Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Случалось ли вам слышать слово «кристалл»? Разумеется. Но спросите себя, какие кристаллы вам знакомы? Первыми на ум приходят скорее всего яркие самоцветы: изумруд, кто-то вспомнит лиловый аметист, кто-то вишнёво-красный гранат, а кто-то горный хрусталь – бесцветный кварц. Не будь этих блестящих разноцветных камушков, жизнь потускнела бы, лишившись их красок, их маленьких тайн.

В кристаллах есть что-то удивительное и завораживающее. Они поражают своей четкостью линий и симметрией, в которой скрывается необыкновенная красота. Я сразу заинтересовалась темой «кристаллы». Природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Удивительные многогранники издавна привлекали внимание людей. Средневековые алхимики думали, что природные кристаллы были сотворены богом раз и навсегда. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями.

Кристаллы так хороши собой, что ими можно любоваться часами. Каких только кристаллических форм не создала природа! Столбики, кубики, пирамиды, звёзды! Поражает разнообразие причудливых форм и цветов кристаллов.

Красота кристаллов всегда восхищала человека. Раньше считалось, что горный хрусталь (вид кварца) – это окаменевший лед, который никогда не растает. На самом деле кристаллы (от греческого слова «Криос» - «ледяной холод») – это твердые тела со строгим внутренним расположением атомов, которому соответствуют симметрия их внешних гладких поверхностей – граней.

Наука, занимающаяся изучением кристаллов и их свойств, называется кристаллографией.

Кристаллография зародилась в древности и развивалась в тесной связи с минералогией как наука, устанавливающая законы огранения кристаллов.

Наблюдение и измерение огранения кристаллов, установление законов огранения - предмет геометрической кристаллографии. На основе геометрической кристаллографии возникла гипотеза об упорядоченном, трёхмерно-периодическом расположении в кристалле составляющих его частиц, в современном понимании - атомов и молекул, которые образуют кристаллическую решетку. Структурная кристаллография исследует атомно-молекулярное строение кристаллов методами рентгеноструктурного анализа, электронографии, нейтронографии, электронной микроскопии.

Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые кристаллографией, находят применение в рассмотрении общих закономерностей строения и свойств конденсированного состояния вещества: аморфных тел и жидкостей, полимеров, биологических макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. Этим занимается обобщенная кристаллография. Изучать кристаллы – это значит изучать почти все окружающие нас тела. Изучением строения и свойств кристаллов занимаются такие науки, как физика, химия.

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Кристаллы характеризуются значительными силами межмолекулярного взаимодействия.

Они имеют правильную геометрическую форму, которая является результатом упорядоченного расположения частиц, составляющих кристалл. Регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью в трех измерениях, называется пространственной (кристаллической) решеткой. Форму, которую принимает монокристалл тогда, когда при его росте устранены все случайные факторы, называют идеальной. Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми рёбрами и обладает симметрией.

Не все кристаллы одинаковы. Существуют монокристаллы и поликристаллы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называются монокристаллами.

Особенностью монокристаллов является зависимость физических свойств (упругих, механических, тепловых, электромагнитных, оптических и т. д.) от направления наблюдения, т. е. анизотропность. Поликристалл состоит из множества беспорядочно ориентированных мелких монокристаллов и поэтому анизотропностью не обладает.

Анизотропность сохраняется на уровне мелких монокристаллов

Кристаллы обладают симметрией атомной структуры, соответствующей ей симметрии внешней формы, а также анизотропией физических свойств. При изменении внешних условий структура кристаллов может измениться. Большинство природных твёрдых материалов являются поликристаллами.

1. 2 Жидкие и твердые кристаллы

В природе часто можно встретить переливчатые крылья жука или стрекозы, наблюдать за быстро меняющимися цифрами электронных часов. Трудно догадаться, что может объединять эти вроде бы совсем не связанные вещи. Оказывается, общими их участниками являются жидкие кристаллы.

Есть такие вещества, и природные, и искусственные, которые в определенном диапазоне температур текучи, как жидкости, но сохраняют внутренний порядок составляющих их частиц-молекул, присущий твердым телам. При понижении температуры они превращаются в твердые кристаллы, а нагрей их - станут обычными жидкостями.

Эти вещества объединяют в себе свойства кристаллов и жидкостей. Образуются они из органических цепочек, похожих на полимеры. Удлиненная форма этих мельчайших частиц определяет необычные качества жидких кристаллов. Известно несколько тысяч органических соединений, образующих жидкие кристаллы, молекулы которых имеют удлиненную или дискообразную форму.

Однако при температурах ниже критической (которая у каждого вещества своя) в жидкости возникает выделенное направление, вдоль которого начинают ориентироваться оси молекул. В результате образуется жидкий кристалл с характерной анизотропией свойств.

Частицы жидких кристаллов способны сразу, по внешнему сигналу, менять свою ориентацию. При наблюдении за сменой цифр на табло микрокалькулятора или часов, там происходит похожий процесс – на определённые участки подаётся электрический сигнал и они изменяют свою прозрачность.

Всё чаще мы стали встречаться с термином “жидкие кристаллы”. Мы все часто с ними общаемся, и они играют немаловажную роль в нашей жизни. Многие современные приборы и устройства работают на них. К таким относятся часы, термометры, дисплеи, мониторы и прочие устройства. Что же это за вещества с таким парадоксальным названием “жидкие кристаллы” и почему к ним проявляется столь значительный интерес? В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материального производства. В этом отношении не являются исключением и жидкие кристаллы. Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного применения в ряде отраслей производственной деятельности. Внедрение жидких кристаллов означает экономическую эффективность, простоту, удобство.

В конце девятнадцатого - начале двадцатого века многие очень авторитетные учёные весьма скептически относились к открытию Рейнитцера и Лемана. Дело в том, что не только описанные противоречивые свойства жидких кристаллов представлялись многим авторитетам весьма сомнительными, но и в том, что свойства различных жидкокристаллических веществ (соединений, обладавших жидкокристаллической фазой) оказывались существенно различными. Так, одни жидкие кристаллы обладали очень большой вязкостью, у других вязкость была невелика. Одни жидкие кристаллы проявляли с изменением температуры резкое изменение окраски, так что их цвет пробегал все тона радуги, другие жидкие кристаллы такого резкого изменения окраски не проявляли. Наконец, внешний вид образцов, или, как принято говорить, текстура, различных жидких кристаллов при рассматривании их под микроскопом оказывался совсем различным. В одном случае в поле поляризационного микроскопа могли быть видны образования, похожие на нити, в другом - наблюдались изображения, похожие на горный рельеф, а в третьем - картина напоминала отпечатки пальцев. Стоял также вопрос, почему жидкокристаллическая фаза наблюдается при плавлении только некоторых веществ? Жидкие кристаллы обладающие анизотропией свойств, связанной с упорядоченностью в ориентации молекул. Благодаря сильной зависимости свойств жидких кристаллов от внешних воздействий они находят разнообразное применение в технике.

Твердые тела подразделяются на кристаллические и аморфные.

Кристаллические тела характеризуются наличием дальнего порядка - пространственной периодичностью в расположении атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек, в этом случае говорят о наличии ближнего порядка.

Устойчивым является кристаллическое состояние, аморфное состояние – нестабильное, с течением времени аморфные тела должны закристаллизоваться.

Аморфное состояние - это твердое некристаллическое состояние вещества, характеризующееся изотропией физических свойств и отсутствием определенной температуры плавления. При повышении температуры аморфное вещество (стекло, многие пластмассы) размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно. При продолжительном воздействии с малой силой аморфные тела, подобно жидкостям, обнаруживают текучесть.

По типам связи между частицами твёрдые тела делят на пять классов:

1) ионные кристаллы в которых основными силами притяжения, действующими между ионами, являются электростатические силы;

2) кристаллы с ковалентной связью, в которых валентные электроны соседних кристаллов обобществлены; кристалл представляет собой как бы огромную молекулу;

3) металлы, у которых энергия связи обусловлена коллективным взаимодействием подвижных электронов с ионным островом - металлическая связь;

4) молекулярные кристаллы, в которых молекулы связаны слабыми электростатическими силами (ван-дерваальсовы силы), обусловленными динамической поляризацией молекул;

5) кристаллы с водородными связями, в которых каждый атом водорода связан силами притяжения одновременно с двумя другими атомами. Именно водородная связь вместе с электростатическим притяжением дипольных моментов молекул воды определяет свойства воды и льда.

1. 3 Снежинки

Каждую зиму на землю падают миллиарды снежных кристаллов. Их холодное совершенство и абсолютная симметрия поражают. Странно, что люди разглядели эти «драгоценности изо льда» совсем недавно.

Сколько писателей и философов были очарованы этой недолговечной красотой! Вот какими увидел снежинки герой Томаса Манна: «С виду это была бесформенные клочочки, но он уже не раз смотрел на них через свое увеличительное стекло и отлично знал, из каких изящных, отчетливо сделанных крохотных драгоценностей они составляются – из подвесок, орденских звезд, брильянтовых аграфов; роскошнее и тщательнее их не мог бы сработать самый умелый ювелир».

Снежинки (снег), твердые атмосферные осадки, состоящие из ледяных кристаллов различной формы.

Рассматривать снежинки очень интересно хотя бы потому, что еще ни разу на землю не упало двух одинаковых.

Снежинки не раз становились предметом серьезных научных исследований. Самый первый трактат о снежинках написал в 1611 году Иоанн Кеплер. В нем он размышляет о том, почему кристаллы снега имеют шестигранную форму.

С тех пор многие ученые пытались ответить на этот вопрос. Им на помощь приходила даже рентгеновская техника, но точного объяснения нет и сегодня.

Отчаявшись, ученые решились предположить, что Кеплер был прав, считая, будто снежинки, как растения, обладают подобием души, которая и моделирует их форму.

В 1635 году философ и математик Рене Декарт впервые занялся описанием видов снежинок, разглядывая их невооруженным глазом. Он первый нашел и описал достаточно редкую 12-конечную снежинку.

В 1665 г. Роберт Хук рассматривал снежинки уже под микроскопом.

А первый снимок снежного кристалла под микроскопом сделал 15 января 1885 года молодой Уилсон Бентли, сын фермера из штата Вермонт. И был так поражен результатом, что всю оставшуюся жизнь Снежинка -так прозвали Бентли –посвятил снегу. За 47 лет (умер он в 1931 году) Бентли успел сфотографировать около 5600 снежных кристаллов.

Сравнивая снимки, фотограф-самоучка обнаружил, что среди них нет двух одинаковых. И, между прочим, до него этого никто не замечал! Влюбленный в снег фотограф, снимавший снежинки самодельной громоздкой камерой, признавался: «Каждый раз я не могу до конца поверить в то, что вся эта красота через мгновение растает и исчезнет без следа».

Первые систематические исследования снежных кристаллов предпринял в 1930-х годах японец Укихиро Накайя. Началось всё с отсутствия денег. В лаборатории профессора Хоккайдского университета катастрофически не хватало необходимых приборов. А вот снега вокруг было сколько угодно. Как и многие японцы, физик Накайя всегда восхищался его красотой – в японской культуре есть даже особое понятие «юкими», что значит «любование снегом».

В Японии существует Музей снега и льда имени Укихиро Накайя, в котором хранятся первые снимки и машина для получения снежинок.

Учёный решил приглядеться к снежинкам внимательнее. Соорудив морозильную камеру, Накайя стал наблюдать под микроскопом, какие формы принимают снежные кристаллы в различных условиях. Несмотря на головокружительное разнообразие снежинок, Накайя сумел усмотреть в них что-то общее. В результате он выделил 41 тип снежинок и составил первую классификацию. Кроме того, трудолюбивый японец вырастил первую «искусственную» снежинку и выяснил, что величина и форма образующихся кристаллов льда зависят от температуры воздуха и влажности.

Хотя двух одинаковых снежинок не найти, можно условно разделить их на несколько видов:

ЗВЕЗДОЧКИ

Имеют обычно шесть симметричных лучей, идущих от центра и разветвляющихся, как ветки дерева, на концах. Диаметр – 5 мм и больше, толщина 0,1 мм.

ПЛАСТИНЧАТЫЕ

Плоские, как будто расплющенные, звезды с разным количеством граней и ошеломляющим разнообразием форм кончиков.

ПОЛЫЕ КОЛОНКИ – главные элементы большинства снегопадов – подобны деревянному карандашу, с коническими полыми концами. Бывает, из-за резкого перепада температуры колонка вдруг продолжается пластинчатым фрагментом.

ИГОЛЬЧАТЫЕ

Снежинки с длинными, тонкими концами.

НЕСТАНДАРТНЫЕ

Вообще у снежинок трудная жизнь. Оказавшись в турбулентном облаке, многие ломаются, не успевают приобрести правильную форму. “Теплые” снегопады с сильным ветром приносят больше всего нестандартных, бракованных снежинок.

А иногда они обрастают снегом и превращаются в шарики.

Лабораторные опыты по выращиванию снежинок показали, что форма снежинок напрямую зависит от температуры и влажности воздуха.

Каждый снежный кристалл уникален. Однако все снежинки имеют общую черту – они обладают гексагональной симметрией. Поэтому у «звёздочек» всегда вырастают три, шесть или двенадцать лучей.

В градинах размером от нескольких миллиметров до 20 см чередуются прозрачные и мутные слои льда, иногда в них «застревают» частицы пыли и даже насекомые.

Мало кого приводит в восторг град, но даже в таких кристаллах есть своя прелесть: чем сложнее и необычнее путь градин, тем уникальнее их форма. И тем удивительнее загадка. Недаром однажды Укихиро Накайя сказал: «Снег – это послание небес, написанное тайными иероглифами».

Симметрия многолика. Она обладает свойствами, которые одновременно и просты. И сложны, способны проявляться и единожды, и бесконечно много раз.

«Я считаю, что теплоту, охранявшую до сих пор вещество, одолел холод, и она как действовала (исполненная формообразующего начала), соблюдая порядок, и как сражалась, не нарушая его, так и в бегство обратилась, сохраняя известный порядок, и отступила». И. Кеплер

II. Симметрия в кристаллах

Рассматривая различные кристаллы, мы видим, что все они разные по форме, но любой из них представляет симметричное тело. И действительно, симметричность это одно из основных свойств кристаллов. К понятию о симметрии мы привыкли с детства. Симметричными мы называем тела, которые состоят из равных одинаковых частей.

Идеальные формы кристаллов симметричны. По выражению известного русского кристаллографа Е. С. Фёдорова (1853-1919), «кристаллы блещут симметрией».

В кристаллах можно найти различные элементы симметрии: ось симметрии, плоскость симметрии, центр симметрии.

Например, кристаллы в форме куба (Хлорид калия, поваренная соль и др.) имеют девять плоскостей симметрии, три из которых проходят параллельно граням куба, а шесть – по диагоналям. Кроме того, куб имеет три оси симметрии 4-го порядка, четыре оси 3-го порядка и шесть осей 2-го порядка. Куб ещё имеет центр симметрии. Всего в кубе 23 элемента симметрии.

Кристаллы алмаза, калиевых квасцов имеют форму октаэдров. Октаэдры обладают такими же элементами симметрии, что и кубы. На рисунке показаны оси вращения октаэдра.

У кристаллов магния, имеющих форму гексагональной призмы (т. е. призмы, опирающейся на правильный шестиугольник), 6 плоскостей симметрии и одна ось симметрии 6-го порядка.

У кристаллов медного купороса имеется лишь центр симметрии, других элементов симметрии у них нет.

Из этого небольшого обзора симметрий различных кристаллов можно сделать вывод, что различные кристаллы обладают разной симметрией.

Симметричность кристаллов всегда привлекала внимание учёных. Уже в 79 г. нашего летоисчисления Плиний Старший упоминает о плоскогранности и прямобедренности кристаллов. Этот вывод и может считаться первым обобщением геометрической кристаллографии. С тех пор на протяжении многих столетий весьма медленно и постепенно накапливался материал, позволивший в конце XVIII в. открыть важнейший закон геометрической кристаллографии - закон постоянства двухгранных углов. Этот закон связывается обычно с именем французского учёного Роме де Лиля, который в 1783г. опубликовал монографию, содержащую обильный материал по измерению углов природных кристаллов. Для каждого вещества (минерала), изученного им, оказалось справедливым положение, что углы между соответственными гранями во всех кристаллах одного и того же вещества являются постоянными.

Не следует думать, что до Роме де Лиля никто из учёных не занимался данной проблемой. История открытия закона постоянства углов прошла огромный, почти двухвековой путь, прежде чем этот закон был отчётливо сформулирован и обобщён для всех кристаллических веществ. Так, например, И. Кеплер уже в 1615 г. указывал на сохранение углов в 60° между отдельными лучиками у снежинок. В 1669 г. Н. Стенон открыл закон постоянства углов в кристаллах кварца и гематита. Внимательно разглядывая реальные кристаллы кварца, Стенон также обратил внимание на их отклонение от идеальных геометрических многогранников с плоскими гранями и прямыми рёбрами. В своём тракте он впервые ввёл в науку реальный кристалл с его несовершенствами и отклонениями от идеализированных схем. Однако все эти отклонения не помешали учёному открыть на тех же кристаллах кварца основной закон геометрической кристаллографии. Однако написал он об этом очень кратко в пояснениях к рисункам, приложенным к его сочинению, поэтому честь называться автором закона досталась Лилю. Годом позже Стенона Э. Бартолин сделал тот же вывод применительно к кристаллам кальцита, а в 1695г. Левенгук – к кристаллам гипса. Он показал, что и у микроскопически малых и у больших кристаллов гипса углы между соответственными гранями одинаковы. В России закон постоянства углов был открыт М. В. Ломоносовым для кристаллов селитры (1749г.) пирита, алмаза и некоторых других минералов.

Однако вернёмся к определению данному Лилем. В его версии закон постоянства углов звучит следующим образом: «Грани кристалла могут изменяться по своей форме и относительным размерам, но их взаимные наклоны постоянны и неизменны для каждого рода кристаллов».

Что же понимают под соответственными гранями?

В геометрии грани (плоские многоугольники) считаются равными, если они при наложении совпадают всеми своими точками. В кристаллографии равенство граней означает совершенно иное. Грани могут отличаться межу собой по форме и всё-таки считаться равными, если они обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами. Установить равенство граней в кристаллографическом смысле удаётся иногда путём внешнего их осмотра. В сомнительных случаях производят травление поверхности кристалла кислотой. На равных гранях рисунок, полученный при травлении, будет одинаковым.

В кристалле кварца можно установить три сорта граней Хотя в разных кристаллах кварца грани имеют разный размер и форму, они считаются равными.

Закон постоянства углов утверждает, что двугранный угол, образованный гранями а и b, в различных кристаллах данного вещества будет один и тот же. Соответственно во всех кристаллах данного вещества будут равны и двугранные углы, образованные гранями а и с, b и c.

Итак, все кристаллы обладают тем свойством, что углы между соответственными гранями постоянны. Грани у отдельных кристаллов могут быть развиты по-разному: грани, наблюдающиеся на одних экземплярах, могут отсутствовать на других – но если мы будем измерять углы между соответственными гранями, то значения этих углов будут оставаться постоянными независимо от формы кристалла.

Однако по мере совершенствования методики и повышения точности измерения кристаллов выяснилось, что закон постоянства углов оправдывается лишь приблизительно. В одном и том же кристалле углы между одинаковыми по типу гранями слегка отличаются друг от друга. У многих веществ отклонения двухгранных углов между соответственными гранями достигает 10 – 20’, а в некоторых случаях и градуса.

Грани реального кристалла никогда не представляют собой идеальных плоских поверхностей. Нередко они бывают покрыты ямками или бугорками роста, в некоторых случаях грани представляют собой кривые поверхности, например у кристаллов алмаза.

III. Практические исследования

Кристалл, поэтом обновленный

Укрась мой мирный уголок,

Залог поэзии священной,

И дружбы сладостный залог.

В тебе таится жар целебный.

А. С. Пушкин

Кристаллы могут расти как в природе, так и в искусственных условиях.

В природе кристаллы растут вблизи водоёмов.

В соляных озёрах, на мелководье вода, нагреваясь, испаряется. Соль выпадает в осадок, наращиваясь на дне. Так образуются солончаки, представляющие дно высохших озёр.

Рост кристаллов в искусственных условиях:

В искусственных условиях кристаллы выращивают из раствора или из расплава.

Развитие науки и техники привело к тому, что многие редко встречающиеся в природе кристаллы стали необходимыми для изготовления деталей приборов, машин, для выполнения научных исследований. Потребность во многих кристаллах возросла настолько, что удовлетворить ее за счет выработки старых и поисков новых природных месторождений оказалось невозможным. Возникла задача разработки технологии искусственного изготовления кристаллов

Наиболее распространенные способы выращивания кристаллов ― кристаллизация из расплава и кристаллизация из раствора. Эти технологии очень сложны.

Однако каждый желающий может вырастить некоторые кристаллы в домашних условиях путём кристаллизации из водного раствора кристаллического вещества.

Выращивают кристаллы из раствора, в основном, двумя способами. Один из них - охлаждение насыщенного раствора вещества. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе появляются крошечные кристаллы-зародыши и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы.

Другой метод выращивания кристаллов - постепенное удаление воды (испарение) из насыщенного раствора. В этом случае, чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Надо оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре - вода при этом будет испаряться медленно.

Вырастить кристаллы – это не пустая забава. В природе кристаллы растут на протяжении миллионов лет. А нельзя ли ускорить этот процесс? Оказывается можно.

Ни рубинов, ни алмазов, ни других драгоценных камней в условиях школьной лаборатории мы вырастить не можем.

Но и то, что нам по плечу, тоже достаточно красиво. Все кристаллы мы получали из насыщенных растворов, то есть из таких, в которых растворено так много вещества, что больше оно уже не растворяется. Воду для этих целей необходимо нагреть, тогда она вместит больше вещества.

Раствор мы готовили так: в горячую (но не кипящую) воду насыпали порциями вещество и размешивали стеклянной палочкой до полного растворения. Как только вещество перестаёт растворяться, это значит, что при данной температуре раствор насыщен.

Мы начали выращивать кристаллы с простых веществ – с поваренной соли и сахара. В двух тонких стаканах приготовили горячие насыщенные растворы. Сверху положили палочку, вокруг которых обмотана нитка. К свободному концу нитки привесили маленький груз – пуговицу. Чтобы нить распрямилась и висела в растворе вертикально, не доставая до дна.

Стакан мы оставляли на 2 – 3 дня.

Мы увидели, что нитка обросла кристалликами: в одном сосуде сахарными, а в другом – соляными. Проведя испытания с поваренной солью и сахаром, мы заинтересовались вопросом выращивания кристаллов из других веществ, которые имеются в нашей лаборатории.

Все кристаллы мы выращивали методом испарения насыщенного раствора.

IV. Кристаллы в современном мире.

Кристаллы играли и играют до сих пор немаловажную роль в жизни человека. Они обладают оптическими и механическими свойствами, именно поэтому первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них. Кристаллы до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов. Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках XX века. Опираясь на законы оптики, ученые искали прозрачный бесцветный и бездефектный минерал, из которого можно было бы шлифованием и полированием изготавливать линзы. Нужными оптическими и механическими свойствами обладают кристаллы неокрашенного кварца, и первые линзы, в том числе и для очков, изготавливались из них.

Даже после появления искусственного оптического стекла потребность в кристаллах полностью не отпала; кристаллы кварца, кальцита и других прозрачных веществ, пропускающих ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, до сих пор применяются для изготовления призм и линз оптических приборов.

Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку.

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

В последнее время по несколько миллиардов долларов в год вкладывают в развитие новейших технологий, на смену обычным телевизорам и компьютерным мониторам приходят жидкокристаллические. С жидкими кристаллами связывают большие надежды – многие учёные прогнозируют в ближайшее десятилетие самый быстрый рост этого направления в микроэлектронике. Жидкие кристаллы широко применяются в производстве наручных часов и небольших калькуляторов. Создаются плоские телевизоры с тонким жидкокристаллическим экраном. Сравнительно недавно было получено углеродное и полимерное волокно на основе жидкокристаллических матриц.

Жидкие кристаллы применяют так же и в медицине. Идея замены рентгеновского излучения ультразвуком возникла давно, ведь ультразвук для человеческого организма безвреден. Однако трудность заключалась в регистрации ультразвукового потока, прошедшего тело пациента. И вот тут жидкие кристаллы предложили свою помощь – они оказались чувствительны к ультразвуку. При этом нарушается молекулярная упаковка жидкого кристалла, и оптическая картина этих нарушений позволяет судить о состоянии внутренних органов человека.

Кроме этого, в последнее время серьёзно рассматривается вопрос о роли жидких кристаллов в возникновении некоторых заболеваний в организме человека. Распространённость жидких кристаллов в живых тканях не удивительна. Основная деятельность клетки – обмен веществ. Жидкие кристаллы являются идеальным образованием для этого. Они могут поглощать вещества из газовой или жидкой фазы, могут растворять многие вещества, даже другой молекулярной структуры. Важную роль жидкокристаллическое состояние играет в системах, обеспечивающих смазку различных поверхностей в организме. На основе многих исследований созданы новые лазерные установки, которые используются в стоматологии для лечения кариеса.

V. Заключение

Человек встречается с кристаллами повсюду: употребляет в пищу, соль и сахар, любуется искрящимся снегом в ясную зимнюю погоду и, вообще, живёт в поражающем своим многообразием мире кристаллов. Кристаллы необычайно интересны и удивительны.

Инструкция

Для того чтобы вырастить соляной кристалл дома, вам следует подготовить необходимое оборудование, материалы и инструменты.
1) Основным компонентом является соль. Чем она чище, тем успешнее будет результат эксперимента, и тем четче получатся грани кристалла. Учитывая то, что поваренная соль в большинстве случаев в себе большое количество мелкого мусора, предпочтение лучше отдать морской соли без красителей и всевозможных добавок.
2) Воду также правильнее брать ту, которая максимально очищена от разнообразных примесей, т.е. дистиллированную. Если же таковой под рукой не оказалось, предварительно отфильтруйте обычную воду.
3) Для выращивания кристаллов используйте тщательно вымытую неметаллическую емкость, которая не будет окисляться под воздействием солей. Лучше взять стеклянную посуду. Если внутри чаши все же окажутся даже мельчайшие соринки, они непременно замедлят рост основного кристалла, превратившись в своеобразную основу для развития мелких экземпляров.
4) Основой для будущего большого кристалла может стать как небольшой кристаллик соли, так и любой другой объект, например, проволока, нитка, кусочек ветки.
5) Также пригодятся при формировании кристалла из соли деревянная палочка для помешивания раствора, бумажные салфетки, фильтровальная или марля, лак для покрытия готового соляного кристалла.

Подготовьте необходимые для выращивания кристалла материалы и инструменты, запаситесь терпением и приступайте к работе. Сам процесс не потребует от вас особого участия. В стеклянной чашке приготовьте насыщенный солевой раствор из 100 мл горячей воды и 40 г соли, дайте жидкости остыть и пропустите ее через фильтрованную бумагу или свернутую в несколько слоев марлю.

Следующий этап – помещение предмета, вокруг которого впоследствии сформируется кристалл, в емкость с соляным раствором. Если вы хотите получить экземпляр традиционной формы, положите обычную крупинку соли на дно чашки. Если желаете вырастить вытянутый кристалл, привяжите соляную крупинку к нитке и закрепите ее в емкости так, чтобы она не касалась ее дна и стенок. Если же в ваших планах получение сложной причудливой формы, основой для будущего кристалла должна послужить небольшая изогнутая веточка или скрученная проволока. В качестве основы для кристалла можно использовать совершенно любой предмет, который не подвержен окислению солей.

Чашку с кристаллом обязательно накройте крышкой, листом бумаги или салфеткой для исключения попадания в нее мусора и пыли. Далее отправьте емкость на хранение в темное прохладное место без сквозняков и обеспечьте ей полное спокойствие. На протяжении развития кристалла не допускайте изменения влажности воздуха и резких скачков температуры в помещении, где он находится, исключите его встряхивание и слишком частые передвижения. Не размещайте кристалл вблизи отопительных приборов и возле кухонной плиты.

По мере роста кристалла содержание соли в окружающей его жидкости будет уменьшаться. Учитывая это, раз в неделю добавляйте в емкость насыщенный соляной раствор. Когда кристалл вырастет до необходимых размеров, аккуратно выньте его из жидкости, выложите на чистую бумажную салфетку и осторожно промокните мягкой тканью. Для того чтобы хрупкий кристалл приобрел прочность, покройте его бесцветным маникюрным лаком. Если этого не сделать, поделка разрушится. В сухой воздушной среде кристалл рассыплется в порошок, при повышенной влажности воздуха превратится в кашицу.

Из поваренной и морской соли получаются кристаллы белого . Получить поделку другого оттенка вы можете с помощью нескольких нехитрых способов.
1) Цветной соляной кристалл можно получить, если использовать не обычную соль, а к примеру, медный купорос, который может наделить результат ваших трудов насыщенным синим цветом.
2) Вместо прозрачного лака для ногтей для обработки кристалла вы можете использовать цветное покрытие.
3) На стадии приготовления кристалла добавьте в соляной раствор пищевые красители, например, для окрашивания пасхальных яиц.

Если вы заметили, что кристалл приобретает не ту форму, какая была запланирована, аккуратно соскоблите с помощью острого ножа или маникюрной пилочки для ногтей лишние участки. В последствие обработайте те места кристалла, роста которых вы не хотели бы допускать, глицерином или любым другим густым жирным составом. Удалить нанесенное средство можно с помощью спирта или ацетона.

Потерпеть неудачу в выращивании кристалла из соли можно по нескольким причинам. Во-первых, взятый за основу кусочек соли может раствориться. Об этом, как правило, сигнализирует недостаточно насыщенный соляной раствор, который вы использовали для роста поделки. Во-вторых, вместо одного большого кристалла вы можете получить сразу несколько маленьких. Такое может случиться из-за наличия в растворе посторонних примесей или попадания в него соринок, частичек пыли и прочих нежелательных объектов. В-третьих, при получении цветных экземпляров окраска готовых кристаллов может оказаться неравномерной. Основная причина такой реакции – недостаточно тщательное размешивание красителя после добавления его в соляной раствор.

Мало-мальски приличный по величине кристалл сформируется не ранее, чем через 3-4 недели после помещения его основы в солевой раствор, поэтому наберитесь терпения и не забывайте выполнять основные рекомендации по самостоятельному выращиванию кристаллов из соли в домашних условиях.

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

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

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

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

Виды кристаллов

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

Способы выращивания кристаллов дома

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

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

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

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

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

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

Сохранность кристаллов

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

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

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

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

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

Из чего можно вырастить кристалл

Кроме вышеназванных веществ, кристаллы дома можно вырастить из сахара.

Гораздо сложнее, но вместе с тем и интереснее выращивать искусственные камни (аметисты, кварциты, рубины и др.). Это достаточно трудоемкий процесс, который требует специального оборудования для поддержания постоянной температуры, давления, влажности и других важных для успеха эксперимента показателей. Иными словами, чтобы получить искусственный камень, потребуется настоящая лаборатория.

Каким должно быть вещество для домашнего выращивания кристалла?

1. Безопасным, нетоксичным. Этому требованию соответствуют далеко не все вещества с кристаллической структурой. Например, цианид калия KCN (или сульфид натрия Na2S) тоже образует кристаллы своей характерной формы. Но проводить с ним опыты в домашних условиях нельзя, потому что он вступает в реакцию окисления с кислородом в составе воздуха и выделяет ядовитые вещества, опасные для человека.
2. Второе важное качество – стабильность. То есть выбранное вещество должно вступать с водой в обратимую реакцию. Кроме того, важна устойчивость к колебаниям температуры. Некоторые органические вещества могут необратимо разрушаться при попадании в горячую воду (реакция гидролиза).
3. Стоимость реактивов. Как известно, первый опыт (или несколько) может оказаться не очень удачным, потому для начала лучше остановить свой выбор на недорогих и доступных веществах.
4. Да выращивания кристаллов понадобится много очищенной воды – об этом тоже следует позаботиться заранее.
5. Способность растворяться в воде. Перед началом опыта следует узнать, какой расход выбранного вещества на заданный объем воды потребуется. Чтобы вырастить кристалл сахара, например, понадобится растворить в 1 л воды не меньше 2-х кг сахара. Так что лучше предварительно составить график растворимости исходного вещества. Для этого нужно из массы стакана воды вычесть массу того же объема профильтрованного раствора после того, как растворение закончится и температура стабилизируется. Это поможет составить представление о том, сколько вещества для кристаллизации понадобится на заданный объем воды.

Как вырастить кристалл поваренной соли

Проще всего практиковаться на обычной поваренной соли. Тогда не понадобятся специальные химические реактивы, только соль и очищенная вода.

Шаг 1. Заготовить кристаллик соли, обвязав его тонкой ниткой, закрепленной посередине небольшой палочки (карандаша, ручки).

Кристаллик соли

Цель: поместить кристаллик так, чтобы он был погружен в раствор, но не контактировал с поверхностью сосуда.

Кристалл соли привязываем к нитке и помещаем в стакан

Шаг 2. В емкость (прозрачную, чтобы можно было наблюдать за ростом кристалла) налить теплой воды и всыпать соль. Помешивать, пока соль не растворится полностью. Затем добавить соли и повторить. Солить воду необходимо, пока соль не прекратит растворяться. Это заметно по появлению на дне посудины осадка.

Шаг 3. Раствор нужно постепенно нагревать, поставив в емкость большего диаметра с горячей водой. В итоге осадок растворится. Если на дне что-то осталось, лучше перелить раствор в чистую посуду.

Шаг 4. Поместить емкость с полученным раствором в место со стабильной температурой. Погрузить в раствор кристаллик-зародыш на нитке. Сверху сосуд с раствором нужно накрыть бумагой.

Кристаллик-зародыш на нитке погружаем в раствор

Шаг 5. Процесс кристаллизации пошел. Далее необходимо будет при испарении воды добавлять в емкость такой же по содержанию соли раствор, как был в начале эксперимента. Через некоторое время станет заметно, что изначальный кристаллик увеличился в размерах. Растить его можно сколько угодно, пока хватит размера емкости и терпения. Полученный кристалл будет довольно долговечным.

Как вырастить кристалл сахара

Кристаллы сахара можно использовать как украшение стола или леденцы для детей. Но они достаточно дорого обойдутся из-за большого расхода сахара. На 2 стакана воды понадобится в итоге 5 стаканов сахарного песка.

Кристаллы сахара

Процесс приготовления раствора аналогичен тому, как это делается для соляных кристаллов. Выращивать сахарные кристаллы удобнее всего на зубочистках или деревянных шпажках. Для «затравки» достаточно обмокнуть шпажку в сироп и окунуть в сахар, чтобы он равномерно налип на поверхность. Нужно выждать время, чтобы сахар хорошо прилип и высох.

Чтобы сформировать цветные кристаллы, стоит добавить в сироп пищевой краситель (оптимальный вариант – соки).

На то, чтобы вырастить кристалл сахара из указанного количества ингредиентов, понадобится 1 неделя.

Сахарные кристаллы на палочках (Видео)

В этом видео рассказывается как вырастить съедобные кристаллы из сахара, не просто красивые на вид, но и очень вкусные.

Как вырастить кристалл медного купороса

Соляные кристаллы получаются прозрачно-белыми, а медный купорос дает насыщенный голубой оттенок.

Кристалл медного купороса

Вырастить такой кристалл не сложнее, чем соляной: понадобится насыщенный раствор и кристаллик-зародыш на нитке.

Кристалл медного купороса подвешенный на нитке

В насыщенный раствор медного купороса на нитке опускаем затравку

Раствор в прозрачной емкости необходимо поместить в затененное место со стабильной температурой, подвесить кристалл так, как и в случае с солью, и ждать, периодически добавляя раствор вместо испарившегося.

42 день эксперимента

Нельзя вынимать кристалл из рабочего раствора, пока процедура его образования не будет закончена!

Техника безопасности

Для выращивания кристаллов нельзя применять пищевую посуду (исключение – опыты с солью и сахаром). Не следует оставлять рядом пищу: во-первых, потому что реактивы токсичны, во-вторых, из-за сора и крошек, которые при попадании в раствор погубят эксперимент.

При манипуляциях с химическими реактивами следует соблюдать абсолютно все правила, указанные на упаковке. По завершении работы нужно вымыть руки.

Вырастить кристалл дома – довольно просто, интересно и познавательно. Сначала лучше потренироваться на доступных веществах. Если что-то пойдет не так, нужно проверить соблюдение всех условий, необходимых для образования кристалла. Освоив самые простые кристаллы, можно приступать к работе с другими реактивами. Это никогда не надоедает, потому что разные вещества дают кристаллы разной формы и окраски. К тому же, нет двух абсолютно одинаковых кристаллов, а их конфигурацию и размеры можно регулировать по собственному желанию.

Выращивание кристаллов в домашних условиях - очень длительный, трудоемкий и кропотливый процесс, но он очень увлекательный и однозначно стоящий затраченного времени. Этот опыт очень нравится детям, к тому же большинство нижеприведенных способов совершенно безопасны. Итак, рассмотрим основные способы выращивания кристаллов в домашних условиях.

Как вырастить кристалл из сахара в домашних условиях

Начинать свои опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях лучше всего с самых интересных и приятных. Проще всего вырастить кристалл из сахара, к тому же если вы проводите этот опыт с детьми, они смогут попробовать плоды своего творчества по окончании процесса.

Для того чтобы вырастить кристалл из сахара нам будет нужно:

• 2 стакана воды;
• 5 стаканов сахарного песка;
• деревянные шпажки;
• бумага;
• небольшая кастрюлька;
• несколько прозрачных стаканов.

Процесс изготовления кристалла начинается с изготовления сахарного сиропа. Для этого берем 1/4 стакана воды и две ложки сахара. Смешиваем, доводим на огне до получения сиропа. Макаем деревянную шпажку в сироп и немного обсыпаем сахаром. Чем равномерней произойдет обсыпка шпажки, тем идеальней и красивей выйдет кристалл. Подобным образом делаем требуемое количество заготовок и оставляем их до полного высыхания, например, на ночь.

Прошло некоторое время, наши шпажки просохли и теперь мы можем переходить к с следующей части опыта. В кастрюлю наливаем 2 стакана воды и высыпаем 2,5 стакана сахара. На небольшом огне, постоянно помешивая, превращаем нашу смесь в сахарный сироп. Помешивание требуется проводить тщательно, до полного растворения сахара! Добавляем оставшиеся 2,5 стакана сахара и также, до полного растворения, варим сироп. После этого, оставляем сироп немного остыть, на это потребуется приблизительно 15-20 минут. Этим временем продолжаем приготовление заготовок из шпажек, основы для нашего будущего кристалла. Нарезаем кружки бумаги чуть больше диаметра наших стаканов и протыкаем палочками получившиеся кружки. Главное, чтобы бумага плотно зафиксировалась на шпажке. Бумага будет являться держателем и крышкой для стакана.

Остывший, но еще горячий сироп разливаем по стаканам. На этом этапе в сироп можно добавить немного пищевого красителя, тогда кристалл в итоге получится цветным. Опускаем в стакан нашу заготовку (палочку с кружком бумаги) и оставляем в покое до созревания кристалла. Важно при этом не касаться стенок и дна! Ну, и то же самое проделываем со всеми оставшимися заготовками.

Для выращивания кристалла потребуется приблизительно неделя. Это очень интересный и увлекательный процесс, который очень нравится детям. Каждый день кристалл увеличивается и приобретает свою индивидуальную форму. Некоторые кристаллы растут быстрее, некоторые медленнее, но основная масса вызревает именно за 7 дней. Полученный кристалл из сахара очень хорошо употребить всей семьей на домашнем чаепитии либо просто погрызть в минуты хандры! Вот так, занимательная химия это не только интересно, но еще и вкусно;).

Как вырастить кристалл из соли в домашних условиях

Выращивание кристалла из соли в домашних условиях довольно простой процесс, но требующий терпения и внимательности. Однако, результат эксперимента превосходит все ожидания. Нам потребуются:

• чистая вода;
• кастрюля;
• 2 стеклянных банки;
• поваренная соль;
• крепкая нитка.

Нагреваем в кастрюле воду, именно сильно нагреваем, а не доводим до кипения, в кипятке эксперимент не получится. После нагрева воды понемногу начинаем насыпать в неё соль, постоянно помешивая до полного растворения порции соли. После этого добавляем еще соль, помешиваем до растворения. И так до тех пор пока соль не перестанет растворяться. Переливаем полученный насыщенный соляной раствор в банку и даем хорошенько отстояться в течении суток. На следующий день мы увидим в банке множество мелких кристалликов осевшей соли. Выбираем самый красивый и большой из них, аккуратно достаем и привязываем на нитку. Тщательно переливаем раствор в пустую банку, следя за тем, чтобы осевшие кристаллики не попали в новый сосуд. Затем кристалл на нитке опускаем в отфильтрованный соляной раствор и запасаемся терпением. Через 2-3 дня вы заметите увеличение кристалла, этот рост будет продолжаться какое-то время до окончания роста. После того как вы заметите, что кристалл перестал увеличиваться можно либо закончить эксперимент если вы довольны результатом, либо приготовить еще насыщенного соляного раствора, также как мы проделали это выше, и опустить туда наш кристалл. Кстати, если часто менять раствор соли, то рост кристалла будет проходить быстрее.

Очень важно не охлаждать специально раствор и не взбалтывать его, в этом случае получаются кристаллы несовершенной формы. Также не стоит добавлять никакие красители, кристалл не окрасится, а эксперимент будет загублен.

Как вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях

Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях это уже следующий уровень сложности, при котором требуется соблюдать требования безопасности и выполнять его детям можно только под присмотром взрослых.

Для проведения эксперимента нам потребуется:

• вода, лучше дистиллированная;
• стеклянная банка;
• соль меди (медный купорос или сульфат меди, который можно купить в магазине для садоводов-огородников).

Перед покупкой обязательно рассмотрите вещество, оно должно представлять собой ярко-синий однородный порошок. При наличии комков и зеленых вкраплений от покупки лучше отказаться. Дачникам то он пойдет в хозяйстве, а нам, начинающим химикам, нет.

Итак, правильный купорос закуплен. Высыпаем примерно 100 граммов порошка в стеклянную банку и заливаем понемногу горячей водой, постоянно помешивая. Мы должны получить насыщенный раствор, в котором уже не сможет растворяться соль меди. Фильтруем раствор и ставим в холодильник. На следующий день на дне мы обнаружим множество кристаллов. Отбираем парочку самых больших и красивых и помещаем в емкость с отфильтрованным раствором. Перед этим поступаем с кристаллами также как и в предыдущем опыте с поваренной солью, а именно, закрепляем на нитке и опускаем в банку. Накрываем сосуд тонкой бумагой и запасаемся терпением. Выращивание кристалла из медного купороса занимает несколько недель. После завершения формирования кристалла его нужно аккуратно вынуть, сполоснуть холодной проточной водой и покрыть бесцветным лаком для ногтей.

природные кристаллы горного хрусталя

• Как вырастить кристалл из соли
• Как вырастить кристалл из сахара
• Как вырастить кристалл медного купороса
• Как вырастить кристалл из алюмокалиевых квасцов

Кристаллы минералов встречаются в природе повсеместно. Для их образования нужны специальные условия. Например, горная порода гранит состоит из кристаллов кварца, полевого шпата и слюды , которые раскристаллизовались друг за другом при остывании магмы.

Красивые шестигранные кристаллы горного хрусталя выросли из горячих водных растворов, насыщенных кремнеземом SiO2.

природные кристаллы серы

Ромбические желтые кристаллы серы выросли из сероводородных вод горячих источников и гейзеров.

На берегах соленых озер и морей можно увидеть кубические кристаллы каменной соли - галита; белые, красные, желтые и даже синие кристаллы карналлита и мирабилита.

Алмазы , самые твердые кристаллы, образовались при гигантском давлении в так называемых трубках взрыва (кимберлитовых трубках).

Итак, природа создала и продолжает создавать кристаллы минералов. Можем ли мы увидеть таинство роста кристаллов? Можем ли вырастить их сами? Да, конечно можем. И сейчас я расскажу, как это сделать в домашних условиях.

КАК ВЫРАСТИТЬ КРИСТАЛЛ ИЗ СОЛИ

Выращенные кристаллы поваренной соли

Для того, чтобы вырастить кристаллы поваренной (каменной) соли (галита - NaCl), нужно поставить на плиту емкость с водой и довести воду до кипения. Затем снять емкость с плиты и растворить в ней обычную соль из пачки. Постоянно помешивая раствор, досыпайте соль до тех пор, пока не заметите, что она больше не растворяется.

Полученный соленый раствор нужно отфильтровать и налить в плоскую посуду, например, в блюдце. Вода остынет и начнет испаряться, а на краях блюдца и на его дне вы увидите прозрачные кубики правильной формы – это и есть кристаллы каменной соли, галита.

Можно вырастить большой кристалл, или несколько больших кубических кристаллов. Для этого в емкость, в которой вы растворили соль, следует опустить шерстяную нитку. При остывании раствора она покроется кубиками соли. Чем медленнее остывает раствор – тем более правильную форму будут иметь кристаллы. Через некоторое время рост прекратится.

Чтобы вырастить один большой кристалл, нужно из множества образовавшихся на дне кристаллов выбрать один, самый правильный, положить на дно чистого стакана, а сверху налить раствор из прежней посуды.

Для роста правильных кристаллов нужен покой. Нельзя трясти или передвигать стол или полку, на которой стоит емкость с растущими кристаллами.

КАК ВЫРАСТИТЬ КРИСТАЛЛ ИЗ САХАРА

Вырастить кристаллы сахара можно точно также, как и кристаллы соли. Кристаллы сахара можно вырастить также на деревянных палочках, это может быть красивым дополнением к какому-либо праздничному сладкому блюду. Пищевые красители, добавленные в раствор, окрасят сахар во все цвета радуги.

Кристаллы сахара

Ниже приводится полная инструкция, как вырастить кристаллы сахара на палочках .

КАК ВЫРАСТИТЬ КРИСТАЛЛ ИЗ МЕДНОГО КУПОРОСА

Медный купорос продается в магазинах для огородников, из него, и из гашеной извести, готовят «бордоскую жидкость» для защиты растений от грибков и различных заболеваний.

Для того, чтобы вырастить кристалл медного купороса (Cu SO4 * 5H2O) правильной формы, следует растворить порошковый медный купорос в воде при температуре 80 градусов Цельсия. При более высокой температуре растворимость медного купороса падает. Растворяем порошок до тех пор, пока растворение не прекратится. На конец проволочки или шерстяной нити привязываем затравку – мелкий кристаллик того же медного купороса. Где его взять? Можно поискать в том же пакете, из которого вы сыпали купорос в воду, кристаллик побольше. Если такой не нашелся – оставьте ваш раствор остывать, и через некоторое время вы увидите на дне мелкие кристаллы.

Выберите один и привяжите его (или приклейте) к проволоке или нити. Раствор отфильтруйте. Затем опустите в него приготовленную затравку (кристалл на нити). Ни в коем случае не опускайте затравку в горячий раствор! Затравка может попросту раствориться. Большой кристалл медного купороса растет несколько недель. Кристалл, выращенный до нужных размеров, нужно покрыть лаком, так как влага, содержащаяся в воздухе, со временем приведет к его оплавлению и разрушению.

Не сложным способом можно вырастить красивые кристаллы меди . Детальное описание процесса найти в подробной статье «Как вырастить кристаллы меди«.

Кристаллы железного купороса выращивают аналогичным образом, подробную статью об этом можно прочитать, пройдя по ссылке в этом предложении.

КАК ВЫРАСТИТЬ КРИСТАЛЛ ИЗ АЛЮМОКАЛИЕВЫХ КВАСЦОВ

выращенные кристаллы алюмокалиевых квасцов

Алюмокалиевые квасцы (KAI 2*12H2O - минерал алунит ) продаются в аптеке в виде порошка. Это хорошее средство, которое «сушит кожу» и убивает болезнетворные микроорганизмы, это вещество не вызывает аллергии и оно не токсично. Из порошка алюмокалиевых квасцов можно вырастить хорошие кристаллы. Квасцы следует растворить в теплой воде до насыщения и раствор отфильтровать. Через несколько дней нахождения в спокойном месте, при комнатной температуре, на дне емкости появятся маленькие кристаллы.

алюмокалиевые квасцы (квасцы жженые) можно купить в аптеке

Из этих кристалликов нужно выбрать несколько штук, правильной формы и поместить в другую емкость. Затем их заливают тем же раствором. Можно подвесить затравки на тонких ниточках (к нити их можно приклеить прочным водостойким клеем). Раз в два-три дня кристаллы нужно переносить в новый стакан, а раствор фильтровать и снова заливать им растущие кристаллы. Кристаллы квасцов, выращенные до нужных размеров, следует покрыть лаком, чтобы они не оплавились от влаги воздуха и не потеряли форму.

Растворы для выращивания кристаллов желательно готовить на дистиллированной воде.

В домашних условиях можно получить искусственный малахит , используя медный купорос и стиральную соду, но это будут не красивые кристаллы или ажурный рисунчатый камень, а зеленый или грязно-зеленый осадок на дне сосуда (порошок). Красивый малахит, практически не отличающийся от натурального, можно получить только на промышленном оборудовании.

На предприятиях тоже выращивают кристаллы многих минералов. Но дома это повторить невозможно, для этого нужно специальное оборудование. Большинство кристаллов (кварц, аметист, рубин, изумруд, алмазы, малахит, гранаты и др.) выращивают в чугунных автоклавах под высоким давлением. Температуры достигают 500-1000 градусов, а давление – 3000 атмосфер.

Наборы для выращивания кристаллов

набор для выращивания кристаллов

Сейчас в магазинах игрушек, в крупных городах, появились в продаже наборы для выращивания кристаллов. Из порошков дигидрофосфата аммония и калия, в которые добавлены красители, можно вырастить интересные призматические и игольчатые кристаллы. Для того, чтобы кристаллы получились достаточно большими и красивыми, надо строго следовать прилагаемой инструкции.

Странно, но в инструкции, которая находится в изображенной на фотографии коробке, не указано, какое именно химическое вещество используется для выращивания кристаллов и какой краситель используется. В остальном она достаточно подробная.

В природе происходит много интересных процессов. Один из них - создание кристаллов горных пород. А ведь этот чудесный, окутанный тайной процесс можно воспроизвести дома, наблюдая, как из привычных нам веществ постепенно вырастают прекрасные минералы.

Самым безопасным ингредиентом является сахар. С него и стоит начать, тем более, что такие кристаллы не только красивые, но и съедобные. Необходимо взять:

• 2 стакана воды;
• на 3 стакана больше сахара;
• палочки;
• бумагу или прищепки;
• емкость;
• стаканы;
• краситель пищевой.

Из 1/4 стакана воды и 2 столовых ложек сахара варится сироп. Затем в него окунаются палочки и обваливаются в небольшом количестве сахара, насыпанного на салфетку. Когда они полностью высохнут, берем емкость, наливаем туда 2 стакана воды и насыпаем половину нормы сахара. Огонь уменьшаем до минимума, помещаем емкость на плиту, и помешивая, ждем растворения всего сахара. Добавляем остальной песок и растворяем его. Выключаем горелку и даем раствору постоять минут 20. Сироп горячим разливаем по стаканам и добавляем в каждый краситель пищевой. На палочки надеваем держатели. Когда мы опустим эти палочки в горячий сироп, ограничитель предохранит от контакта со стенками и дном посуды. Приблизительно через 7 дней произойдет чудо.

Еще 1 доступный ингредиент - NaCl - соль пищевая. Приступаем:

• Наливаем в стакан теплую воду - 200 мл.
• Добавляем порциями соль, все время размешивая. Делаем это до тех пор, пока кристаллики соли не перестанут растворяться. Приблизительно уйдет 70 г. Важно, чтобы соль была чистой, в противном случае опыт может закончиться отрицательным результатом.
• Берем емкость с водой, ставим на огонь. Помещаем туда стакан, и пусть он там находится до нагрева раствора в нем. Не забудьте положить на дно емкости тряпочку или какую-то подставку, иначе стакан треснет.
• Заготавливаем нехитрое приспособление, состоящее из карандаша с привязанной к нему ниткой, на конце которой закреплен самый большой кристаллик соли. Если вместо кристаллика привязать камешек или фигурку, выполненную из медной проволоки, то в конце получим очень красивый образец.
• Вынимаем стакан, пропускаем раствор через фильтровальную бумагу. На кромки стакана укладываем приспособление. Нитка с кристалликом опустится в насыщенный раствор. Отводим для посуды темное место.
• Наблюдаем, как кристаллик увеличивается. Когда решите, что он вырос достаточно, вынимайте и обсушите, покройте лаком. Обращайтесь с ним осторожно - он очень хрупкий.

Очень красивые синие кристаллы вырастают из медного купороса. Материал этот не такой безопасный, как сахар или соль, поэтому работайте в перчатках. Технология почти такая же:

• Берем стеклянную банку и наливаем воду - 300 мл.
• Вводим постепенно медный купорос до перенасыщения раствора.
• Ставим на плиту кастрюлю с водой, в нее помещаем банку и нагреваем.
• Подвешиваем на нитку бусину или пуговицу. Привязываем к деревянной палочке.
• Вынимаем банку, даем раствору остыть.
• Размещаем палочку с ниткой поперек отверстия в банке. Следим, чтобы груз не касался дна и стенок посудины.
• Ждем, пока вырастет кристалл, затем вынимаем его.
• Наносим покрытие, используя лак для ногтей бесцветный.

Хорошие кристаллы вырастают из алюмокалиевых квасцов (алунита). Покупают их в аптеке. Затем:

• растворяют в нагретой воде;
• фильтруют;
• ставят в спокойное место, температура - комнатная;
• появляются кристаллы через несколько дней на дне посуды;
• выбирают лучшие, переносят в другую посуду и заливают старым отфильтрованным раствором;
• повторяют эту операцию дня через 2-3 до получения минералов нужной величины;
• вынимают, промокают салфеткой и лакируют.

В магазинах, где продают игрушки, иногда появляются наборы с материалами для выращивания кристаллов. В них присутствуют сульфаты алюминия и калия, а также аммония фосфат и красители.

Подытожим так: выращивание кристаллов - творческий, увлекательный процесс. Если делать это вместе с ребенком, то кто знает, может, из него вырастет знаменитый исследователь?

Времени были теоретизированы всего несколько лет назад и подтверждены недавно. Статьи, сообщающие об этом, не говорят о том, для чего они могут быть использованы. Конечно, каждая отрасль физики может помочь нам лучше понять мир, но были ли какие-либо предложения по практическому применению временных кристаллов?

Есть и были события, особенно в ядерной физике, когда практическое применение чего-либо задумывалось до того, как оно было впервые доказано или синтезировано. А как насчет так называемых «кристаллов времени»? Для чего их можно использовать там, где обычных сверхпроводников недостаточно?

Ответы

анна v

О состоянии исследования к лету 2017 года. Я копирую выводы:

В настоящей статье мы рассмотрели современное состояние исследований временных кристаллов, первоначально предложенных Вильчеком (Wilczek, 2012), то есть явлений, связанных с самоорганизацией квантовых систем многих тел во времени. Этот вид самоорганизации является действительно квантовым эффектом и его следует отличать от классических явлений самоорганизации, когда нелинейные осцилляторы синхронизируют свое движение, если связь между ними достаточно сильна. Образование временных кристаллов вполне аналогично образованию космических кристаллов.

В то время как первоначальное предложение о кристалле времени оказалось невозможным для реализации, видение Вильчека открыло новую область исследований и стало вдохновением для других ученых.

Продолжает описывать последние предложения и заканчивается:

Мы полагаем, что текущая сильная активность в области временных кристаллов откроет новые явления, которые трудно обнаружить в системах с конденсированным веществом или которые до сих пор просто не замечены. Учитывая, что временная степень свободы добавляет дополнительное измерение, открываются дополнительные возможности для новых открытий.

Нигде в этом обзоре нет списка «практических приложений».

В общих поисках можно найти расплывчатые предположения, что временные кристаллы будут полезны для квантовых вычислений:

В то время как Яо трудно представить себе использование временного кристалла, другие предложенные фазы неравновесного вещества теоретически обещают почти идеальные воспоминания и могут быть полезны в квантовых компьютерах.

Так что, по-моему, он все еще находится на исследовательском уровне, экспериментальном и теоретическом, и еще слишком рано оценивать возможные применения. В конце концов, когда Максвелл придумал свои уравнения, которые предсказывали электромагнитные волны, ~ 1860-е годы Герц измерил их в 1887 году, почти тридцать лет спустя, а первое практическое применение в области связи произошло в 1890-х годах. Во времена электромагнитных волн предложения о беспроводной связи даже не снились.

С нашими ускоренными временами (5 лет между предложением Вильчека и экспериментами, и многими исследователями, работающими вдали) приложения не должны быть далеко.

Гарет Клаборн

Кристаллы времени могут быть очень полезны в квантовых вычислениях и, возможно, в синтезе по тем же причинам. По существу, временные кристаллы обеспечивают более стабильную квантовую среду, чем обычный пучок частиц.

Поскольку временные кристаллы обладают некоторой самосохраняемостью своего состояния, даже без временного внешнего воздействия, они также обладают дополнительной устойчивостью ко всей случайности тепловой энтропии и внешних вибраций. Это делает их идеальными для некоторых конструкций оперативной памяти.

Также должно быть теоретически возможно создать временную и пространственную решетку при высоких давлениях и температурах, но мне неизвестно, какой уровень технологии это потребует. Я думаю, что резонансное напряжение на материалах будет довольно высоким.

Конечно, существуют другие варианты использования. Еще одно использование квантовых вычислений будет таймер.

Рококо

Чего ждать? Я вообще не вижу отношения к лучам слияния или частиц...

Рококо

Или почему это был бы лучший таймер, чем любой другой генератор...

Гарет Клаборн

@Rococo о, хорошо. вы будете в конце концов. согласно лучам, некоторые реализации временных кристаллов уже были в форме пучка частиц. согласно слиянию, это довольно сложное обсуждение. часто одна цель в термоядерном реакторе состоит в том, чтобы вводить давление / тепло / энергию в небольшую локальную область с точным временем и регулярностью. Кристаллы времени дают возможность точной настройки независимо от того, находятся ли реакции выше или ниже порогового значения, необходимого для поддержания плавления, и в то же время обеспечивают характеристики тепла, которое должны выдерживать стенки реактора.

Гарет Клаборн

@Rococo, согласно использованию в качестве таймера, никто не упомянул «лучше», однако они лучше, чем стандартный генератор, поскольку временные кристаллы менее подвержены влиянию системного шума.

Рококо

«Согласно лучам, некоторые реализации временных кристаллов уже были в форме пучка частиц», не могли бы вы привести цитату или ссылку, объясняющую, что вы имеете в виду? Благодарю.