Горизонты техники для детей, 1969 №9

Химия в нашем доме

Все вы, наверное, знаете, что кристалл состоит из атомов, групп атомов (частиц) или ионов (электрически заряженных атомов), которые расположены в пространстве кристалла в своеобразном определенном порядке, называемом кристаллографической системой.

Для кристаллов имеется семь основных способов расположения атомов или ионов, характеризующихся основными элементами симметрии, то есть плоскостями и осями симметрии. Каждый кристалл поэтому можно отнести к одной из этих кристаллографических систем.

Уже с давних времен большой интерес вызывали у людей кристаллы драгоценных камней. Их тщательно исследовали, описывали строение и красоту. Одними из первых кристаллы описали китайцы в XI веке нашей эры. Первым исследованным кристаллом был кварц. В Японии, например, кварцевый кристалл хранится в музее уже более 1200 лет.

К естественным кристаллам, кроме кварца, называемого также горным хрусталем, относятся, например, кристаллы хлористого натрия NaCl (поваренная соль), карбонат кальция СаСО₃ и многие другие. Многие химические элементы тоже принимают кристаллическую форму. К ним относится сера (S), алмаз (С-углерод) и т. п. Пожалуй, самый распространенный кристалл — лед или снег — кристаллическая форма замерзшей воды (Н₂О).

Многие естественные кристаллы не только красивы, но и отличаются ценными свойствами. Алмаз, например, самый твердый камень в мире. Но залежи алмаза имеются далеко не везде. Поэтому ученые решили создать и создали искусственный алмаз. Прежде всего, они выяснили, как возникали природные алмазы. Наличие алмазов в районах давно остывших вулканов свидетельствовало о том, что для их образования нужны высокие давления и температуры. Именно при очень высоких давлениях и температурах и в присутствии катализаторов (веществ, содействующих процессу зарождения кристалла алмаза) удалось получить синтетический алмаз.

Другим примером может быть получение сернистой ртути (киновари) гидротермическим способом. Для этого метода характерно, что, кроме температуры и давления, важную роль в процессе получения сернистой ртути играют водные растворы кислоты, щелочи и соли. Гидротермический метод как бы воспроизводит условия, которые привели к возникновению в пещерах изумительных по форме сталагмитов и сталактитов. Все эти методы искусственного выращивания кристаллов очень дорогостоящие, и поэтому так и не привели к удешевлению природных кристаллов.

Разумеется, химик-любитель тоже не в состоянии в домашних условиях вырастить кристаллы алмаза и сернистой ртути. Но, чтобы вы, ребята, могли убедиться в том, что кристаллы действительно можно выращивать, давайте получим кристаллы из водного раствора.

1) В пробирку всыпьте 5 г уксуснокислого натрия, долейте 2 мл воды и растворите соль, подогревая раствор. Затем пробирку закупорьте или плотно закройте ваткой и поставьте в холодную воду для остывания. В остывший раствор бросьте маленький кристаллик уксуснокислого натрия. Этот кристаллик начнет быстро расти, как бы обрастая новыми слоями. Брошенный кристаллик называется поэтому зародышем. Заметьте, как во время кристаллизации выделяется большое количество тепла.

2) В пробирку всыпьте примерно 40 г тиосульфата натрия (Na₂S₂О₃∙5Н₂О) и поместите затем ее в водяную баню (укрепив на штативе и погрузив в подогреваемую воду). Подогрев в водяной бане будем продолжать до тех пор, пока в пробирке не получится жидкость. Капнем в нее 2–3 капли глицерина: это позволит получить большие по размеру кристаллы. После этого пробирку закройте и нагревайте еще несколько минут в водяной бане, чтобы конденсат, стекающий по стенкам, смыл остатки нерасплавленной соли. После этого пробирку нужно медленно охладить. Чтобы кристаллы росли быстрее, опустите стеклянную палочку в соляной раствор, а затем в пробирку с кристалликами. При выращивании этих кристаллов выделяется большое количество тепла.

3) Этот процесс кристаллизации продолжается значительно дольше предыдущих двух.

В пробирку всыпьте 40 г хлористого натрия NaCl (поваренной соли) и влейте 100 мл воды, немного ее подогревая, чтобы соль быстро растворилась. Затем в пробирку с раствором погрузите шерстяную нить (пушистую), закрепленную на перекладинке, положенной на пробирку.

Все это поставьте в такое место, где была бы постоянная температура и не было заметных сотрясений. На нитке будут медленно осаждаться кристаллики. Этот процесс может продолжаться до нескольких недель.

Проводя эти опыты, следите за формой кристаллов, замечайте, какова была в каждом случае роль зародышей, при какой из реакций выделялось большее количество тепла. Выращенные кристаллики посмотрите под микроскопом или через увеличительное стекло. Нарисуйте их форму и опишите, как они выглядят.

Анна Паёнчковская