Как я вырастила кристал сама

Мир кристаллов – удивительный мир многогранников, привлекающих совершенством и красотой геометрических форм. Это – кристаллы обычной поваренной соли и драгоценные камни: кварц, слюда, кристаллы многих горных пород. Но красота и правильность внешней огранки не обязательные свойства кристаллов.

Что такое кристалл?

Внутренне строение кристалла подчиняется строгим законам симметрии. Так, любой кусок металла состоит из маленьких кристаллов, и в каждом атомы расположены в пространстве строго периодически.

Центры атомов образуют кристаллическую решетку, которая состоит из повторяющихся частей. Её можно разбить на совершенно одинаковые параллелепипеды, сдвинутые параллельно по отношению друг к другу. Это важнейшее свойство кристаллов называется трансляционной симметрией.

Такое устройство кристаллов впервые описал в 1783 году французский аббат Р. Ж. Аюи. Он заметил, что любой кристалл исландского шпата можно разбить на равные ромбоэдры. Предположение о том, что форма снежинкой – следствие особого расположения частиц, из которых они состоят, высказал еще в 1611 году ученый И. Кеплер.

В настоящее время известно примерно 2. 5 тысячи минеральных видов, а с разновидностями – более 5 тысяч, и ежегодно открывается около 30 новых минералов.

Процессы минералообразования легко сгруппировать по источникам энергии на три группы.

Процессы магматогенные (гипогенные), то есть обусловленные внутренним жаром земного шара. Образование минералов непосредственно связано с застыванием и кристаллизацией расплавленной магмы, внедряющейся в толщу земной коры или же изливающейся на земную поверхность при вулканических извержениях.

Второй группой процессов минералообразования являются экзогенные, обусловленные внешними факторами, связанными с деятельностью солнца. Эти процессы происходят в близи земной поверхности в условиях невысокой температуры и обычного атмосферного давления. Другими словами, минералообразование происходит в результате взаимодействия факторов атмосферы, гидросферы и биосферы на верхнюю пленку земной коры, на уже имевшиеся минералы.

В настоящее время во всем мире искусственно синтезируется большое количество минералов. Основанием для этого послужило, прежде всего, то, что целый ряд природных месторождений минералов уже отработан, то есть из месторождений извлечены все ценные минералы. Другая причина заключается в том, что даже в случаях достаточного количества природных кристаллов, их качество не всегда соответствует техническим требованиям: кристаллы могут иметь малые размеры, содержать трещины и включения, быть весьма дорогими и т. д. В некоторых случаях необходимы кристаллы минералов, вообще не существующих в природе. Первые попытки искусственно получить замечательные минералы человек предпринимал с давних пор. Успех пришёл лишь тогда, когда был в достаточной мере познан процесс минерало-образования. В настоящее время существует целый ряд способов выращивания кристаллов. Исходное вещество может быть твердым, растворенным или расплавленным, даже может находиться в газообразном состоянии. Из 3000 минералов, существующих в природе, искусственно удалось получить уже несколько сот. Трудности синтеза связаны с необходимостью очень точного соблюдения режима выращивания кристаллов.

Выращивание кристаллов

Как получить хороший кристалл для затравки? Хорошие кристаллы получаются из медного купороса, тиосульфата или квасцов. Я использовала медный купорос CuSO4 и кали-хромовые квасцы KCr(SO4)2* 12 H2O.

Если просто растворить в горячей воде как можно больше вещества (до насыщения) и оставить раствор остывать, температура в нем будет понижать слишком быстро, и образуется слишком много мелких кристалликов. Поэтому я делала так:

Взяла 0. 5 л банку и сделала вокруг нее теплоизоляцию из ваты. Теперь аккуратно насыпала в неё (примерно на 1/5 ее высоты) медного купороса и калихромовых квасцов в термос, налила (до половины) кипятку, закупорила бумагой и пробкой, а сверху прикрыла ватой. Так банка и термос простояли всю ночь.

Когда раствор остыл, аккуратно вытряхнула кристаллы на лист чистой бумаги (если они не выпадают, опустите банку ненадолго в горячую воду). Выбрала из образовавшихся кристалликов самый большой и желательно не очень уродливый. Обвязала выбранный кристалл белой синтетической ниткой и продела свободный конец в отверстие крышки. Подвесила кристалл в банке так, чтобы он повис в воздухе и не касался дна банки (это уже вторая банка). Аккуратно залила в эту банку заранее растворенные оставшиеся некрасивые кристаллы. Этот раствор должен полностью покрыть наш кристалл.

Точно также я проделала и с другими кристаллами.

Кристалл, подвешенный на нитке, свободно растет во все стороны, поэтому, немного погодя он примет правильную форму.

Итак, кристалл начал расти. Необходимо, чтобы температура кристаллизатора со временем не менялась, и чтобы растущий кристалл был всегда покрыт слоем насыщенного раствора (его нужно периодически подливать) и чтобы стенки и дно кристаллизатора, нить и сам кристалл не обрастали новыми маленькими кристалликами.

Не только я, в настоящее время наиболее ценные кристаллы начинают выращивать на космических станциях – в условиях невесомости и глубокого вакуума.

Многие века и даже тысячелетия употреблялись замечательные минералы в качестве украшений. Но шли года. Бурное развитие науки и техники определили драгоценность минералов, которые оказались совершенно необходимыми в технике.

Выяснилось, например, что с помощью рубинового лазера можно с большой точностью измерить расстояние от Земли до Луны.

Алмазы используют для шлифовки, резки с помощью специальных приспособлений – буровых коронок, усаженные алмазами, сверлят Землю в поисках полезных ископаемых.

Электротехника, оптика, радиотехника, военное дело, точная механика и многие другие отрасли народного хозяйства претендуют на драгоценные камни вовсе не из-за их красоты, а именно из-за их замечательных свойств.

Твердый алмаз широко применяется для изготовления режущих инструментов. Самым простым из них является самый известный всем стеклорез, а так же алмаз используется для изготовления пил, резцов, приготовления полировальной пасты, для конструирования алмазных коронок, обеспечивающих высокопроизводительное бурение горных пород и т. д.

Из рубина изготовляют шлифовальные круги, порошки, пасты. Качество ручных и карманных часов зависит от того, сколько шестеренок вращается на рубиновых подшипниках. Рубиновые камни определяют долговечность часов.

Из гранатов изготовляют шлифовальные порошки, точильные круги, шкурки. Иногда они заменяют в приборостроении рубин.

Пироэлектричество заключает появление электрических напряжений на гранях кристалла при нагревании. Среди замечательных минералов основными пьезоэлектриками являются монокристаллы кварца и турмалина. Это звукосниматели в наших проигрывателях, которые превращают механические колебания иглы на граммофонной пластинке в электрические токи, которые затем усиливаются и поднимаются на динамик.

Ультрафиолетовые лучи являются целебными, а кроме того, придают загар человеческой кожи. А так же она используется в органической химии, минералогии и других отраслях для изучения веществ в ультрафиолетовых лучах.

Чистые бездефектные кристаллы горного хрусталя идут на изготовление призм, спектрографов, поляризующих пластинок. Флюрит используется для изготовления призм спектрографов и в других оптических приборах.

Лазер используется для изучения физики плазмы, при хирургических операциях, в телевидении для съемок и передачи изображения, для сверления и сварки металлов и т. д.

Этими примерами можно было бы закончить короткий рассказ о применении минералов в технике. Но области применения минералов все более расширяются, дальнейшее развитие науки продолжает выявлять в них все новые и новые свойства.

Вывод: В современной жизни, когда идет бурное развитие науки и технике, нам без твердых минералов не обойтись.

Итак, в данной работе была рассказана лишь малая часть того, что известно о кристаллах в настоящее время, однако и эта информация показала, насколько неординарны и загадочны кристаллы по своей сущности.

Люди привыкли использовать кристаллы, делать из них украшения, любоваться ими. Теперь, когда изучены методы искусственного выращивания кристаллов, область их применения расширилась, и, возможно, будущее новейших технологий принадлежит кристаллам и кристаллическим агрегатам (нанотехнологиям).

Тщательная подготовка и выполнение данной работы оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы.

Может быть, что кристаллическое состояние вещества – это та ступенька, которая объединила неорганический мир с миром живой материи.