresceu em uma forma bizarra - bonita e também tem uma rica cor azul. Entre os cristais intercultivados, pode-se distinguir áreas de monocristais de forma rômbica (Apêndice 2).

2.4. Propriedades quimicas

2.5. Medição de densidade de cristal

A densidade do cristal de sulfato de cobre foi determinada com base no fato de que não se dissolve em álcool.

Equipamento: balanças eletrônicas, cilindro medidor (becker), álcool.

Conclusão: densidade de um cristal crescido em um campo magnético - 2,07 g/cm 3, e fora do campo magnético - 2,04g/cm3. (comparável a dados tabulares)

2.6 Medição do índice de refração do cristal.

De grande importância na descrição e identificação dos cristais são suas propriedades ópticas. Quando a luz cai cristal claro, ele é parcialmente refletido e passa parcialmente no cristal. A luz refletida do cristal dá brilho e cor, enquanto a luz que passa dentro do cristal cria efeitos que são determinados por suas propriedades ópticas. Quando um feixe de luz inclinado passa do ar para um cristal, sua velocidade de propagação diminui; o feixe incidente é desviado ou refratado. A razão sen do ângulo de incidência para sen do ângulo de refração é um valor constante e é chamado de índice de refração. Esta é a mais importante das características ópticas de um cristal e pode ser medida com muita precisão.

Para medir o índice de refração, usamos um feixe de luz passando por uma tela com uma fenda. Colocando o cristal no caminho do feixe, marcamos dois pontos na entrada e na saída do feixe do cristal, então os conectamos. Tendo feito construções adicionais, medimos o ângulo de incidência do feixe, o ângulo de refração e, usando a fórmula, calculamos o índice de refração de um cristal crescido em um campo magnético.

2.7 . Propriedades eletromagnéticas

Depois de experimentar radiação visível testamos a capacidade do cristal de absorver ondas de rádio, ou seja, radiação invisível. Para isso, embrulhamos o controle remoto com papel alumínio, que não transmite ondas de rádio. Pressionamos o botão liga / desliga, mas a placa não ligava. Então abrimos um buraco estreito para a passagem dos raios, apertamos novamente o botão power e a placa ligou.

Desligando a placa, tentamos ligá-la novamente, mas desta vez cobrimos o emissor com um cristal de vitríolo. Quando eu apertei o botão de energia, a placa não ligou.

Conclusão: um cristal com uma espessura de 15 mm é um obstáculo às ondas de rádio.

2.8. Teste de condutividade

A condutividade elétrica é a propriedade de alguns corpos de conduzir corrente elétrica. Todas as substâncias são divididas em corrente elétrica condutora (condutores), semicondutores e dielétricos (isoladores).

Investigando a condutividade elétrica do cristal resultante, usamos uma lâmpada elétrica para registrar a passagem de uma corrente elétrica. Se houver corrente no circuito, a luz está acesa; se não, está apagada. Foi aplicada uma tensão com um valor de 4,5V.

Conclusão: O cristal no experimento mostrou as propriedades de um isolante, a lâmpada não acendeu, o que é totalmente consistente com as propriedades elétricas normais dos cristais com estrutura iônica.

Descobertas:

Em um laboratório de física de uma escola comum, usando equipamentos, criamos cristais a partir de uma solução saturada de sulfato de cobre por evaporação, observamos seu crescimento dentro e fora de um campo magnético, calculamos características físicas e estudamos propriedades químicas.

1. Desenvolvemos cristais de sulfato de cobre: ​​monocristal e policristal.

2. O campo magnético tem um certo efeito no crescimento dos cristais, um cristal crescido em um campo magnético tem uma forma quase regular de diamante.

3. As propriedades físicas e químicas foram estudadas: cristais de sulfato de cobre dissolvem-se bem em água e mal em álcool; o aparecimento de uma tonalidade verde na chama indica a presença de íons de cobre, ou seja, CuSO4; a densidade de um cristal crescido em um campo magnético é 2,07 g/cm 3 , e fora de um campo magnético - 2,04 kg/cm 3 ; índice de refração do cristal n = 1,54; o cristal no experimento de condutividade elétrica mostrou propriedades isolantes claramente pronunciadas, o que corresponde totalmente às propriedades elétricas normais de cristais com estrutura iônica.

Conclusão.

O trabalho de pesquisa realizado abriu-me mundo maravilhoso cristais. Na minha opinião, conseguir um cristal é um milagre. Para mim, isso é uma coisa nova e incomum. Antes disso, eu não sabia o que faria, como seriam os cristais do meu “autor” e o que deveria fazer com eles. Ao estudar os cristais, convenci-me de que suas propriedades são tão diversas que pudemos estudar apenas alguns deles. Mas o mais importante, encontramos um uso para esses cristais. Os cristais cultivados por nós podem ser usados ​​para demonstração nas aulas de química e física. Dos próprios cristais, fizemos um broche, decoramos um porta-retratos e um castiçal e decoramos uma caixa de joias (Apêndice 3). Refletimos os resultados de nosso trabalho em livretos publicados com recomendações para o cultivo de cristais em casa e criamos uma apresentação que também pode ser usada em aulas e atividades extracurriculares.

Como resultado da pesquisa, resolvemos o problema: conseguimos cultivar cristais de sulfato de cobre em casa. Posso dizer com confiança que o cultivo de cristais é uma arte!

Este tema foi de grande interesse para nós. O mundo dos cristais acabou sendo incrível e diversificado. Como resultado, temos também outras questões que requerem um estudo mais aprofundado. Portanto, pretendemos continuar a estudar este tema.

Física - ciência incrível, e você precisa aprender passo a passo.

Para cristais crescentes, use apenas soluções recém-preparadas.

Use apenas pratos limpos.

Certifique-se de filtrar a solução.

O cristal não pode ser removido da solução durante o crescimento sem uma razão especial.

Mantenha os detritos fora da solução saturada. Para fazer isso, cubra-o com papel de filtro.

Periodicamente (uma vez por semana) troque ou renove a solução saturada.

Remova os pequenos cristais formados entre si.

Quanto mais lentamente a solução esfria, maiores os cristais se formam. Para fazer isso, você pode embrulhar os óculos com um pano.

Os cristais resultantes são cuidadosamente cobertos com um verniz incolor contra intempéries.

Bibliografia:

1.Oficina física para aulas com aprofundamento de física. Editado por Yu.I. Dick, O. F. Kabardin. M; 1993

2. Série "Erudita" Química, Física.

3. M.P. Shaskolskaya, Crystals. Editora "Ciência". - M.: 1978.

4. dicionário enciclopédico jovem físico. - M.: Pedagogia, 1995.

Recursos da Internet:

school-collection.edu.ru

class-fizika.narod.ru

Apêndice 1

vitríolo azul

Fórmula química: CuSO 4 * 5H 2 O 1

Nome químico: sulfato de cobre, sulfato de cobre pentahidratado (Cuprumsulfuricum), meli sulfato (II) pentahidratado

Descrição: pó cristalino azul

Classe de compostos: sais hidratados

Descrição dos cristais: cristais azuis, altamente solúveis em água. Propriedades . Higroscópico. Solúvel em água, glicerina, ácido sulfúrico. Pouco solúvel em amônia. O sal é estável no ar.

A estrutura do hidrato cristalino

A estrutura do sulfato de cobre é mostrada na figura. Como pode ser visto, dois ânions SO 4 2− ao longo dos eixos e quatro moléculas de água (no plano) são coordenados em torno do íon cobre, e a quinta molécula de água desempenha o papel de pontes que, usando ligações de hidrogênio, unem moléculas de água de o plano e o grupo sulfato.

Inscrição.

É usado para controlar pragas e doenças de plantas (de doenças fúngicas e pulgões da uva). Às vezes usado em piscinas para evitar o crescimento de algas na água.

Na construção, uma solução aquosa de sulfato de cobre é usada para eliminar manchas de ferrugem, bem como para remover as emissões de sal de tijolos e superfícies de concreto; e também como meio de prevenir a deterioração da madeira.

Também é usado para fazer corantes minerais, na medicina e como parte de soluções de fiação na fabricação de fibras de acetato.

NO Indústria alimentícia registrado como aditivo alimentar E519(conservante).

Na natureza, ocasionalmente é encontrado o mineral Calcantita, cuja composição se aproxima de CuSO 4 * 5H 2 O

Nos pontos de compra de sucata de metais não ferrosos, uma solução de sulfato de cobre é utilizada para detectar zinco, manganês e magnésio em ligas de alumínio e aço inoxidável. Quando os metais acima são detectados, aparecem manchas vermelhas de cobre puro.

Apêndice 2

Estudando cristais com um microscópio digital.

Anexo 3

1 Material retirado das páginas da Wikipedia