Jak vznikají krystaly ze soli?

Krystaly vznikají, když látka přechází z jakéhokoli stavu agregace do pevné látky. Hlavní podmínkou pro tvorbu krystalů je pokles teploty na určitou úroveň, pod kterou částice (atomy, ionty), které ztratily přebytečný tepelný pohyb, vykazují své vlastní chemické vlastnosti a jsou seskupeny do prostorové mřížky.

• Metody a faktory krystalové nukleace
• Jak vypěstovat krystal ze soli doma

Metody a faktory krystalové nukleace

Při teplotách měřených v tisících stupňů nemůže žádná z látek známých v přírodě existovat v krystalickém stavu. Druhá důležitá podmínka je tlak. Teplota a tlak – to jsou termodynamické podmínky pro existenci krystalické látky. Při ochlazení může vysoce zahřátá látka projít fázemi plynné směsi, kapaliny, taveniny nebo pevného skupenství. Proto existují tři možné způsoby tvorby krystalů.

1. Krystalizace sublimací – přímý přechod z plynného skupenství do pevného. V tomto případě se krystaly tvoří přímo z páry a obcházejí kapalnou fázi. Příkladem je sublimace a rekrystalizace jódu. V přírodě k tomuto procesu dochází v kráterech a sopečných puklinách (ložiska čpavku, síry atd.). V zimě, když je jasné a mrazivé počasí, se ve vzduchu tvoří sněhové vločky.
2. Pevná dekrystalizace – přechod z pevného do pevného skupenství. Jsou zde dva možné procesy. První – z amorfní lze vytvořit krystalickou látku. Postupem času tedy krystalizuje sklo a vulkanické horniny obsahující sklo. Druhý proces – rekrystalizace: struktura některých látek je zničena a vznikají nové krystaly s jinou strukturou. Jevy rekrystalizace jsou v přírodě rozšířené a vedou ke vzniku nových minerálů, hornin a rud. Všechny metamorfované horniny jsou do té či oné míry rekrystalizovány. Vlivem teploty, tlaku a dalších faktorů se například vápenec mění v mramor, jílové horniny ve fylity a krystalické břidlice, křemenné pískovce v křemence.
3. Krystalizace z tavenin a roztoků – hlavní způsob tvorby krystalů v přírodě. Tak vznikají mohutné krystalické horniny – žuly – z ohnivé tekuté silikátové taveniny (magmatu). Krystaly soli se ukládají na dně jezer, zátok a v moři. Umělé krystaly se pěstují z tavenin a roztoků (například technické a drahé kameny: piezokřemenec, karborundum, rubín, diamant, safír atd.).

Hlavní podmínkou nukleace je tedy podchlazení nebo přesycení. Nukleace krystalů je podchlazení nebo přesycení. Nukleace krystalů může probíhat nezávisle. Někdy však pro růst krystalů stačí mít nejmenší krystaly samotné krystalizovatelné látky nebo částice jiných pevných látek, které mají podobnou strukturu. Proces tvorby krystalů nastává náhle, s uvolněním energie, s přeskupením částic, s prudkou změnou výchozích vlastností. Krystalizační schopnost různých látek není stejná, je dána počtem krystalizačních center vytvořených za jednotku času na jednotku objemu a rychlostí růstu krystalů. Když je rychlost tvorby krystalizačních center vysoká, objeví se mnoho malých krystalů, když je počet center malý, objeví se velké krystaly.

Jak vypěstovat krystal ze soli doma

Experimenty s pěstováním krystalů můžete provádět sami. Vzorek té či oné soli (kamenec, síran měďnatý atd.) se nejprve připraví na prášek. Vzorek nalijte do chemické nebo porcelánové sklenice a pomocí odměrné kádinky nalijte potřebné množství vody. Sklenici přikryjeme kulatou (hodinovou) sklenicí a její obsah zahřejeme, aby se urychlilo rozpuštění soli ve vodě. Poté výsledný roztok přefiltrujte.

stůl 1 – Rozpustnost solí (v gramech) ve 100 cm 3 vody.

Kamenec draselno-hlinitý KAl[SiO₄] · 12H₂O Dusičnan sodný

Přefiltrovanou kapalinu vložte do speciální sklenice se širokým dnem a nízkými stěnami. Ve skle se roztok intenzivně ochlazuje a odpařuje, čemuž napomáhá charakteristický tvar skla, který vytváří velkou odpařovací plochu. V důsledku ochlazení a odpařování je roztok nejprve nasycen a poté přesycen (obsahuje přebytek rozpuštěné látky). Současně začnou v krystalizátoru vypadávat krystaly. Následující den (po přípravě roztoku) musíte vybrat několik nebo jeden z padlých krystalů, opatrně nalít roztok do čistého krystalizátoru a umístit tam vybrané krystaly – „snídaně“. „Snídaně“ označuje pevné částice, které mohou způsobit krystalizaci. Chcete-li získat dobře řezaný (izometrický) krystal, měl by být pěstován na vlasu nebo hedvábné niti. Krystaly rostoucí na dně nádoby, které jsou omezeny v růstu, získají nepravidelný tvar (zploštělý, protáhlý). Po určité době, kdy se roztok stane malým, byste měli připravit čerstvý roztok a přenést do něj krystal. Seznam zařízení pro pěstování krystalů: činidla, hmoždíř (porcelán), váhy se závažím (farmaceutické), dvě kádinky (chemické nebo porcelánové), kádinka, hořák, azbestová síťka, kulaté hodinové sklíčko, skleněná tyčinka na umístění roztoku, nálevka, filtr papír, nálevkový stojan, sklo se širokým dnem, pinzeta, teploměr. Hliníkový kamenec je vhodný materiál pro získání dobře tvarovaných krystalů. Rozpustnost kamence v horké vodě je mnohem větší než ve vodě studené, proto můžeme proces urychlit ochlazením nasyceného roztoku. Kamenec rozpusťte v horké vodě na hranici rozpustnosti; získáte nasycený roztok. Zkušenosti ukazují, že ve 200 g horké vody lze rozpustit 25 g kamence. Na hedvábných nitích ponořených do roztoku vyrůstají krystaly pravidelného tvaru charakteristické pro kamenec – oktaedry. Odstraňte z nitě malé a nepravidelné krystaly a nechte jeden z nejlepších, který bude postupně růst. Kamencová hmota se rovnoměrně usazuje na okrajích volně rostoucího krystalu. Při ochlazení nasyceného roztoku (75 g chromového kamence na 20 g vody) na teplotu 11⁰C padají na dno nádoby krusty jemnozrnných krystalů. Na nitkách ponořených do roztoku rostou pravidelné krystaly chromového kamence ve formě fialových osmistěnů. Krystaly hlinitého kamence mohou růst v roztoku chrómu a naopak, protože oba mají stejný typ prostorové mřížky. Fialový krystal chromového kamence rostoucí na niti vložte do nasyceného roztoku hlinitého kamence – získáte dvouvrstvý krystal s fialovým vnitřním osmistěnem a bezbarvým vnějším.

Nejúspěšnějšího výsledku se dosáhne pěstováním krystalů síranu měďnatého z roztoku o koncentraci 29,2 % při ochlazení na 13,5 °C. Při zahřívání rozpusťte 200 g práškového síranu měďnatého ve 82,5 g vody. Roztok se přefiltruje přes papírový filtr. Po 14-15 hodinách vypadnou dobře tvarované krystaly o délce až 1,5 cm. Kromě kamence a síranu měďnatého dobře krystalizuje dichroman draselný. Pokus se samořezáním křišťálu: vyrostlý krystal kamence (broušením pilníkem) dejte do tvaru koule, znovu jej ponořte do nasyceného matečního roztoku a sledujte jeho růst. Po 1-2 dnech si všimnete, že se na kouli objevují okraje a po týdnu se místo koule opět vytvoří pravidelný osmistěn.

Mohlo by vás zajímat:

1. Nejdůležitější vlastnosti krystalů
2. Tvorba vod ropných a plynových polí
3. Hlavní oblasti a nastavení sedimentace
4. Složení a stavba sedimentárních hornin
5. Etapy vzniku a existence sedimentárních hornin
6. Show plyn-olej-voda

V chemii doma děti často dostávají projekt „vypěstovat krystal ze soli“. Nebojte se, je to snadný zážitek. A před vámi a vaším dítětem čeká velmi vzrušující aktivita s výsledkem, který okouzlí svou krásou a nevšedností. Úkol lze splnit za 1 den, i když to ovlivní velikost vyrostlého krystalu.

Co budete potřebovat?

Pro experiment je třeba připravit:

• Pěstební nádoba. Můžete si vybrat libovolnou velikost, je třeba se zaměřit na požadovaný konečný výsledek. Nádobí by mělo být z materiálu, který ve slané vodě neoxiduje a nešpiní ji. Je lepší, když je průhledný, bez okrajů, což umožní pozorovat proces. Dobrou variantou je skleněná nádoba.
• Vařící voda. Rozpustí se v něm více soli, což znamená, že roztok bude více nasycený. Je tu ale značná nevýhoda – při namáhání se můžete popálit, takže pokud dítě provádí pokus samo, pak by mu měla být podána voda pokojové teploty.
• Běžná stolní sůl nebo mořská sůl.
• Lžíce (čajová lžička, dezertní lžíce, stolní lžíce), která bude vhodná pro míchání roztoku.
• Gáza složená v několika vrstvách nebo filtrační papír. V našem případě se na pasírování používal běžný kapesník.
• Vlákna. Malý kousek lepenky, silný papír. Tužka (tyčinka od nanuku, pravítko, propiska) – cokoli, co lze použít jako hrazdu.
• Průhledný lak. Bude potřeba k zakrytí hotového krystalu.

Jak růst

Doma může proces pěstování krystalu trvat jeden den až několik měsíců. Přesný čas závisí na tom, jak velký chcete mít konečný výsledek. Akce krok za krokem:

1. Do sklenice nalijte vroucí vodu nebo vodu pokojové teploty.
2. Přidejte několik lžic soli a promíchejte. Přidávejte, dokud se nepřestane rozpouštět a nezůstane na dně.
3. Roztok opatrně sceďte pomocí gázy složené v několika vrstvách nebo hadříkem. Zbytky soli již nebudou potřeba a lze je vyhodit.
4. Vyberte největší krystal ze suché soli. Svažte to nití (jak to vypadá, viz foto níže).
5. Na druhý okraj nitě přivažte tužku (pravítko, pero, tyčinku na zmrzlinu).
6. Udělejte malý otvor v kartonu nebo jiném silném listu a protáhněte jím krystal soli na provázku. To zafixuje strukturu a ochrání roztok před prachem. Bez tohoto kroku se ale obejdete.
7. Krystal ponořte do vysoce koncentrovaného solného roztoku. Umístěte jej do středu tak, aby se nedotýkal stěn nádoby.
8. Umístěte nádobu na místo, které není vystaveno změnám teploty a kde nebude budoucí krystal „rušen“.
9. Sledujte proces. Pokud je špatně vidět, jak krystal roste, pak ho někdy můžete zvednout, ale nezvedat (je velmi křehký!) a nedotýkat se jím stěn nádoby.
10. Počkejte pár dní nebo měsíců, až vám bude velikost krystalu vyhovovat. Vyjměte jej a nechte uschnout na papíře nebo suchém čistém hadříku.
11. Obal bezbarvým lakem.

Často kladené dotazy

Během realizace projektu se často objevují následující otázky:

• Jak vyrobit barevný krystal – do hotového nasyceného solného roztoku přidejte potravinářské barvivo.
• Jakou sůl zvolit. K dokončení domácího úkolu z chemie je vhodná běžná kuchyňská sůl (nejlépe nejodizovaná) nebo mořská sůl. Můžete také použít epsomské soli nebo kamenec. Tyto látky se prodávají v lékárnách.
• Jak proces urychlit – po 2-3 dnech přesuňte krystal, který již začíná růst, do nového nasyceného solného roztoku.
• Kolik soli přidat? Musí tam být více látky, než dokáže voda rozpustit. Měla by se vytvořit dobrá sraženina nerozpuštěných zrn.
• Jak vypěstovat velmi velký krystal. Připravte nasycený fyziologický roztok. Kmen. Počkejte, až se na dně nádoby vytvoří krystalky soli. Vyberte ten největší. Svažte ho a ponořte do nového fyziologického roztoku.

Společně se svým dítětem si můžete doma vypěstovat skutečné „království“ krystalů, které se liší velikostí, tvarem a barvou. Mohou být zajímavou součástí výzdoby dětského pokoje.