Tinh thể đang phát triển

40

Bài viết này nói về công việc được thực hiện tại Nhà Tiên phong Kiev của Andrey Varlamov và Dmitry Kazakovtsev khi họ còn học lớp 9 trường số 145 ở Kyiv.

Chúng tôi mời bạn tự mình thực hiện mô tả các thí nghiệm. Những người đang tham gia vào việc trồng pha lê có thể khuyên bạn nên đọc bài viết của M. O. Klia “Cách trồng pha lê” («Kvant» Số 5, 1970).

Trong Hình 1, bạn thấy một bức ảnh chụp một tinh thể được trồng trong điều kiện tự nhiên. Tinh thể này bao gồm các tinh thể nhỏ pyrit và canxit. Nhiều tinh thể có hình dạng khá kỳ quái. Trong tự nhiên, tinh thể phát triển qua hàng triệu năm. Có thể tăng tốc quá trình này? Hóa ra là có thể. Ngành công nghiệp này đã cung cấp tinh thể nhân tạo về mặt kỹ thuật trong một thời gian dài. Sẽ thú vị hơn nếu bạn tự mình có được chúng. Đây chính xác là bài toán mà chúng tôi đặt ra cho chính mình.

Chúng tôi sẽ không trình bày lý thuyết về sự phát triển của tinh thể; nó có thể được tìm thấy trong bài báo “Tăng trưởng tinh thể” của R. Fullam (“Lượng tử số 6, 1971”). Chúng ta hãy chuyển thẳng sang phần xem xét các phương pháp phát triển các tinh thể đơn lẻ.

Phương pháp đơn giản nhất nhưng rất quan trọng là phát triển tinh thể từ các trình quét. Điều này trước hết bao gồm việc phát triển các tinh thể bằng cách giảm dần nhiệt độ của dung dịch. Phương pháp này dựa trên đặc tính của nhiều chất kết tinh là thay đổi độ hòa tan của chúng khi thay đổi nhiệt độ. Điều này tốt vì nó không yêu cầu thiết bị phức tạp và cho phép bạn phát triển các tinh thể có nhiều đuôi. Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp với các hợp chất hòa tan tốt. Khi phát triển tinh thể của các chất hòa tan kém, cần phải lắp đặt cồng kềnh để kết hợp đủ lượng dung dịch.

Một phương pháp khác là làm bay hơi dung môi. Điều này tạo ra sự quá bão hòa nhẹ của dung dịch, do đó xảy ra hiện tượng kết tinh. Một trong những nhược điểm của phương pháp này là sự xuất hiện của các tinh thể ký sinh nơi thành bình tiếp giáp với bề mặt của dung dịch bay hơi. Nhưng phương pháp này rất đơn giản nên được sử dụng rộng rãi. Bằng cách thêm các phần mới của dung dịch bão hòa khi nó bay hơi, các tinh thể của các hợp chất ít tan cũng có thể được hình thành.

Một phương pháp thú vị nhằm mục đích phát triển tinh thể của các hợp chất không hòa tan trong trường hợp có hai thành phần hòa tan tốt phát sáng do phản ứng xen kẽ: Cả hai thành phần được hòa tan trong các bình riêng biệt. Sau đó, trong quá trình bố trí không chính, một chất lỏng trong số chúng được tiêm từng giọt vào chất lỏng với sự trợ giúp của biorette. Sự siêu bão hòa hình thành trong quá trình phản ứng là đủ để kết tinh chất chúng ta cần.

41

Chúng tôi chọn phương pháp đơn giản nhất - bay hơi dung môi. Việc lắp đặt được thể hiện bằng một bình làm bằng thủy tinh hữu cơ có dung tích khoảng 750 ml. Khoảng 600 ml dung môi bão hòa được đổ vào đó. Khi nó bay hơi, các phần mới của dung dịch được thêm vào bình. Chúng tôi bôi trơn phần trên của bức tường bằng một lớp dầu trắng mỏng. Vì vậy, các bức tường không bị dung dịch làm ướt và các tinh thể ký sinh hầu như không xuất hiện trên chúng.

Ban đầu, từ khối đa tinh thể của đồng sunfat, chúng tôi đã chọn ra bảy tinh thể có hình dạng ít nhiều đều đặn. Mỗi chiếc được hạ xuống theo một đường mỏng (0,15 mm) vào một bình chứa dung dịch đồng sunfat bão hòa. Khi chúng lớn lên, các tinh thể không thành công bị loại bỏ, hình thành bởi các ký sinh trùng và mất đi hình dạng điển hình của chúng đối với các tinh thể đồng sunfat đơn lẻ. Sau hai tuần, chỉ còn lại ba viên pha lê tốt nhất và sau một tháng, chỉ còn lại một viên. Nó vốn đã khá lớn nên tốc độ tăng trưởng tuyến tính của nó chậm lại do bề mặt kết tinh lớn. Thay vì khuấy dung dịch như thường lệ trong những trường hợp như vậy, chúng tôi quyết định khuấy chính tinh thể đó. Để làm được điều này, họ treo nó lên một giàn giáo (dài khoảng 0,7 m), phần cuối của giàn giáo được cố định trên trục của micromotor. Trong thời gian 10-12 giây hoạt động, động cơ của giàn giáo bị xoắn rất nhiều nên sau khi cố định trục, nó đảm bảo cho khối tinh thể đơn quay chậm trong khoảng nửa giờ. Xin vui lòng, sẽ dễ dàng hơn nếu chỉ cần trộn dung dịch bằng máy khuấy quay từ động cơ vi điện. Trong toàn bộ quá trình thí nghiệm, chiếc bình được phủ một lớp giấy bóng kính để ngăn bụi xâm nhập vào.

Hơi chưa được đào tạo, chúng tôi đã nhận được viên pha lê thứ hai. Trong quá trình bay hơi mạnh hơn (với độ ẩm tương đối tăng và nhiệt độ tăng), hiện tượng siêu bão hòa lớn xảy ra. Mặc dù bản thân tinh thể rất nhỏ nhưng sự phát triển của nó không thể bù đắp cho sự bay hơi. Vì vậy trên