Как сделать кристаллы из медного купороса. Тема: «Выращивание кристаллов из медного купороса
Выращивание кристаллов в домашних условиях — очень длительный, трудоемкий и кропотливый процесс, но он очень увлекательный и однозначно стоящий затраченного времени. Этот опыт очень нравится детям, к тому же большинство нижеприведенных способов совершенно безопасны. Итак, рассмотрим основные способы выращивания кристаллов в домашних условиях.
Как вырастить кристалл из сахара в домашних условиях
Начинать свои опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях лучше всего с самых интересных и приятных. Проще всего вырастить кристалл из сахара, к тому же если вы проводите этот опыт с детьми, они смогут попробовать плоды своего творчества по окончании процесса.
Для того чтобы вырастить кристалл из сахара нам будет нужно:
- 2 стакана воды;
- 5 стаканов сахарного песка;
- деревянные шпажки;
- бумага;
- небольшая кастрюлька;
- несколько прозрачных стаканов.
Процесс изготовления кристалла начинается с изготовления сахарного сиропа. Для этого берем 1/4 стакана воды и две ложки сахара. Смешиваем, доводим на огне до получения сиропа. Макаем деревянную шпажку в сироп и немного обсыпаем сахаром. Чем равномерней произойдет обсыпка шпажки, тем идеальней и красивей выйдет кристалл. Подобным образом делаем требуемое количество заготовок и оставляем их до полного высыхания, например, на ночь.
Прошло некоторое время, наши шпажки просохли и теперь мы можем переходить к с следующей части опыта. В кастрюлю наливаем 2 стакана воды и высыпаем 2,5 стакана сахара. На небольшом огне, постоянно помешивая, превращаем нашу смесь в сахарный сироп. Помешивание требуется проводить тщательно, до полного растворения сахара! Добавляем оставшиеся 2,5 стакана сахара и также, до полного растворения, варим сироп. После этого, оставляем сироп немного остыть, на это потребуется приблизительно 15-20 минут. Этим временем продолжаем приготовление заготовок из шпажек, основы для нашего будущего кристалла. Нарезаем кружки бумаги чуть больше диаметра наших стаканов и протыкаем палочками получившиеся кружки. Главное, чтобы бумага плотно зафиксировалась на шпажке. Бумага будет являться держателем и крышкой для стакана.
Остывший, но еще горячий сироп разливаем по стаканам. На этом этапе в сироп можно добавить немного пищевого красителя, тогда кристалл в итоге получится цветным. Опускаем в стакан нашу заготовку (палочку с кружком бумаги) и оставляем в покое до созревания кристалла. Важно при этом не касаться стенок и дна! Ну, и то же самое проделываем со всеми оставшимися заготовками.
Для выращивания кристалла потребуется приблизительно неделя. Это очень интересный и увлекательный процесс, который очень нравится детям. Каждый день кристалл увеличивается и приобретает свою индивидуальную форму. Некоторые кристаллы растут быстрее, некоторые медленнее, но основная масса вызревает именно за 7 дней. Полученный кристалл из сахара очень хорошо употребить всей семьей на домашнем чаепитии либо просто погрызть в минуты хандры! Вот так, это не только интересно, но еще и вкусно;).
Как вырастить кристалл из соли в домашних условиях
Выращивание кристалла из соли в домашних условиях довольно простой процесс, но требующий терпения и внимательности. Однако, результат эксперимента превосходит все ожидания. Нам потребуются:
- чистая вода;
- кастрюля;
- 2 стеклянных банки;
- поваренная соль;
- крепкая нитка.
Нагреваем в кастрюле воду, именно сильно нагреваем, а не доводим до кипения, в кипятке эксперимент не получится. После нагрева воды понемногу начинаем насыпать в неё соль, постоянно помешивая до полного растворения порции соли. После этого добавляем еще соль, помешиваем до растворения. И так до тех пор пока соль не перестанет растворяться. Переливаем полученный насыщенный соляной раствор в банку и даем хорошенько отстояться в течении суток. На следующий день мы увидим в банке множество мелких кристалликов осевшей соли. Выбираем самый красивый и большой из них, аккуратно достаем и привязываем на нитку. Тщательно переливаем раствор в пустую банку, следя за тем, чтобы осевшие кристаллики не попали в новый сосуд. Затем кристалл на нитке опускаем в отфильтрованный соляной раствор и запасаемся терпением. Через 2-3 дня вы заметите увеличение кристалла, этот рост будет продолжаться какое-то время до окончания роста. После того как вы заметите, что кристалл перестал увеличиваться можно либо закончить эксперимент если вы довольны результатом, либо приготовить еще насыщенного соляного раствора, также как мы проделали это выше, и опустить туда наш кристалл. Кстати, если часто менять раствор соли, то рост кристалла будет проходить быстрее.
Очень важно не охлаждать специально раствор и не взбалтывать его, в этом случае получаются кристаллы несовершенной формы. Также не стоит добавлять никакие красители, кристалл не окрасится, а эксперимент будет загублен.
Как вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях
Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях это уже следующий уровень сложности, при котором требуется соблюдать требования безопасности и выполнять его детям можно только под присмотром взрослых.
Для проведения эксперимента нам потребуется:
- вода, лучше дистиллированная;
- стеклянная банка;
- соль меди (медный купорос или сульфат меди, который можно купить в магазине для садоводов-огородников).
Перед покупкой обязательно рассмотрите вещество, оно должно представлять собой ярко-синий однородный порошок. При наличии комков и зеленых вкраплений от покупки лучше отказаться. Дачникам то он пойдет в хозяйстве, а нам, начинающим химикам, нет.
Итак, правильный купорос закуплен. Высыпаем примерно 100 граммов порошка в стеклянную банку и заливаем понемногу горячей водой, постоянно помешивая. Мы должны получить насыщенный раствор, в котором уже не сможет растворяться соль меди. Фильтруем раствор и ставим в холодильник. На следующий день на дне мы обнаружим множество кристаллов. Отбираем парочку самых больших и красивых и помещаем в емкость с отфильтрованным раствором. Перед этим поступаем с кристаллами также как и в предыдущем опыте с поваренной солью, а именно, закрепляем на нитке и опускаем в банку. Накрываем сосуд тонкой бумагой и запасаемся терпением. Выращивание кристалла из медного купороса занимает несколько недель. После завершения формирования кристалла его нужно аккуратно вынуть, сполоснуть холодной проточной водой и покрыть бесцветным лаком для ногтей.
Кристалл… От самого этого слова веет чем-то загадочным и магическим. Они издавна вызывали восхищение, а часто и преклонение. Многие из них получали собственные имена. Правда, в большинстве своем это были алмазы, рубины, изумруды и другие драгоценные камни природного происхождения. Строгость и симметричность формы, разнообразие цветовой гаммы, игра света на гранях… Можно ли хотя бы частично воспроизвести это великолепное зрелище в обычных условиях? Ответ однозначен — это возможно. Практически из любого водорастворимого, доступного в обыденной жизни кристаллического вещества при желании, определенных знаниях и терпении человек может вырастить кристаллы, которые будут радовать глаз, украшать интерьер и льстить самолюбию их создателя. А ведь для этого необходимо совсем немного:
- субстрат, из которого будет формироваться кристалл;
- посуда (желательно, стеклянная), где станет расти будущий «шедевр»
- вода (лучше, дистиллированная), в которой соль и окажется растворенной;
- аккуратность, тщательность, терпение.
Прежде, чем вырастить кристалл из медного купороса, надо определиться с исходным материалом. Сахар, имеющийся в любом современном доме, отпадает не только из-за своей неограниченной съедобности (известны случаи экспериментального выращивания кристаллов из сахара учеными-энтузиастами даже в блокадном Ленинграде), но и потому, что кристаллы формируются крайне медленно.
Пожалуй, второе по доступности соединение — поваренная соль (NaCl) , дающая полупрозрачные кристаллы почти идеальной кубической формы. Но гораздо быстрее растут кристаллы соединения, известного в обиходе как медный купорос. Да и выглядят они намного изящнее.
Что же такое медный купорос?
Что такое медный купорос? На этот вопрос любой химик ответит, что данное вещество (сульфат меди) представляет из себя белый (чаще, слегка сероватый из-за почти непреодолимого наличия примесей) кристаллический порошок с химической формулой CuSO 4 . Это крайне гигроскопичное соединение — практически из любой субстанции, содержащей легко отделяемую воду оно ее отнимает. Эта особенность определяет тот факт, что CuSO 4 в нормальных условиях находится в том состоянии, которое все привыкли видеть в хозяйственных или садово-огороднических магазинах. Он имеет вид на удивление красивых кристаллов бирюзово-голубого цвета. Формула его при этом выглядит несколько иначе — CuSO 4 5H 2 O.
Первый наивный опыт
Для получения кристаллов медного купороса соответствующего качества нужно 
приготовить его насыщенный раствор. Обратившись к справочникам, любой желающий обнаружит, что растворимость гидратированного купороса при 20°С составляет 35,6%. Это означает, что 100 мл воды физически не может растворить более 35,6 г соли.
Таким образом, для изготовления 500 мл насыщенного раствора при нормальной комнатной температуре нужно всего 178 г медного купороса. Однако, этот предел легко преодолим. При повышении температуры растворимость в воде большинства солей увеличивается. Не является исключением и медный купорос. При нагревании растворимость CuSO 4 постепенно экспоненциально повышается до порога в 65-70°С (такой показатель для обезвоженного медного купороса — приблизительно 1,3). Дальнейший нагрев становится не только бесполезным, но и, часто, губительным для будущего кристалла.
Простой расчет с помощью калькулятора или карандаша и бумаги показывает, что для приготовления 500 мл нагретого насыщенного раствора понадобится 270-300 г исходной соли. Залив горячей дистиллированной водой отмеренное заранее количество CuSO 4 при тщательном помешивании, добиваемся максимального растворения соли. Водный раствор при этом имеет насыщенную синюю окраску. На дне, возможно, останется небольшое количество нерастворенного купороса. Его придется отфильтровать через неплотную фильтровальную бумагу, синтетическую гигроскопичную вату или несколько слоев марли.
Оставив отфильтрованный раствор на несколько часов при постоянной нормальной температуре, получаем «россыпь» красивых кристаллов из медного купороса довольно правильной формы. После дополнительной фильтрации и просушки кристаллы на некоторое время смогут занять свое достойное место в помещении.
Процесс выращивания кристаллов из медного купороса, естественно, можно ускорить . Для этого помещаем сосуд с раствором в холодильник. При этом жидкость остается в состоянии устойчивого равновесия. Для образования кристаллов нужен «толчок». Таким «толчком» для гипернасыщенного раствора купороса станет маленький кристаллик (затравка). При этом вокруг кристалла-затравки очень быстро образуются большие друзы маленьких кристаллов.
Дальнейшее развитие идеи
Если желательно вырастить нарядные бусы, достаточно опустить в насыщенный раствор хлопчатобумажную или шерстяную нить. Вокруг каждой ворсинки будет формироваться отдельный кристалл из медного купороса.
Если необходимо вырастить большой кристалл из медного 
купороса, придется поступить иначе
. Сначала опять-таки необходим насыщенный раствор, но затравка привязывается к леске или синтетической нитке. Это нужно для того, чтобы не формировались мелкие побочные кристаллы. Затравка может быть выбрана из наиболее красивых по форме и цвету кристалликов, упомянутых в первом опыте. Он не должен касаться дна и стенок сосуда. Раствор не должен быть замутненным или содержать мелкий осадок на дне. При постоянной температуре до размера 1 см кристалл вырастет за неделю. Удивительно красиво выглядят кристаллы медного купороса в 5-10 см. Такого результата можно достичь за 1-1,5 месяца. Нужно учитывать, что насыщенный раствор придется периодически доливать, тщательно наблюдая за ростом кристалла. В идеале кристалл будет выглядеть ровным, с четкими гранями, и иметь интенсивный синий цвет.
Для того чтобы кристалл медного купороса сохранялся долго (в обычных условиях кристаллы медного купороса быстро разрушаются), его рекомендуется покрыть защитным слоем бесцветного универсального клея (только не Cyanopan-а и его аналогов) или лака для ногтей. Можно также поместить выращенный кристалл в герметично закрытый стеклянный сосуд.
Обычно кристаллы выращивают так: в насыщенный раствор соли на нитке опускают затравку (небольшой кристаллик), стакан накрывают марлей или фильтровальной бумагой и оставляют раствор медленно испаряться. Процедура проста, но ждать, пока вырастет кристалл приходиться недели, а иногда и месяцы.
А нельзя ли вырастить кристаллы быстрее, например - за день. Конечно можно, но вместо одного большого кристалла у вас образуется сросток кристаллов поменьше.
Ниже описано, как быстро вырастить кристаллы медного купороса. Посмотрим, как изменяется растворимость сульфата меди с температурой (рисунок).
Сначала растворимость сульфата меди довольно быстро растет с увеличением температуры, но начиная примерно с 80 °С дальнейшее нагревание почти не ведет к увеличению растворимости соли.
Приступим к эксперименту. В стакан на 500 мл налейте 300 мл воды, добавьте туда 200 гр медного купороса и поставьте стакан на песчаную баню.
Включите нагрев. Раствор время от времени перемешивайте, пока весь медный купорос не раствориться.
Снимите стакан с песчаной бани и поставьте его на керамическую плитку. Дайте раствору немного остыть и внесите в него затравку - кристаллик сульфата меди, привязанный к нитке.
Затравка может раствориться, но это не имеет большого значения. При охлаждении раствора на нитке образуются небольшие кристаллики сульфата меди, но основное количество сульфата меди выпадет в осадок (поскольку снизу - в месте контакта стакана с керамической плиткой раствор больше всего охлаждается).
Извлечем нитку с кристаллами из раствора и повторим процедуру: снова поставьте стакан на песчаную баню и нагрейте до растворения осадка. Выключите нагрев (не снимайте стакан с бани), накройте стакан чашкой петри и дайте раствору частично остыть.
После этого внесите в раствор нитку с кристаллами, снова накройте стакан и оставьте его на ночь. Утром на нитке образуется гроздь кристаллов медного купороса размером около 5 см.
При быстром выращивании кристаллов сульфата меди из горячего раствора затравка не имеет большого значения. В раствор даже можно опустить нитку без затравки - все равно на ней осядут кристаллики.
Раствор медного купороса, который остался после эксперимента, пригодится нам, чтобы вырастить большой кристалл медного купороса. Аккуратно слейте насыщенный раствор с осадка в стакан или банку, опустите в него на нитке кристаллик купороса. Накройте сосуд марлей и оставьте его в укромном месте (все делается при комнатной температуре). В данном случае выбор кристалла для затравки очень важен. Постарайтесь взять правильно сформированный кристаллик без внешних повреждений.
Часть первая: «О том, как вырастить поликристалл всего за 1 час»
В сети интернет есть множество статей как нужно выращивать кристаллы. Чаще всего выращивают кристалл из медного купороса (цвет красивый, достать легко, выращивать просто).
В насыщенный раствор медного купороса на нитке опускают затравку (небольшой кристаллик), стакан накрывают марлей и оставляют раствор медленно испаряться. Процедура проста, но ждать, пока вырастет кристалл приходиться недели, а иногда и месяцы.
А нельзя ли вырастить кристаллы быстрее, например - за день ?! Конечно можно, но вместо одного большого кристалла у вас образуется сросток кристаллов поменьше - ПОЛИКСТАЛЛ - который благодаря своей причудливой форме ничуть не уступает, и даже превосходит по красоте кристалл правильной формы.
В данной статье мы расскажем и покажем, как вырастить красивые поликристаллы медного купороса (см рисунок) за самое короткое время.
Материалы:
Медный купорос 200 г, вода, банка 0,25 л, палочка от мороженого, банка 0,5 л, нитки.
Шаг 1.
В горячей чистой воде (кипяток не нужен, 70-80 ˚C) растворяем порошок медного купороса (продается в любом магазине сад-огород в отделе с удобрениями) с расчетом 100-150 г медного купороса на 200 мл воды. Перемешиваем раствор палочкой до тех пор, пока купорос не перестанет растворяться в воде.
Примечание : Если удалось растворить весь купорос в воде, значит его недостаточно и нужно добавить еще. В банке на дне должен в итоге оставаться нерастворимый осадок.
Главная наша цель - добиться насыщенного состояния раствора (т.е. такого раствора, в котором еще больше вещества раствориться уже не может). Для этого нужно в данном объеме жидкости растворить как можно больше грамм медного купороса.
*Как добиться насыщенного раствора или сколько купороса нужно разбавлять в воде?
Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, как изменяется растворимость сульфата меди с температурой (рисунок 1).
Рисунок 1. Изменение растворимости CuSO 4 с температурой (в гр на 100 гр воды)
Как видно из графика с увеличением температуры растворимость сульфата меди довольно быстро растет. Но когда температура достигает примерно 80 °С, то дальнейшее нагревание почти не ведет к увеличению растворимости.
Кроме того, при нагревании выше 90 градусов раствор мутнеет и происходит выпадение черных хлопьев в виде осадка, что влияет на чистоту кристалла.
Поэтому оптимальная температура растворения медного купороса для выращивания кристалла - 80 градусов.
Шаг 2.
Как только мы добились насыщенного раствора нужно его отфильтровать. Мы использовали банку 0,5 л как промежуточный резервуар. В нее мы перелили весь раствор с осадком.
Банку, в которой мы выращиваем кристалл, сполоснули от остатков осадка.
Теперь фильтруем раствор. Для этого складываем марлю или бинт в несколько слоев и переливаем через него нашу жидкость.
Осадок остается на марле.
Шаг 3.
Вырезаем углубление в палочке от мороженого и наматываем на нее нитку. На конце нити завязываем узел или подвешиваем любой грузик на который будет наращиваться впоследствии кристалл.
Шаг 4.
В отфильтрованный насыщенный раствор опускаем нитку с узелком так, чтобы узелок был в центре объема жидкости. Высоту узелка можно регулировать наматывая и разматывая нитку вокруг палочки.
Шаг 5.
Накрываем банку слоем марли и ставим банку в спокойное место с постоянной температурой. Банку накрыли марлей, чтобы пыль и грязь не попадала в нее. А перепады температуры и сотрясения могут отрицательно отразиться на росте кристалла.
Шаг 6.
Ждем.
По мере остывания раствора (ближайший час) в банке будет резко повышаться концентрация медного купороса, т.к. при более низкой температуре в воде растворяется гораздо меньше вещества и лишнее вещество, образующееся при остывании, выпадает в осадок в виде кристаллов.
По мере остывания все «лишнее» при данной температуре вещество переходит в твердую фазу, выстраивая кристаллическую структуру в очаге кристаллизации - на нитке. В итоге на нитке образуются много маленьких кристаллов, которые все новыми слоями наращиваются друг на друга, образуя красивое поликристаллическое тело.
Вот такой кристалл вырос за 2 часа роста в остывающей воде. Хорошее начало. Но все еще впереди. Как растить кристалл дальше в большой и красивый всего за один день читайте в нашей следующей статье.
А пока все то, о чем мы говорили в этой статье, можете посмотреть в видео варианте, где подробно показаны все этапы выращивания кристалла, описанные выше.
Надеемся наша статья и видео материал помогут Вам вырастить собственный уникальный кристалл, который будет радовать своей красотой Вас и Ваших близких. Удачи!
Вторую часть статьи ("О том, как продолжить выращивать большой кристалл в быстрые сроки" ) читайте здесь:
Как вырастить кристалл медного купороса?
Мы уже рассказывали, как быстро вырастить кристаллы медного купороса
Для этого нужно растворить медный купорос в горячей воде,
охладить раствор, опустить в него нитку с затравкой (или просто нитку) и
подождать несколько часов. На нитке вырастут кристаллы медного купороса
размером до сантиметра, которые будут образовывать большие сростки,
словно мидии.
Если вы хотите вырастить большой кристалл, придется поступить
совсем по-другому. Сначала нужно приготовить насыщенный раствор соли, в
нашем случае – медного купороса. Насыщенным называется раствор, который
находится в равновесии с нерастворенным веществом (твердым, жидким или
газообразным). Следовательно, насыщенный раствор содержит максимальное
количество вещества, которое может раствориться при данной температуре.
Чтобы приготовить насыщенный раствор медного купороса, сначала
рассчитаем, сколько нужно взять соли.
Растворимость медного купороса при 20°С составляет 35.6 г в 100 г
воды. Например, если вы взяли 200 мл воды, значит необходимо
35.6·200/100= 71.2 г CuSO4 · 5H2O. А как быть при других температурах? С
ростом температуры растворимость сульфата меди сначала увеличивается,
потом почти перестает зависеть от температуры. Поэтому, чтобы исключить
влияние колебаний температуры в лаборатории, точности взвешивания и
других факторов возьмите количество медного купороса, раза в полтора
большее расчетного. Например, в нашем случае это 71.2·1.5 = 107 г.
Залейте соль водой и оставьте примерно на сутки, время от времени
перемешивая. Когда растворение медного купороса прекратится, и наступит
равновесие, профильтруйте раствор через неплотную фильтровальную бумагу
или вату. Избыток соли останется на фильтре – его можно снова высушить и
использовать повторно. Налейте полученный раствор в стакан или банку.
Теперь выберите крупный и хорошо сформированный кристаллик и привяжите
его к нитке. Кристаллик послужит затравкой. Привяжите второй конец нитки
к карандашу или стеклянной палочке и опустите затравку в раствор.
Накройте стакан марлей – для защиты от пыли. Все, что остается – ждать.
Через несколько дней рост кристалла будет виден визуально, за неделю
может вырасти кристалл длинной в 1 см, за три-пять недель – 5 см. Если в
стакане образуется осадок мелких кристалликов – перелейте раствор в
чистый стакан и перенесите в него наш кристалл. В ходе нашего
эксперимента такую процедуру пришлось проделать несколько раз. Со
временем на нитке тоже образуются мелкие кристаллики, которые начинают
расти. Избежать этого сложно, можно разве что поднять кристалл повыше,
чтобы меньший отрезок нитки контактировал с раствором. Во время
эксперимента возникла идея использовать вместо хлопчатобумажной нитки
тонкую медную проволочку или капроновую нитку, однако на них затравка
росла значительно хуже. Эксперимент длится от нескольких недель до
одного-двух месяцев.
К сожалению, на воздухе кристаллы медного купороса теряют часть
своей воды, при этом происходит их выветривание (разрушение). Чтобы
кристаллы медного купороса сохранились дольше, поместите их в плотно
закрытую банку и храните в прохладном помещении.
Если в начальной стадии эксперимента у вас растворилась
затравка, значит, раствор не был насыщенным. Причин может быть
несколько. Во-первых, исходный раствор мог недостаточно долго
контактировать с кристаллами и не успел стать насыщенным. Во-вторых,
растворимость медного купороса растет с температурой. Если вы
приготовите насыщенный раствор и опустите в него кристаллик, а потом в
комнате потеплеет, растворимость возрастет, и затравка может
раствориться. В любом
случае, добавьте в раствор еще несколько ложек
купороса, перемешайте его, и дайте постоять (а потом снова
профильтруйте).
Выращивание кристаллов требует труда и много терпения, но результат может очень приятно вас удивить.
| Начало |
| 8 дней |
| 11 дней |
| 12 дней |
| 22 дня |
| 42 дня |
| 58 дней |
