КРИСТАЛЛЫ Автор: ученица 10 «А» класса Караваева Алеся © KaravaevaEL, 2007

ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА: Выращивание монокристаллов поваренной соли, медного купороса, алюмокалиевых квасцов из перенасыщенных водных растворов. Наблюдение за скоростью роста монокристаллов, в зависимости от частоты приготовления новых перенасыщенных растворов. Изучение особенностей роста монокристаллов правильной формы. Изучение формы полученных кристаллов и определение видов дефектов структуры реальных кристаллов.

Примеры применения монокристаллов: КристаллыПрименение Алмаз Режущие инструменты, подшипники хронометров морских судов, ювелирные украшения Кварц, слюдаЭлектротехника Флюорит, турмалин, исландский шпат Изготовление оптических приборов Рубин Лазер, оптические приборы, ювелирные украшения, камни для часов, изготовление химических волокон Сапфир, аметистЮвелирные украшения кристаллы высокой химической чистоты Научные исследования Германий, кремнийПолупроводниковые электронные приборы

КРИСТАЛЛЫ: - это твердые тела, в которых атомы или молекулы расположены в пространстве упорядочено. Каждому химическому веществу соответствует определенная атомно- кристаллическая структура. Крупные одиночные кристаллы называются М О Н О К Р И С Т А Л Л А М И.

ГЕОМЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ Выросшие в равновесных условиях кристаллы имеют форму правильных многогранников. Симметричные тела имеют следующие элементы: плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии. Существует 14 типов решеток Бравэ, они образуют 7 кристаллических систем.

Семь кристаллических систем: Триклинная (a b c, α β γ) Моноклинная (a b c, α = β = 90° γ) Ромбическая (a b c, α = β = γ = 90 °) Тетрагональная (a = b c, α = β = γ = 90 °) Ромбоэдрическая (a = b = c, α = β = γ90 °) Гексагональная (a=b c, α=β=90 °, γ=60 °) Кубическая (a = b = c, α = β = γ = 90 °) Элементарная ячейка кристаллической решетки

Выдающийся русский кристаллограф Евграф Степанович Федоров установил, что в природе может существовать 230 различных кристаллических решеток. Кристаллы могут иметь форму различных призм и пирамид, в основании которых могут лежать только правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.

Простые формы кристаллов

Получение монокристаллов. Крупные совершенные монокристаллы выращивают из пересыщенных растворов и перегретых расплавов, вводя в них небольшие затравочные кристаллики, не допуская самопроизвольного зарождения.

Получение перенасыщенного раствора и выращивание кристалла.

При выращивании кристалла необходимо поддерживать постоянную температуру и насыщение раствора. Работа по насыщению раствора: Вытащить кристалл. В раствор добавить избыток соли и нагреть его на водяной бане (см. рисунок). Отделить раствор от избытка соли и охладить его. Внести в раствор кристалл на нити.

Выращивание кристаллов: 1. Кристалл хлорида натрия [NaCl] – поваренная соль кристаллизуется в форме куба.

Выращивание кристаллов: 2. Кристалл алюмокалиевых квасцов [KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O] – кристаллизуется в форме октаэдра.

Выращивание кристаллов: 3. Кристалл сульфата меди [CuSO 4 ·5H 2 O] – медный купорос образует кристалл, имеющий только один центр симметрии.

Для выращивания этих кристаллов медного купороса потребовалось 1,2 кг CuSO 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРАЩЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ: Для NaCl наиболее развитые грани имеют форму куба; рост граней кристалла поваренной соли шел послойно; незавершенные слои имеют ступенчатый вид; ступени, находящиеся по краям граней имеют большую высоту, чем ступени в центре граней.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРАЩЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ: Кристалл квасцов имеет форму октаэдра; форма октаэдра сильнее выражена в той части кристалла, которая находилась в нижней части перенасыщенного раствора; вершины и рёбра кристалла опередили рост плоских граней; плоские грани исчезли из-за ступенчатого роста кристалла. Монокристалл квасцов имеет скелетный характер.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРАЩЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ: Монокристалл более правильной формы получен от затравки без видимых дефектов строения; на плоских гранях хорошо видна слоистость роста кристалла;

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРАЩЕННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ: Замеченные выступы второй затравки были «наследованы» вторым монокристаллом; выступы развивались в различных направлениях, отвечающих максимальной скорости роста и образовали многолучевую звезду, каждый луч которой повторяет правильное строение кристалла сульфата меди.

ВЫВОДЫ: Для получения монокристаллов правильной формы необходимо: – наличие затравочного кристалла правильной формы, –постоянное перемешивание раствора, –постоянная поддержка нужной концентрации перенасыщенного раствора, –низкотемпературный режим выращивания кристаллов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ : 1. Курс физики: Учеб. пособие для вузов/ Т. И.Трофимова. – 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., Факультативный курс физики: 9 кл. Учеб. пособие для учащихся / О.Ф. Кабардин, С.И. Кабардина, Н.И. шефер. – 3-е изд., - М.:Просвещение, Энциклопедический словарь юного физика / Сост. В.А. Чуянов. – 3-е изд., - М.: Педагогика-Пресс, Физический энциклопедический словарь. / Гл. ред. А.М.Прохоров. – М.: Сов. энциклопедия, Беседы по физике. / М.И. Блудов. – М.: Просвещение, 1964.