Многие видные ученые, внесшие большой вклад
в развитие химии, минералогии, других наук, начинали свои первые
школьные опыты именно с выращивания кристаллов. Опыты эти относительно
просты, но их результаты могут вызвать удивление и восхищение даже у
людей, весьма далеких от химии и никогда прежде не интересовавшихся этой
наукой. Мы уже говорили о том, что кристаллы могут расти при охлаждении
горячего раствора или при испарении воды в холодном растворе. Мы будем
использовать оба метода. Первый метод используем для получения затравки —
кристаллика, из которого будет выращен один большой кристалл, а для его
роста воспользуемся уже вторым методом. Чтобы в растворе с растущими
кристаллами было меньше центров кристаллизации, работайте с хорошо
вымытой посудой, чистой кипяченой водой, старайтесь не загрязнять
реактивы и растворы посторонними веществами.
Начнем с выращивания кристаллов
квасцов. Как получить хороший кристалл для затравки? Если просто
растворить в горячей воде как можно больше вещества (до насыщения) и
оставить раствор остывать, температура будет понижаться слишком быстро и
образуется слишком много мелких кристаллов. А нам хотелось бы получить
кристаллы покрупнее. Чтобы замедлить охлаждение, возьмите маленький
термос (объемом 1–2 стакана), насыпьте в него несколько столовых ложек
вещества, предназначенного для выращивания кристаллов, залейте кипятком,
неплотно закройте термос крышкой и осторожно взболтайте для более
быстрого растворения вещества. Поставьте термос в безопасное место на
ночь. Несмотря на все предосторожности, вряд ли в термосе вырастет один
большой кристалл. Как правило, на следующий день в нем окажется много
мелких кристаллов, но среди них вам могут попасться и довольно крупные.
Очень важно не прилагать никаких механических усилий, чтобы вынуть
кристаллы из термоса — разобьете стекло обязательно! Если в нем
образовалась сплошная корка кристаллов, приставшая к стенкам и дну,
слейте раствор в отдельную посуду, добавьте в термос немного горячей
воды и, взбалтывая ее, дождитесь, пока кристаллы не отделятся друг от
друга и не выплеснутся вместе с водой. Не расстраивайтесь, если во время
этой операции кристаллы частично растворятся — их легко будет потом
«исправить».
Если дома маленького термоса не
найдется или вам не разрешат использовать его для опытов, не
переживайте. Неплохие результаты получатся, если приготовить горячий
насыщенный раствор в пробирке (ее может заменить аптечная склянка
подходящей формы из-под лекарства), снабдив ее снаружи хорошей
теплоизоляцией. Теплоизоляцию можно сделать из ваты, пенопласта,
поролона, других веществ. Обвяжите хорошо слой теплоизолирующего
материала ниткой или проволокой, вставьте полученное неустойчивое
сооружение в кружку или банку, чтобы пробирка стояла вертикально.
Аккуратно насыпьте в пробирку примерно на 1/5 ее высоты квасцов, залейте
до половины кипятком, закройте пробкой или бумагой, а сверху прикройте
ватой или другим теплоизолирующим материалом. Дайте пробирке постоять
несколько часов.
Аккуратно вытряхните кристаллы,
полученные после охлаждения раствора, на лист чистой бумаги (если они не
выпадут из пробирки, опустите ее на короткое время в горячую воду).
Образовавшиеся кристаллики, пожалуй, вызовут у вас разочарование:
какие-то все они кособокие, некрасивые, да и довольно маленькие. Ничего
не поделаешь: кристаллов выросло много, и они мешали друг другу при
росте. Но зато из этих кристаллов всегда можно выбрать один покрупнее и
желательно не очень уродливый, а уж настоящая красота придет к нему
позже. Итак, выберите самый хороший, с вашей точки зрения, кристалл.
Остальные вам больше не понадобятся и будут принесены «в жертву» вашему
избраннику.
Теперь надо изготовить кристаллизатор, в
котором дальнейший рост выбранного кристалла будет происходить по
второму способу — путем медленного испарения воды. В качестве
кристаллизатора можно использовать стакан, чашку, кружку, стеклянную
консервную банку. Еще понадобится банка с пробкой или плотной крышкой — в
нее надо пересыпать все остальные кристаллы (остаток неиспользованных
квасцов или купороса) и залить все раствором, который у вас остался. В
этой банке будет храниться насыщенный раствор квасцов: назовем его
запасным раствором. В запасной раствор надо будет периодически подливать
чистую холодную кипяченую воду, следя за тем, чтобы на дне всегда
оставалось некоторое количество нерастворившихся кристалликов — тогда
запасной раствор над ними всегда будет насыщенным, т. е. таким, в
котором при данной температуре вещество больше не растворяется.
Займемся теперь самим кристаллизатором,
в котором будет расти кристалл. Сделайте к кристаллизатору крышку —
картонный кружок с небольшим отверстием в центре. Возьмите выбранный
вами кристалл, обвяжите его тонкой белой ниткой (лучше синтетической),
свободный конец нитки пропустите снизу вверх через отверстие в крышке и
закрепите нитку на крышке с помощью пластилина или спички так, чтобы
кристалл повис в центре сосуда-кристаллизатора, не касаясь дна и стенок
(рис. 5.2). Аккуратно залейте кристаллизатор насыщенным запасным
раствором квасцов из второй банки, чтобы жидкость полностью покрыла
висящий кристалл. Внимание: если раствор будет ненасыщенным, висящий
кристаллик растворится и опыт придется начинать сначала. Поэтому следует
выдержать запасной раствор над кристаллами не менее суток. И еще одно
предупреждение: если банку с запасным раствором вы по какой-либо причине
перенесете в более теплое место, раствор в ней сразу станет
ненасыщенным; его снова надо будет выдержать сутки перед тем, как
подливать в кристаллизатор. Вообще банка с запасным раствором и
кристаллизатор должны стоять поблизости, при одной температуре.
Рис. 5.2. Так растет подвешенный на нитке кристалл в насыщенном растворе при медленном испарении воды
У вас может возникнуть и такая
проблема: после охлаждения горячего раствора вы не найдете среди
выпавших кристаллов достаточно большого и хорошего, чтобы его можно было
подвесить на нитке. В таком случае просто положите кристаллик побольше
на дно кристаллизатора и залейте его насыщенным запасным раствором. Раз в
день поворачивайте кристаллик с боку на бок, и через некоторое время он
подрастет — тогда его без труда можно будет подвесить.
Кристалл, подвешенный на нитке, имеет
то преимущество, что может свободно расти во все стороны, поэтому со
временем он примет правильную форму, свойственную данному веществу. Для
алюмокалиевых квасцов эта форма — октаэдр. Даже если сначала кристалл
имел неправильную форму, он рано или поздно все равно превратится в
октаэдр.
Более того, если кристалл с правильной
формой специально испортить, например, отбить у него вершины, повредить
ребра и грани, то при дальнейшем росте в насыщенном растворе такой
кристалл начнет самостоятельно «залечивать» свои повреждения! Ученые
проводили такие опыты: правильный красивый кристалл, например октаэдр,
обточили так, что получился шар. И все равно из него в растворе снова
образовался кристалл такой формы, которая характерна именно для этого
вещества. Только учтите, что если «покалеченный» кристалл слишком
большой, у вас может просто не хватить запасного раствора для
восстановления его первоначальной формы — ведь во время «лечения»
кристалл продолжает непрерывно расти. Поэтому понаблюдайте, как это
происходит с маленьким затравочным кристаллом, который вы подвесили на
ниточке: вы увидите, как постепенно «нужные» грани будут увеличиваться,
вытесняя «неправильные».
Итак, кристалл начал расти. Во
избежание неправильного роста, постарайтесь, чтобы температура
кристаллизатора не менялась со временем, чтобы растущий кристалл был
всегда покрыт слоем насыщенного раствора, который надо периодически
подливать, и чтобы стенки и дно кристаллизатора, нить и сам растущий
кристалл не обрастали новыми маленькими кристалликами. Для этого время
от времени проводите чистку кристаллизатора: сливайте на время раствор
из него и удаляйте наросшие кристаллики, перенося их в запасной раствор.
Лучше всего кристалл растет, когда он со всех сторон окружен раствором.
В лабораториях для этого раствор перемешивают, а вот ребята из
химического кружка при криворожской станции юных техников приспособили
для той же цели… старый будильник (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Кристаллы, насаженные на ось минутной стрелки будильника, медленно вращаются, омываясь насыщенным раствором вещества
Размер кристалла, который можно
вырастить таким образом, теоретически безграничен. Известны случаи,
когда энтузиасты выращивали кристаллы такой величины, что могли их
поднять только с помощью товарищей. Вы же ограничены количеством
имеющегося вещества. Важен также и размер кристаллизатора: лучше, чтобы в
конце опыта, когда запасного раствора останется мало, кристалл оказался
бы как можно ближе к стенкам кристаллизатора — тогда запас вещества
будет использован максимально эффективно. Этому же способствуют прямые
стенки кристаллизатора — без сужения вверху. И еще: большой кристалл
рано или поздно оборвет нитку. Ничего страшного — он будет расти на дне
кристаллизатора, только не забывайте при этом раз в несколько дней
поворачивать его на другой бок, чтобы все грани росли равномерно.
Готовый кристалл покройте бесцветным лаком, чтобы предохранить его от
выветривания. Точно так же поступают и при выращивании кристалла медного
купороса. Он, в отличие от кристалла квасцов, несимметричен, но тоже
очень красивый. Не забывайте после работы с медным купоросом тщательно
мыть руки!
|
