Mi sono subito interessato all'argomento “cristalli”. I cristalli naturali hanno sempre suscitato la curiosità delle persone. Il loro colore, lucentezza e forma toccavano il senso umano della bellezza e le persone decoravano se stesse e le loro case con loro. Per molto tempo le superstizioni sono state associate ai cristalli; come gli amuleti, avrebbero dovuto non solo proteggere i loro proprietari dagli spiriti maligni, ma anche conferire loro potere poteri soprannaturali. Tutto naturale gemme, ad eccezione dell'opale, sono cristallini e molti di essi, come il diamante, il rubino, lo zaffiro e lo smeraldo, si trovano sotto forma di cristalli splendidamente tagliati.

Storia dello studio dei cristalli La storia più antica dell'umanità, persa nell'oscurità dei millenni, è chiamata Età della Pietra. Per uomo primitivo la pietra era sia un'arma che uno strumento. Gli antenati fabbricavano robusti martelli in basalto o giada. E dalla fragile selce o ossidiana con schegge affilate: coltelli, raschietti, punte di lancia e freccia, la cui durezza non è inferiore all'acciaio. Pietre trasparenti e luminose - gemme - hanno catturato l'immaginazione degli antichi, di cui hanno dotato queste pietre potere magico. È stata la pietra a fornirci scarse informazioni sulla cultura materiale e sulla vita delle persone dell'età della pietra. L'età della pietra lasciò il posto all'età dei metalli: rame, bronzo, ferro. Le gemme sono conosciute dall'uomo da almeno settemila anni. I primi erano l'ametista, il cristallo di rocca, l'ambra, il granato, la giada, il diaspro, il corallo, il lapislazzuli, le perle e il turchese.

Ho rivisto un gran numero di cristalli di salgemma. Ho scoperto che esistono cristalli di forma perfettamente regolare: piccoli e grandi. I cristalli sono come fratelli gemelli. La differenza è che il numero di volti di un tipo è diverso. Questa somiglianza è spiegata dalla legge di costanza degli angoli, scoperta da M.V. Lomonosov. Studiando le pietre preziose, ha trovato gli stessi angoli tra le loro facce. Due campioni di cristallo potrebbero non sembrare molto simili in apparenza, ma se la misurazione mostra che gli angoli tra le facce sono gli stessi, abbiamo a che fare con la stessa sostanza. La rifrazione della luce nei cristalli avviene allo stesso modo dell'acqua o del vetro. Quando la luce bianca viene rifratta in un cristallo, si decompone nei colori dell'arcobaleno, quindi i cristalli di diamante puro tagliati abilmente giocano con tutti i colori dell'arcobaleno.

Un cristallo si conserva allo stato solido sotto l'influenza delle forze che agiscono tra i suoi atomi costituenti. Queste forze sono chiamate legami atomici; potrebbero essere diversi. In molte sostanze inorganiche e nella maggior parte dei minerali usati come pietre preziose, il legame è ionico: i singoli atomi sono ionizzati e hanno una carica positiva o negativa, e i legami ionici risultano dall'attrazione tra ioni di cariche opposte e dalla repulsione tra ioni di carica simile. Ad esempio, nella fluorite, ogni ione calcio caricato positivamente è circondato da otto ioni fluoro caricati negativamente, disposti simmetricamente, come ai vertici di un cubo (Fig. 1); nei silicati ogni ione silicio è circondato da quattro ioni ossigeno; si forma un gruppo simile a un tetraedro. Il diamante, composto solo da atomi di carbonio, fornisce un esempio di un altro legame atomico: atomi simili sono collegati insieme da un legame omeopolare, o covalente, in cui gli atomi vicini condividono gli elettroni.

Il significato dei cristalli nella vita L'ho scoperto su Internet: se metti un cristallo di quarzo sotto il cofano di un'auto, i problemi al motore scompaiono. Si trovano cristalli di quarzo ampia applicazione. Assorbono un'energia e ne emettono un'altra. Se si fa passare una corrente elettrica attraverso un cristallo, la pietra vibrerà. Quando colpisci o schiacci il cristallo, emette luce e genera una corrente elettrica. In ogni caso, l'energia in uscita è diversa dall'energia in ingresso. Si è trasformata. Ogni cristallo ha un campo di forza unico che può stimolare lo sviluppo di tutto ciò che è spirituale e materiale, penetrando in esso, saturando e influenzando. È in grado di reagire, trasformarsi, rigenerarsi. I cristalli di quarzo stabilizzano il corpo emotivo, energizzando il corpo fisico. Promuovono i sogni e la meditazione, ci aiutano a sviluppare la nostra intuizione e sensibilità e migliorano la capacità del cervello di percepire e ricordare ciò che è noto.Il potenziale dei cristalli di quarzo è così vasto che a volte è estremamente difficile scegliere da dove iniziare a usarli.

ESPERIMENTI Coltivazione di cristalli di sale da cucina Cristalli di sale da cucina - il processo di coltivazione non richiede particolarità sostanze chimiche. Tutti abbiamo sale da cucina. Può anche essere chiamato pietra: tutto è uguale. I cristalli di sale da cucina NaCl sono cubetti trasparenti incolori. Diluire la soluzione di sale da cucina nel seguente modo: versare l'acqua in un contenitore (ad esempio un bicchiere) e metterlo in una pentola con acqua tiepida (non più di 50°C - 60°C). Certo, l'ideale è se l'acqua non contiene sali disciolti, ma nel nostro caso potete usare l'acqua del rubinetto. Versare il sale da cucina in un bicchiere e lasciare agire per 5 minuti, mescolando prima. Durante questo tempo il bicchiere d'acqua si scalderà e il sale si dissolverà. È consigliabile che la temperatura dell'acqua non scenda ancora. Quindi aggiungere altro sale e mescolare ancora. Ripetere questo passaggio finché il sale non si scioglie più e si deposita sul fondo del bicchiere. Abbiamo una soluzione salina satura. Scegli un cristallo di sale da cucina più grande che preferisci e posizionalo sul fondo di un bicchiere con una soluzione satura.

I cristalli di solfato di rame vengono coltivati ​​in modo simile al sale da cucina: prima viene preparata una soluzione salina satura, quindi il piccolo cristallo di sale di solfato di rame desiderato viene fatto cadere in questa soluzione. Se tutto è in ordine, continueremo. Se decidi di non versare la soluzione dal contenitore in cui originariamente è cresciuto il piccolo cristallo, appendi il cristallo in modo che non tocchi gli altri cristalli rimasti sul fondo, i cristalli vengono coltivati ​​non solo da soluzioni, ma anche da sali fusi. Un esempio lampante possono servire cristalli di zolfo gialli opachi a forma di rombo o prismi allungati. Ma soprattutto sconsiglio di lavorare con lo zolfo. Il gas prodotto durante la sua evaporazione è dannoso per la salute. La crescita delle singole facce cristalline può essere evitata. Per fare ciò, questi bordi devono essere applicati con una soluzione di vaselina o grasso.

Coltivazione di cristalli di rame: ora coltiviamo cristalli di rame rosso. Abbiamo bisogno di solfato di rame, sale da cucina, una piastra d'acciaio a forma di sezione del contenitore (perimetro leggermente più piccolo. Puoi usare limatura o bottoni d'acciaio), dove cresceranno i cristalli di rame, e un cerchio di carta assorbente a forma di la sezione. Quindi, metti un po' di solfato di rame sul fondo della bottiglia (preferibilmente in modo uniforme sull'area). Cospargete di sale da tavola e coprite il tutto con un cerchio di carta ritagliato. Posizionarci sopra una piastra di ferro (o riempirla con limatura di acciaio). Tutto questo insieme deve essere versato con una soluzione satura di sale da cucina (abbiamo preparato tale soluzione dal sale da cucina). Lasciare il contenitore per circa una settimana. Durante questo periodo cresceranno cristalli di rame rosso a forma di ago. Quando è in corso il processo di crescita, cercare di non spostare il contenitore ed è anche molto indesiderabile rimuovere i cristalli dalla soluzione.

Esperimento sperimentale 1 "Trovare la concentrazione ottimale della soluzione per la crescita dei cristalli di sale da cucina. Conclusione: Durante l'esperimento, ho scoperto: per far crescere un singolo cristallo di sale da cucina, sono necessari 50 ml di acqua e 30 g di sale. Per far crescere un bellissimo policristallo sono necessari 50 ml di acqua e 50 g di sale. Bicchieri Temperatura ambiente Volume d'acqua Massa di sale Osservazioni ml70 g Policristallo cresce più velocemente, forma cubica ml50 g Policristallo medio, forma cubica ml30 g Il cristallo singolo piccolo cresce più lentamente.

Esperimento sperimentale 2 “Trovare la temperatura ambiente ottimale per la crescita dei cristalli di sale da cucina” Conclusione: la temperatura ambiente ottimale per la crescita dei cristalli è di circa 23°C. Numeri del bicchiere Temperatura ambiente Volume d'acqua Massa salina Temperatura dell'acqua Osservazioni 1 25, vicino alla batteria 50 ml 30 g 20 Più grande 2 5, nel frigorifero 50 ml 30 g 20 Più piccolo 320, nella stanza 50 ml 30 g 20 Media

Esperimento sperimentale 3 “Confronto tra cristalli di solfato di rame e sale da cucina”. Numero di bicchiere Soluzione Temperatura dell'acqua Peso del sale Volume dell'acqua 1 Solfato di rame Sale da cucina Per far crescere un cristallo di solfato di rame, ho fatto quanto segue: Ho aggiunto cristalli di solfato di rame a 50 ml di acqua molto calda fino ad ottenere una soluzione satura (30 g) è stato ottenuto. Immerso in saturo soluzione calda cristallo su un filo di lana (filo con un “seme”) e posizionare la soluzione in un luogo caldo (l'acqua evapora e la soluzione è sempre satura). Conclusione: entro 7 giorni, in 1 bicchiere si è formato un cristallo di tinta bluastra, simmetrico, e in 2 bicchieri è cresciuto un cristallo bianco a forma di cubo. Per sostanze di diversa composizione chimica, i cristalli hanno forme diverse e differiscono in proprietà come simmetria, crescita, inoltre, gli angoli formati dalle facce corrispondenti nei cristalli di diverse sostanze saranno disuguali (secondo la legge di costanza degli angoli). Ma ci sono anche somiglianze, ad esempio entrambi i cristalli hanno un reticolo cristallino

Letteratura Fersman A.E. Saggi sulla storia della pietra. M. Casa editrice dell'Accademia delle scienze dell'URSS Vol. 1, 2, Godovikov A.A. Mineralogia. M., Nedra, Lebedinsky V.I. Nel meraviglioso mondo della pietra M., Sottosuolo, Corso facoltativo di fisica. 9° grado Un manuale per gli studenti. Ed. AV. Peryshkin e E.S. Kamenetsky. M., Istruzione, Kornilov N.I., Solodova Yu.P. Pietre per gioielli.M., Nedra Dizionario enciclopedico fisico. M.: Enciclopedia sovietica. Grande Enciclopedia del petrolio e del gas. "Fisica. La struttura della materia." Anno di A.E. Gurevich. "Corso facoltativo di fisica." Anno di A. V. Peryshkin.. Enciclopedia “Avanta +” Anno di fisica.. Universale enciclopedia scolastica per bambini anno "Avanta +". www. Venda. ru www. yandex. ru Enciclopedia “Avanta +” Anno di chimica. Grande Enciclopedia "Cirillo e Metodio" anno. "Voglio sapere tutto. Chimica divertente." Anno IA Leenson.

Bizzarre creazioni della natura, spesso affascinanti e accattivanti, che adornano le corone dei re. C'è la convinzione che alcuni di loro abbiano poteri magici miracolosi.

Vi presentiamo fatti interessanti sui cristalli

Tradotta dal greco, la parola "cristallo" significava "ghiaccio". Tuttavia, in seguito il cristallo acquisì un altro nome: cristallo di rocca. Gli scienziati presumevano che il cristallo di rocca si sarebbe sciolto con l'aumento della temperatura. Tuttavia, ciò non è mai accaduto. Il cristallo di rocca è dotato di un'altra caratteristica: è molto liscio e ha bordi piatti. Non troverai nulla di simile da nessun'altra parte.

Nei cristalli tutti gli atomi sono disposti in modo tale da formare una disposizione periodica tridimensionale. Pertanto, sulla superficie vediamo un reticolo cristallino.

I cristalli più grandi esistono in Messico, in due grotte. A una profondità di oltre 300 metri si trovano cristalli lunghi 10-15 m, costituiti da selenite - gesso trasparente.

Sapevi che i cristalli si riproducono e crescono in questo modo? Possono essere giustamente chiamati creature "viventi" della natura.

I cristalli possono formarsi di più varie forme.

E, nonostante ciò, la struttura interna del cristallo segue uno schema ciclico nel lavoro degli altri. Ciò è stato dimostrato dagli scienziati.

Sapevi che alcuni minerali presenti in natura possono formare cristalli? C’è solo un problema: puoi vederli solo attraverso una lente d’ingrandimento.

L'acqua è l'ingrediente più basilare per la formazione dei cristalli? Il cristallo è molto simile a un normale fiocco di neve di ghiaccio.

Esistono, oltre alla formazione naturale di cristalli, anche quelle artificiali. Oggi le persone che coltivano cristalli artificiali guadagnano molti soldi. Dopotutto, quelli "falsi" vengono utilizzati per realizzare pietre preziose come lo zaffiro e il rubino. E si tratta di milioni, se non miliardi.

Ci sono rappresentanti dei cristalli più grandi e più piccoli. Sono conservati in Austria nel Museo dei Mondi di Cristallo. Il più grande pesa più di 62 kg, il suo valore è stimato in 310mila carati. La versione minuscola del cristallo non raggiunge nemmeno il centimetro di diametro. Appartengono tutti alla nicchia Swarovski più famosa e sono elencati nel Guinness dei primati.

Oggi quasi tutti i cristalli esistenti vengono coltivati ​​artificialmente. In questo modo ottengono esattamente ciò di cui il consumatore finale ha bisogno. La produzione di cristalli è una delle attività più costose. E bellissimo.

Comunale Istituto d'Istruzione Liceo n. 6

Distretto Voroshilovskij

Concorso cittadino di formazione

lavoro di ricerca

"Io e la Terra" dal nome. IN E.

Vernadsky

I cristalli sono familiari e misteriosi.

Sezione fisica

Eseguito da: Berko Maria,

Nefedova Irina,

Volgograd

Introduzione…………………………..3

Parte principale

Storia dei cristalli e della cristallografia…………..5

Cosa sono i cristalli.................................................................7

Stato cristallino dei cristalli……………….....13

Sistemi cristallografici……………..................26

Applicazione dei cristalli…………………27

parte sperimentale

Far crescere un cristallo da solfato di rame e allume di potassio...29

Conclusione

Rilevanza. Oggetto e soggetto. Problema.

Nella scelta dell’argomento siamo partiti dalla parte pratica: “Coltivare i cristalli”. Dopo aver analizzato la teoria dell'esperienza, ci siamo interessati all'argomento prescelto e abbiamo deciso di conoscere più in dettaglio i cristalli e il loro utilizzo nel mondo moderno.

I cristalli naturali hanno sempre suscitato la curiosità delle persone. Il loro colore, lucentezza e forma toccavano il senso umano della bellezza e le persone decoravano se stesse e le loro case con loro. C'erano superstizioni associate ai cristalli; come gli amuleti, avrebbero dovuto non solo proteggere i loro proprietari dagli spiriti maligni, ma anche dotarli di abilità soprannaturali. Successivamente, quando gli stessi minerali iniziarono a essere tagliati e lucidati come pietre preziose, molte superstizioni furono conservate nei talismani “portafortuna” e nelle “pietre proprie” corrispondenti al mese di nascita. Tutte le pietre preziose naturali, tranne l'opale, sono cristalline e molte di esse, come il diamante, il rubino, lo zaffiro e lo smeraldo, si trovano come cristalli splendidamente tagliati. I gioielli in cristallo sono popolari oggi come lo erano durante il periodo neolitico. Oggi i cristalli, oltre alle loro proprietà seduttive, hanno trovato una vastissima applicazione nella scienza e nella tecnologia: semiconduttori, prismi e lenti per dispositivi ottici, laser a stato solido, piezoelettrici, ferroelettrici, cristalli ottici ed elettro-ottici, ferromagneti e ferriti , cristalli singoli di metalli di elevata purezza.

Molti scienziati che hanno dato un grande contributo allo sviluppo della chimica e della mineralogia hanno iniziato i loro primi esperimenti con la crescita dei cristalli, cercando di capire come si formano.

E abbiamo deciso di iniziare il nostro lavoro di ricerca, fissandoci un obiettivo: ottenere in casa cristalli di varie sostanze.

Obiettivi dello studio

1) Coltiva i cristalli della forma corretta a casa

Compiti ricerca

1) Conoscere la storia della scoperta dei cristalli

2) Comprendere la necessità dell'uso dei cristalli nel mondo moderno

3) Investigare le proprietà e la struttura dei cristalli

4) Scopri dove i cristalli sono ampiamente utilizzati

5) Trarre conclusioni sulla base del lavoro svolto.

Problemi industriali

1) I cristalli impiegano molto tempo per crescere

2) Alcuni cristalli sono costosi da produrre (diamante, rubino)

3) È difficile far crescere un cristallo della forma corretta

Metodi di ricerca

1) Metodo di ricerca

2) Metodo sperimentale

1. Storia dell'aspetto dei cristalli.

Cristallografia.

Il cristallo (dal greco krystallos - "ghiaccio trasparente") era originariamente chiamato quarzo trasparente (cristallo di rocca), trovato nelle Alpi. Il cristallo di rocca veniva scambiato per ghiaccio, indurito dal freddo a tal punto da non sciogliersi più. Inizialmente la caratteristica principale di un cristallo era la sua trasparenza, e questa parola veniva usata per indicare tutti i solidi naturali trasparenti. Successivamente iniziarono a produrre vetro, che non era inferiore in brillantezza e trasparenza alle sostanze naturali. Gli oggetti realizzati con tale vetro erano anche chiamati “cristallo”. Ancora oggi il vetro di particolare trasparenza è chiamato cristallo e la sfera “magica” degli indovini è chiamata sfera di cristallo.

Una caratteristica sorprendente del cristallo di rocca e di molti altri minerali trasparenti sono i bordi lisci e piatti. Alla fine del XVII secolo. si è notato che c'è una certa simmetria nella loro disposizione. Si è inoltre riscontrato che alcuni minerali opachi presentano anche un taglio naturale regolare e che la forma del taglio è caratteristica di un particolare minerale. È nata l'ipotesi che la forma potesse essere correlata alla struttura interna. Alla fine, i cristalli vennero chiamati tutti i solidi che hanno un taglio naturalmente piatto.

Una pietra miliare notevole nella storia della cristallografia fu un libro scritto nel 1784 dall'abate francese R. Gaüy. Ha ipotizzato che di conseguenza si formino cristalli corretta installazione minuscole particelle identiche, che chiamò “blocchi molecolari”. Haüy ha mostrato come si possano ottenere bordi lisci e piatti di calcite ponendo tali “mattoni”. Ha spiegato le differenze nella forma delle diverse sostanze con la differenza sia nella forma dei “mattoni” che nel modo in cui erano posati.

Sin dai tempi di Haüy, è stata accettata come ipotesi che la forma regolare di un cristallo rifletta una disposizione interna ordinata delle particelle, ma ciò fu confermato solo nel 1912, quando M. von Laue a Monaco stabilì che i raggi X si diffrangono piani atomici all'interno del cristallo. Cadendo su una lastra fotografica, i raggi diffratti creano su di essa un motivo geometrico di macchie scure. Sulla base della posizione e dell'intensità di tali punti, è possibile calcolare la dimensione di un'unità strutturale e determinare la posizione degli atomi in essa contenuti.

Tenendo presente la possibilità di studiare direttamente la struttura interna, molti coinvolti nella cristallografia iniziarono ad usare il termine “cristallo” per applicarlo a tutti i solidi con una struttura interna ordinata. Abbiamo solo bisogno condizioni favorevoli, credevano, in modo che l'ordine interno si manifestasse sotto forma di un taglio esterno regolare. Alcuni scienziati preferiscono chiamare “cristallini” i solidi senza un ordine interno manifestato esternamente e con “cristalli” si intende, come avveniva una volta, solidi con una sfaccettatura naturale.

1.1 Cristallografia ottica.

Le loro proprietà ottiche sono di grande importanza nella descrizione e nell'identificazione dei cristalli. Quando la luce colpisce un cristallo trasparente, viene parzialmente riflessa e parzialmente trasmessa nel cristallo. La luce riflessa dal cristallo gli conferisce lucentezza e colore, e la luce che passa nel cristallo crea effetti determinati dalle sue proprietà ottiche

2. Cosa sono i cristalli?

I cristalli sono solidi che hanno la forma naturale dei poliedri regolari. La corretta forma dei cristalli è una conseguenza della disposizione ordinata delle particelle da cui sono composti: atomi, molecole, ioni. Queste particelle sono disposte in un ordine rigoroso “come soldati in formazione” (a differenza delle particelle presenti nei gas, nei liquidi e nei solidi amorfi). L'ordine delle particelle determina la forma del cristallo: cubo, prisma, ottaedro o altro poliedro.

Riso. 1 forme di cristallo

I cristalli singoli di grandi dimensioni sono rari. La maggior parte delle sostanze con struttura cristallina formano tanti piccoli cristalli fusi, disposti in modo caotico, a volte visibili solo al microscopio, e vengono quindi chiamati policristalli (metalli, leghe, molte rocce).

Le proprietà fisiche dei singoli cristalli (monocristalli) - come conduttività termica, conduttività elettrica, elasticità, resistenza - differiscono in diverse direzioni (a differenza dei corpi policristallini e amorfi).

I minerali naturali sono solitamente descritti dalle seguenti proprietà: formula chimica e classe, colore, tipo di reticolo cristallino o sintonia, durezza, lucentezza, densità, caratteristica colore.

La durezza viene misurata su una scala Mohs a dieci punti. Il talco minerale ha la durezza più bassa, preso come uno. Il diamante ha la durezza più alta, è pari a 10. Se graffi due minerali l'uno contro l'altro, quello più duro lascia un graffio su quello meno duro: ecco come vengono confrontati i minerali in base alla durezza. (La durezza di un'unghia umana è 2 - 2,5, quindi puoi determinare rapidamente se la durezza di un dato materiale o minerale è maggiore o minore di "due".

La lucentezza di un minerale può essere metallica, metallica, vetrosa, diamantata, opaca, cerosa, perlescente, setosa, resinosa o grassa.

Il colore della linea viene determinato facendo passare il minerale su un piatto di porcellana grezza (detto biscotto). I minerali sono descritti anche da altre proprietà: trasparenza, frattura, sfaldamento, magnetismo, indice di rifrazione.

· Ingegneria elettrica, ingegneria elettrica" ​​href="/text/category/yelektroyenergetika__yelektrotehnika/" rel="bookmark">ingegneria elettrica.

· Pirite - pirite di zolfo

· Formula: FeS2

Classe: solfuri

Colore: dorato chiaro

Singoni: cubica

Durezza: 6-6,5

Densità (g/cm3): 4,95-5,10

· Lucentezza: metallizzata fig. 3 Pirite

Colore caratteristico: nero-verdastro, marrone-nero

Il nome del minerale deriva dalla parola greca che significa “simile al fuoco” per la sua capacità di creare scintille quando viene colpito. Viene anche chiamato “l'oro degli stolti” per la sua somiglianza con l'oro. Nell'antica India, i cristalli di pirite venivano indossati come amuleto per proteggersi dall'attacco di un coccodrillo.

Aragonite - carbonato di calcio, un tipo duro di calcite

Formula: CaCO3

Classe: carbonati

· Colore: bianco, grigio, giallo pallido, verde, blu, viola, nero

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Nel 1669, il professore dell'Università di Copenaghen E. Bartholin scoprì che un raggio di luce che cade perpendicolarmente sulla superficie di un cristallo di spato islandese è diviso in due raggi: un raggio continua il suo percorso senza cambiare direzione ed è chiamato ordinario, e l'altro viene deviato, violando la consueta legge di rifrazione della luce, e chiamato straordinario. Se posizioniamo un cristallo di spato islandese su un foglio di carta con un'immagine o un testo, vedremo un'immagine divisa. (*Puoi posizionarlo immediatamente su un pezzo di carta con del testo). Il longarone islandese è ampiamente utilizzato nella strumentazione ottica per la produzione di prismi polarizzatori. I più grandi giacimenti mondiali di longarone islandese si trovano in Russia, nella regione della Bassa Tunguska.

Viene utilizzato come minerale per ottenere il vanadio, necessario per la produzione dell'acciaio perforante.

Oltre agli esempi di cristalli presentati sopra, esistono numerosi altri minerali con una struttura cristallina visibile: quarzo, salgemma, fluorite, tormalina, dolomite, cianite, celestite, ecc.

Insieme ai cristalli, per il confronto possono essere messi a confronto minerali di struttura amorfa, ad esempio ambra, ossidiana. Se si presenta una rara opportunità di acquisire tectite, dovresti approfittarne anche tu. Le tectiti rimangono le più misteriose tra tutte le pietre mai trovate sulla Terra; non esiste un'ipotesi generalmente accettata sulla loro origine. Una delle ipotesi dice che devono la loro nascita ai corpi celesti, sebbene siano costituiti dalla sostanza del nostro pianeta. Milioni di anni fa, la Terra fu bombardata da grandi meteoriti e asteroidi. Quando un grande meteorite entrò in collisione con la superficie della Terra, si verificò un'esplosione, le rocce della terra si sciolsero, disperdendosi ai lati e si formarono corpi di vetro aerodinamici di colore giallo, verde e nero. Ma questa è solo un’ipotesi, anche se la più plausibile. Ci sono ipotesi sull'origine cometaria delle tectiti, sulla comparsa delle tectiti durante l'atterraggio di navi aliene e quando la Terra si scontra con grumi di materia neutronica super densa.

2.1. Cristalli artificiali.

Da molto tempo l'uomo sogna di sintetizzare pietre preziose come quelle presenti in natura. Fino al 20° secolo tali tentativi non hanno avuto successo. Ma nel 1902 fu possibile ottenere rubini e zaffiri che hanno le proprietà delle pietre naturali. Successivamente, alla fine degli anni '40, furono sintetizzati gli smeraldi e nel 1955 la General Electric e l'Istituto di fisica dell'Accademia delle scienze dell'URSS segnalarono la produzione di diamanti artificiali.

Molte esigenze tecnologiche per i cristalli hanno stimolato la ricerca sui metodi per coltivare cristalli con proprietà chimiche, fisiche ed elettriche predeterminate. Gli sforzi dei ricercatori non sono stati vani e sono stati trovati metodi per far crescere grandi cristalli di centinaia di sostanze, molte delle quali non hanno analoghi naturali. In laboratorio, i cristalli vengono coltivati ​​in condizioni attentamente controllate per garantire le proprietà desiderate, ma in linea di principio i cristalli di laboratorio si formano come in natura: da una soluzione, fusione o vapore. Pertanto, i cristalli piezoelettrici del sale di Rochelle vengono coltivati ​​da una soluzione acquosa a pressione atmosferica. Dalla soluzione vengono coltivati ​​anche grandi cristalli di quarzo ottico, ma a temperature di 350–450°C e a una pressione di 140 MPa. I rubini vengono sintetizzati a pressione atmosferica da polvere di ossido di alluminio, fusa ad una temperatura di 2050°C. I cristalli di carburo di silicio, utilizzati come abrasivo, si ottengono dai vapori in un forno elettrico.

3. Stato cristallino.

Gli atomi che compongono gas, liquidi e solidi hanno vari gradi ordine. In un gas ci sono atomi e piccoli gruppi gli atomi collegati nelle molecole sono in costante movimento casuale. Se si raffredda un gas, si raggiunge una temperatura alla quale le molecole si avvicinano il più possibile l'una all'altra e si forma un liquido. Ma gli atomi e le molecole di un liquido possono comunque scivolare l'uno rispetto all'altro. Quando alcuni liquidi, come l'acqua, vengono raffreddati, viene raggiunta una temperatura alla quale le molecole si congelano in uno stato cristallino relativamente immobile. Questa temperatura, che è diversa per tutti i liquidi, è chiamata punto di congelamento. (L'acqua congela a 0° C; in questo caso le molecole d'acqua si combinano tra loro in modo ordinato, formando un figura geometrica.) Ogni particella di una sostanza (atomo o molecola) allo stato cristallino ha lo stesso ambiente di qualsiasi altra particella dello stesso tipo nell'intero cristallo. In altre parole, è circondato da particelle molto specifiche situate a distanze molto specifiche da esso. È questa disposizione tridimensionale ordinata che caratterizza i cristalli e li distingue dagli altri solidi.

3.1. Formazione di cristalli.

In generale, i cristalli si formano in tre modi: dalla fusione, dalla soluzione e dal vapore. Un esempio di cristallizzazione da fusione è la formazione di ghiaccio dall'acqua, poiché l'acqua, in sostanza, non è altro che ghiaccio fuso. La cristallizzazione da una fusione comprende anche il processo di formazione rocce vulcaniche. Il magma che penetra nelle fessure della crosta terrestre o viene espulso sotto forma di lava sulla sua superficie contiene molti elementi in uno stato disordinato. Quando il magma o la lava si raffreddano, atomi e ioni di diversi elementi vengono attratti l'uno dall'altro, formando cristalli di minerali diversi. In tali condizioni compaiono molti nuclei cristallini. Aumentando di dimensioni, si impediscono a vicenda di crescere e quindi raramente si formano bordi esterni lisci.

In natura, i cristalli si formano anche da soluzioni, come esemplificato da centinaia di milioni di tonnellate di sale caduto dall'acqua di mare. Questo processo può essere dimostrato in laboratorio con una soluzione acquosa di cloruro di sodio. Se si lascia evaporare lentamente l'acqua, la soluzione finirà per saturarsi e l'ulteriore evaporazione rilascerà sale. Gli ioni sodio caricati positivamente attraggono ioni cloro caricati negativamente, determinando la formazione di un nucleo cristallino di cloruro di sodio che viene rilasciato dalla soluzione. Con l'ulteriore evaporazione, altri ioni si attaccano al nucleo precedentemente formato e cresce gradualmente un cristallo con il caratteristico ordine interno e bordi esterni lisci.

I cristalli si formano anche direttamente dal vapore o dal gas. Quando un gas viene raffreddato, le forze attrattive elettriche uniscono gli atomi o le molecole in un solido cristallino. Ecco come si formano i fiocchi di neve; l'aria contenente umidità si raffredda e i fiocchi di neve di una forma o dell'altra crescono direttamente da essa.

3.2. Forme di cristallo.

Anche se a prima vista tutte le sfaccettature che definiscono la forma di un cristallo possono sembrare uguali, dopo un attento esame si rivelano sottili differenze. Questi possono includere differenze di brillantezza, irregolarità di crescita, difetti di incisione o bande. Tuttavia, alcuni bordi risultano essere esattamente gli stessi. Tali facce sono costituite da atomi identici e disposti in modo identico e corrispondono ad una specifica forma cristallina. La distribuzione di facce di forme diverse rivela simmetria, poiché tutte le facce della stessa forma hanno la stessa relazione con l'elemento di simmetria. Alcuni cristalli hanno facce di una sola forma, mentre altri hanno facce di molte forme. Nella fig. La Figura 1 mostra tre diverse forme del sistema cubico.

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Riso. 7. Forme cristalline del sistema cubico. a – cubo; b – ottaedro; c – dodecaedro; d – una combinazione di cubo, ottaedro e dodecaedro.

3.3 Struttura cristallina.

Un cristallo è un reticolo tridimensionale regolare composto da atomi o molecole. La struttura di un cristallo è la disposizione spaziale dei suoi atomi (o molecole). La geometria di questa disposizione è simile a un motivo su carta da parati, in cui l'elemento principale del motivo viene ripetuto più volte. Punti identici possono essere posizionati su un piano in cinque diversi modi, consentendo ripetizioni infinite. Per quanto riguarda lo spazio, ci sono 14 modi di disporre punti identici, soddisfacendo il requisito che ciascuno di essi abbia lo stesso ambiente. Si tratta di reticoli spaziali, detti anche reticoli di Bravais dal nome dello scienziato francese O. Bravais, che nel 1848 dimostrò che il numero di possibili reticoli di questo tipo è 14.

Il requisito che ciascun sito del reticolo abbia lo stesso ambiente atomico, applicato ai cristalli, impone restrizioni sull'elemento base della struttura stessa. Se ripetuto, dovrebbe riempire l'intero spazio, senza lasciare nodi vuoti. Si è scoperto che ci sono solo 32 opzioni per la disposizione degli oggetti attorno a un certo punto (ad esempio, gli atomi attorno a un sito reticolare) che soddisfano questo requisito. Questi sono i cosiddetti 32 gruppi spaziali. Combinati con 14 griglie spaziali, forniscono 230 possibili disposizioni degli oggetti nello spazio, chiamati gruppi spaziali. Poiché la struttura di un cristallo è determinata non solo dalla disposizione spaziale degli atomi, ma anche dal loro tipo, il numero di strutture è molto elevato.

Comuni a tutti i cristalli sono 14 reticoli spaziali, le cellule più piccole che formano la forma. La cella unitaria di qualsiasi cristallo è simile a uno di essi, ma le sue dimensioni sono determinate dalla dimensione, dal numero e dalla disposizione degli atomi. Una cella elementare a forma di parallelepipedo è, in generale, simile al “mattone” di Haüy, cioè all’elemento base, la cui ripetizione forma un cristallo. L'analisi a raggi X consente di determinare con grande precisione la lunghezza dei lati della cellula e gli angoli tra i lati. Le celle unitarie sono molto piccole e dell'ordine di un nanometro (10–9 m). Il lato della cella unitaria cubica del cloruro di sodio è 0,56 nm. Pertanto, un minuscolo granello di normale sale da cucina contiene circa un milione di cellule elementari, impilate una accanto all'altra.

Con il metodo di diffrazione raggi X(radiografia) è possibile determinare non solo le dimensioni assolute della cella elementare, ma anche il gruppo spaziale e perfino la disposizione degli atomi nello spazio, cioè la struttura del cristallo. Anche i metodi di diffrazione elettronica (elettronografia), diffrazione di neutroni (neutronografia) e spettroscopia infrarossa hanno svolto un ruolo importante nello studio delle strutture cristalline.

3.4. Morfologia dei cristalli.

I cristalli hanno una certa simmetria interna che non si trova in un grano informe. La simmetria dei cristalli riceve espressione esterna solo quando viene loro permesso di crescere liberamente senza alcuna interferenza. Ma anche i cristalli ben organizzati raramente hanno una forma perfetta, e non esistono due cristalli esattamente uguali.

La forma di un cristallo dipende da molti fattori, uno dei quali è la forma della cella unitaria. Se un tale "mattone" viene ripetuto lo stesso numero di volte parallelamente a ciascuno dei suoi lati, si otterrà un cristallo, la cui forma e dimensioni relative sono esattamente le stesse della cella unitaria. Un'immagine simile a questa è caratteristica di molte sostanze cristalline. Ma la forma è influenzata anche da fattori quali temperatura, pressione, purezza, concentrazione e direzione del movimento della soluzione. Pertanto, i cristalli della stessa sostanza possono presentare un'ampia varietà di forme. La differenza di forma è dovuta a come vengono posati esattamente gli stessi “mattoni”.

L’analogia tra celle unitarie e mattoni è molto utile. Posando i mattoni in modo che i rispettivi lati siano paralleli, è possibile costruire un muro la cui lunghezza, altezza e spessore dipenderanno solo dal numero di mattoni posati in questa direzione. Se dentro in un certo ordine rimuovi i mattoni, quindi puoi ottenere rampe di scale in miniatura con una pendenza a seconda del rapporto tra il numero di mattoni nell'alzata e la pedata delle scale. Se metti un righello su una scala di questo tipo, formerà un angolo determinato dalla dimensione del mattone e dal metodo di posa. Gli angoli di inclinazione x e y sono simmetrici indipendentemente dalle lunghezze relative s ed f.

Allo stesso modo, un cristallo può assumere una forma o un'altra se si saltano alcune righe o gruppi di celle elementari in un ordine strettamente definito. I bordi obliqui del cristallo sono come scale fatte di mattoni, ma qui i “mattoni” sono così piccoli che i bordi del cristallo sembrano superfici lisce. Gli angoli tra le facce corrispondenti del cristallo sono costanti, indipendentemente dalla sua dimensione. Questa venne stabilita nel 1669 dal danese N. Steno utilizzando l'esempio dei cristalli di quarzo. Pertanto, ha dimostrato che la forma è una caratteristica di una sostanza cristallina. È ormai noto che la forma di un cristallo dipende dalla dimensione e dalla forma della cella unitaria, e la posizione di Stenone ha assunto la forma generalizzata di una legge secondo la quale gli angoli tra facce corrispondenti di cristalli della stessa sostanza sono costanti.

La dimensione e la forma delle facce variano da cristallo a cristallo. Tuttavia, esiste una certa simmetria esterna inerente a tutti i cristalli ben tagliati. Si rivela nella ripetizione degli angoli e nella somiglianza dei bordi, identici in termini di aspetto, difetti di incisione e caratteristiche di crescita. Se un cristallo ha una forma quasi perfetta, anche le sue facce simmetriche sono simili per dimensioni e forma.

Prima dell'avvento della cristallografia a raggi X, il compito più importante di chi si occupava di cristallografia era misurare gli angoli tra le facce dei cristalli. Disegnando le facce dei cristalli in proiezione stereografica o gnomonica sulla base di tali misurazioni angolari, è possibile rivelare la disposizione simmetrica delle facce indipendentemente dalla dimensione e dalla forma. Da tale proiezione è possibile calcolare le relazioni assiali e quindi disegnare un cristallo.

3.5. Indice di rifrazione.

Quando un fascio di luce inclinato passa dall'aria in un cristallo, la sua velocità di propagazione diminuisce; il raggio incidente viene deviato o rifratto. Maggiore è la densità del cristallo e maggiore è l'angolo di incidenza del fascio (i), maggiore è l'angolo di rifrazione (r). Il rapporto tra sin i e sin r è un valore costante. Questo di solito è scritto come sin i/sin r = n; la costante n è chiamata indice di rifrazione. Questa è la proprietà ottica più importante di un cristallo e può essere misurata in modo molto accurato.

Dal punto di vista ottico tutte le sostanze trasparenti possono essere divise in due gruppi: isotrope e anisotrope. Le sostanze isotrope includono cristalli del sistema cubico e sostanze non cristalline, come il vetro. Nelle sostanze isotrope la luce viaggia in tutte le direzioni alla stessa velocità e quindi tali sostanze sono caratterizzate dallo stesso indice di rifrazione. Il gruppo delle sostanze anisotrope è costituito da cristalli di tutti gli altri sistemi cristallografici. Nelle sostanze di questo gruppo, la velocità della luce, e quindi l'indice di rifrazione, cambia continuamente quando ci si sposta da una direzione cristallografica all'altra. Quando la luce entra in un cristallo anisotropo, si divide in due fasci che oscillano ad angolo retto tra loro e viaggiano a velocità diverse. Questo fenomeno è chiamato birifrangenza; Ogni cristallo anisotropo è caratterizzato da due indici di rifrazione. Per i cristalli esagonali e tetragonali vengono indicati gli indici di rifrazione massimo e minimo, cioè “principali”. Uno di questi principali indici di rifrazione corrisponde ad un raggio di luce che vibra parallelamente all'asse c, e l'altro a un raggio di luce che vibra perpendicolarmente a questo asse. Nei cristalli ortorombici, monoclini e triclini esistono tre indici di rifrazione principali: massimo, minimo e intermedio, determinati dai raggi luminosi che vibrano in tre direzioni reciprocamente perpendicolari.

Poiché gli indici di rifrazione dipendono dalla composizione chimica e dalla struttura del materiale, sono quantità caratteristiche per ogni solido cristallino e la loro misurazione serve metodo efficace la sua identificazione. Utilizzando un semplice rifrattometro, un gioielliere o uno specialista di pietre preziose può misurare l'indice di rifrazione di una pietra preziosa senza rimuoverla dalla sua montatura. Usando un microscopio polarizzatore, un mineralogista senza manodopera speciale determina il tipo di minerale misurandone gli indici di rifrazione e altre caratteristiche ottiche su piccoli grani. Pleocroismo. Nei cristalli anisotropi, la luce che oscilla in diverse direzioni cristallografiche può essere assorbita in modo diverso. Una delle possibili conseguenze di questo fenomeno, chiamato pleocroismo, è un cambiamento nel colore del cristallo quando cambia la direzione della vibrazione. In altri cristalli, la luce che oscilla in una direzione cristallografica può propagarsi quasi senza perdita di intensità e ad angolo retto rispetto ad essa può essere assorbita quasi completamente. L'azione dei filtri polarizzatori come Polaroid si basa sulle differenze nell'assorbimento della luce da parte di sottili cristalli orientati.

3.6. Elementi di simmetria.

Molto prima che i 32 tipi di disposizioni simmetriche dei gruppi puntuali fossero determinati con metodi a raggi X, essi venivano identificati studiando la morfologia, cioè la forma e la struttura dei cristalli. In base al tipo e alla posizione delle facce, nonché agli angoli tra di esse, i cristalli sono stati assegnati a una delle 32 classi cristallografiche. Pertanto, gruppi spaziali e classi cristallografiche sono sinonimi e ci sono tre elementi principali di simmetria: piano, asse e centro.

3.7. Piano di simmetria.

Molti oggetti a noi ben noti hanno simmetria rispetto a un piano. Ad esempio, una sedia o un tavolo possono essere immaginati divisi in due parti identiche. Allo stesso modo, il piano di simmetria divide il cristallo in due parti, ciascuna delle quali è l'immagine speculare dell'altra. (Il piano di simmetria è talvolta chiamato piano dello specchio.)

3.8. Asse di simmetria.

Un asse di simmetria è una linea retta immaginaria attorno alla quale, ruotando parte di un giro completo, un oggetto può essere portato in coincidenza con se stesso. Nei cristalli sono possibili solo cinque tipi di simmetria assiale: 1° ordine (equivalente a nessuna rotazione), 2° ordine (ripetizione fino a 180), 3° ordine (ripetizione fino a 120), 4° ordine (ripetizione fino a 90) e 6° ordine (ripetizione fino a 90) dopo i 60).

3.9. Centro di simmetria.

Un cristallo ha un centro di simmetria se una qualsiasi linea retta tracciata mentalmente attraverso di esso sui lati opposti della superficie del cristallo passa attraverso punti identici. Pertanto, sui lati opposti del cristallo ci sono facce, bordi e angoli identici.

Ci sono 32 possibili combinazioni di piani, assi e centri di simmetria nei cristalli; ciascuna di queste combinazioni determina la classe cristallografica. Una classe non ha simmetria; si dice che abbia un asse di rotazione del 1° ordine.

3.10. Signolie.

Le classi cristallografiche, o tipi di simmetria, sono combinati in raggruppamenti più grandi chiamati sistemi o singonie. Ci sono sette di queste singoni:

Tabella 1

Ogni sistema cristallino comprende cristalli che hanno la stessa disposizione degli assi cristallografici e gli stessi elementi di simmetria.
La singonia è un'influenza di tipi di simmetria che hanno uno o più elementi di simmetria identici e hanno la stessa disposizione degli assi cristallografici.

Sistema cubico. I cristalli più simmetrici cristallizzano in questo sistema. Nel sistema cubico esiste più di un asse di simmetria superiore al secondo ordine, cioè L3 o L4. I cristalli cubici devono necessariamente avere quattro assi del terzo ordine (4L3) e, inoltre, tre assi del quarto ordine tra loro perpendicolari (3L4) o tre assi del secondo ordine (3L2).
Il numero massimo di elementi di simmetria nel sistema cubico può essere espresso dalla formula 3L4 4L36L29PC. I cristalli del sistema cubico si trovano sotto forma di un cubo ottaedrico, un cubo tetraedrico, un dodecaedro rombico, un dodecaedro pentagonale, ecc.

Riso. 8 cristalli cubici di Signolia:

1- cubo (pirite, torianite, galena, fluorite, perovskite); 2- cubottaedro (galena); 3 – ottaedro (oro, cromite, magnetite, spinello); 4-rombododecaedro (oro, granato); 5- tetragono - triottaedro (granato, leucite); 6 – combinazione di due tetraedri (sfalerite); 7- pentagono-dodecaedro (pirite, granato); 8- esaedro (diamante); 9 – gemello del cubo germinativo (pirite, turkanite, fluorite)

Singoni della categoria media. Questo gruppo unisce cristalli che hanno un solo asse di simmetria di ordine superiore al secondo. La categoria centrale comprende i sistemi esagonale, tetragonale e trigonale. Il sistema esagonale è caratterizzato dalla presenza di un asse di simmetria di sesto ordine (L6). Il numero massimo di elementi di simmetria può essere il seguente" L56L27PC. I cristalli del sistema esagonale formano prismi, piramidi, dipiramidi, ecc.

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Riso. 10 cristalli di Segnilia tetragale:

1- bipiramide tetragonale (anatasio, zircone, xenotime); 2-anatasio; 3- combinazione di un prisma tetragonale con una bipiramide tetragonale (zircone, brookite); 4- combinazione di una bipiramide e due prismi (xenotime, rutilo, zircone);

5- combinazione di due prismi con un bipiramide (vesuviano, zircone); 6- combinazione di due prismi tetragonali e un bipiramide con un pinacoide (vesuviano); 7- combinazione di due prismi con due bipiramidi (cassiterite); 8- gemello di cassiterite; 9,10 - wulfenite, 11 - scheelite.

4. Sistemi cristallografici.

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Riso. 11-2 7 modi diversi di disposizione ordinata di punti identici nello spazio.

Nella fig. La Figura 11 mostra sette celle base della griglia di forme diverse. I reticoli romboedrici ed esagonali sono definiti dagli stessi assi. Pertanto, con simmetrie di gruppi di 32 punti, ci sono solo sei forme di cella unitaria di base. Secondo la forma dell'unità “costruttiva” di base, le 32 classi cristallografiche sono suddivise in sei sistemi cristallografici. Ogni sistema cristallografico ha il proprio sistema di coordinate, che determina la cella unitaria e, di conseguenza, le facce del cristallo. Nella fig. 11 questi sono i lati a, b e c della cella unitaria. È consuetudine denotare il lato verticale con c, il lato orizzontale nel piano di disegno con b e il lato orizzontale perpendicolare al piano di disegno con a. Le linee rette su cui giacciono questi lati servono come linee di riferimento e sono chiamate assi cristallografici. L'angolo tra b e c è indicato con a, tra a e c - b, e tra a e b - g. I nomi dei sistemi cristallografici, le relative lunghezze e le relazioni angolari tra i corrispondenti assi cristallografici sono i seguenti:

Triclinico: a No. b No. c, a No. b No. g.

Monoclino: a No. b No. c, a = g = 90°, b > 90°.

Ortorombico: a No. b No. c, a = b = g = 90°.

Tetragonale: a = b n. c, a = b = g = 90°. Poiché a e b in questo sistema sono uguali ed equivalenti, vengono solitamente indicati con a1, a2. Il lato c può essere più grande o più piccolo di a.

Esagonale: a = b n. c, a = b = 90°, g = 120°. La cella unitaria dei cristalli esagonali è solitamente considerata tripla ed è definita da tre assi orizzontali a1, a2, a3, che formano tra loro un angolo di 120° e di 90° con l'asse convenzionalmente verticale c.

Cubico (isometrico): a = b = c, a = b = g = 90°.

Nella fig. La figura 1 mostra le varie forme che possono avere i cristalli, appartenenti a diversi sistemi cristallografici.

5. Applicazione dei cristalli.

I cristalli hanno trovato grande applicazione nell'ottica. Basandosi sulle leggi dell'ottica, gli scienziati stavano cercando un minerale trasparente, incolore e privo di difetti da cui si potessero realizzare lenti mediante molatura e lucidatura. I cristalli di quarzo non colorati hanno le proprietà ottiche e meccaniche necessarie e con essi sono state realizzate le prime lenti, comprese quelle per occhiali. Anche dopo l'avvento dell'artificiale vetro ottico la necessità dei cristalli non è del tutto scomparsa; cristalli di quarzo, calcite e altre sostanze trasparenti che trasmettono radiazioni ultraviolette e infrarosse sono ancora utilizzati per realizzare prismi e lenti per dispositivi ottici.

I cristalli suonavano ruolo importante in molte innovazioni tecniche del XX secolo. Alcuni cristalli generano una carica elettrica quando deformati. La loro prima applicazione significativa fu la produzione di oscillatori a radiofrequenza stabilizzati da cristalli di quarzo. Facendo vibrare una lastra di quarzo nel campo elettrico di un circuito oscillatorio a radiofrequenza, è possibile stabilizzare la frequenza di ricezione o trasmissione.

I dispositivi a semiconduttore, che hanno rivoluzionato l'elettronica, sono costituiti da sostanze cristalline, principalmente silicio e germanio. In questo caso, le impurità leganti introdotte nel reticolo cristallino svolgono un ruolo importante. I diodi a semiconduttore sono utilizzati nei computer e nei sistemi di comunicazione, i transistor hanno sostituito i tubi a vuoto nell'ingegneria radiofonica e pannelli solari, posto sulla superficie esterna della navicella spaziale, si trasforma energia solare a elettrico. I semiconduttori sono ampiamente utilizzati anche nei convertitori AC-DC.

I cristalli vengono utilizzati anche in alcuni maser per amplificare le onde a microonde e nei laser per amplificare le onde luminose. I cristalli con proprietà piezoelettriche vengono utilizzati nei ricevitori e trasmettitori radio, nelle testine di rilevamento e nei sonar. Alcuni cristalli modulano i raggi luminosi, mentre altri generano luce sotto l'influenza di una tensione applicata. L'elenco degli usi dei cristalli è già piuttosto lungo ed è in costante crescita.

Parte pratica.

Crescere un cristallo da solfato di rame e allume di potassio.

Per far crescere un cristallo di solfato di rame, devi prima preparare una soluzione supersatura: mescola acqua calda la quantità di solfato di rame necessaria affinché questa sostanza non “si adatti”. Successivamente, attraverso un canovaccio piegato a metà, occorre filtrare la soluzione in un altro barattolo. Il giorno successivo, sul fondo del barattolo con la soluzione si formano piccoli cristalli di una sostanza, il seme. Devi scegliere un seme della forma corretta e legarlo a una matita con un filo. La soluzione deve essere riscaldata e ad essa deve essere aggiunto nuovamente solfato di rame, mescolando, fino a quando la soluzione diventa nuovamente satura. La soluzione deve essere nuovamente filtrata in un barattolo pulito e il seme deve essere appeso lì. Fino alla taglia scatola di fiammiferi Il cristallo crescerà per circa un mese. Di tanto in tanto è necessario pulire il barattolo e il filo da altri cristalli e aggiungere una soluzione satura. Quando il cristallo raggiunge grandi dimensioni, va tolto dal barattolo, tagliato il filo e strofinato con olio.

Crescita di grandi cristalli singoli di composti solubili in acqua

disco"> Se si sono formati tanti piccoli cristalli fusi e informi, come dopo un raffreddamento improvviso, allora la quantità di sale viene ridotta e la fase descritta viene ripetuta.

Se non si sono formati cristalli, la soluzione dovrebbe durare un altro giorno; in caso contrario è opportuno aumentare la quantità di sostanza disciolta ripetendo nuovamente il passaggio.

Questa fase dell'esperimento dovrebbe insegnare agli sperimentatori come far crescere correttamente un seme, che diventerà poi l'elemento costitutivo iniziale per ottenere una struttura enorme. Selezioneremo i cristalli che hanno una struttura adatta (con una lunghezza del bordo di 0,3 cm o più) e li conserveremo separatamente in una soluzione salina in un barattolo con un tappo smerigliato lontano da fonti alte temperature e leggero.

Dobbiamo ricordare: più piccolo è il seme che scegli, più è corretto, più facile sarà per la soluzione (sistema) adattarsi ad esso (come la madreperla al granello di sabbia intrappolato nel mantello di un mollusco).

III. Crescere un singolo cristallo:

Anche in questo caso prepariamo una soluzione satura a base di acqua madre originale. Per fare ciò, applicare la soluzione preparata bagnomaria e aggiungere 0,5 cucchiaini di sostanza. Meno ne aggiungiamo in questa fase, meglio è (puoi anche semplicemente scaldare la soluzione satura senza aggiungere alcuna sostanza). Riscaldare e mescolare. Non appena la sostanza si sarà sciolta, togliere il pallone e versare la soluzione in un bicchiere riscaldato pre-preparato. Posizioniamo il bicchiere con la soluzione nel luogo prescelto e lasciamo riposare per 20-30 secondi in modo che il liquido si calmi un po'. La nostra soluzione non è sovrasatura, quindi “gradi extra” possono causare la dissoluzione del seme, che non è ciò che vogliamo. Se la soluzione è calda si lascia raffreddare fino a 300°C o poco meno (controllare in assenza di termometro è facile; la nostra temperatura corporea è 36,60°C, quindi tutto ciò che sembra più caldo è più alto di essa, al contrario, più basso ). È necessario monitorare molto attentamente il raffreddamento della soluzione per evitare che scenda a temperatura ambiente (di solito metto da parte circa due ore affinché la soluzione si raffreddi).

Successivamente, va detto che puoi far crescere un cristallo senza filo. Tutto ciò che serve è un bicchiere con il fondo piatto, poiché a questo scopo il seme viene posizionato con cura al centro del fondo (puoi aiutarlo ad adagiarsi con una bacchetta di vetro riscaldata) e ripeterà il suo rilievo. Qui, la crescita del cristallo sarà limitata dalle pareti del vetro e crescerà principalmente ai lati: questo è positivo per il solfato di rame e in linea di principio per i cristalli piatti (sale sanguigno giallo, idroftalato di potassio).

Nel caso dell'allume è meglio utilizzare un filo con cui avvolgiamo il seme, e il resto del filo viene fissato ad un telaio di due bastoncini incrociati. Il cristallo dovrebbe "appendere" nella soluzione al centro. Ma qui devi assicurarti che il filo non diventi troppo cresciuto. Se ciò accade, estraiamo il filo con il cristallo, puliamo l'eccesso e prepariamo nuovamente la soluzione* (scaldiamola, prepariamo il cristallo per la temperatura, ecc.). Dobbiamo ricordare: per evitare incrostazioni sul filo, il filo deve essere sottile e privo di peli, e va immerso insieme al seme in una soluzione 5° più calda di quella del seme semplice. Un tale filo riesce a saturarsi della soluzione e “fondersi” con il sistema in un unico insieme.

Ora dovresti monitorare la crescita del cristallo ogni giorno, in nessun caso agitando la soluzione, altrimenti questo scuotimento provocherà una cristallizzazione istantanea nel sistema. Pertanto, molti autori consigliano di aggiungere la soluzione al sistema mentre evapora. Questa è un'operazione molto difficile, poiché la forte diffusione che ne risulta può anche causare problemi nella crescita dei cristalli. Per prima cosa vedremo come il sistema “abiterà” il seme, come si adatteranno l’uno all’altro. Il risultato dovrebbe essere il seguente:

Fig. 13 cristalli di rame Fig. 14 cristalli di allume

I cristalli risultanti di solfato di rame (Fig. 11) e allume di potassio (Fig. 12), per una settimana di coltivazione.

I nostri risultati:

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Riso. 15fig. 16

Abbiamo coltivato cristalli di solfato di rame (Fig. 15) e allume di potassio (Fig. 16), in una settimana di coltivazione.

Conclusione:

Abbiamo imparato come far crescere i cristalli e abbiamo appreso che questo metodo può essere utilizzato per far crescere cristalli di qualsiasi altra sostanza semplice, nonché ciò che è necessario per la crescita e come crescono i cristalli.

Vogliamo dare un consiglio a chi è interessato a questo lavoro e vuole coltivare lui stesso un cristallo in casa.

I nostri consigli:

Ø Per far crescere i cristalli vengono utilizzate solo soluzioni appena preparate.

Ø Affinché i cristalli crescano nel modo più corretto possibile e affinché una sostanza incolore sia trasparente, la cristallizzazione deve procedere lentamente, altrimenti il ​​cristallo diventa torbido.

Ø Quanto più piccolo è il seme che si sceglie, tanto più è corretto, tanto più facile è per la soluzione (sistema) adattarsi ad esso.

Conclusione.

Quindi, questo lavoro descrive solo una piccola parte di ciò che è attualmente noto sui cristalli, tuttavia, queste informazioni hanno anche mostrato quanto i cristalli siano straordinari e misteriosi nella loro essenza.
Tra le nuvole, nelle profondità della Terra, sulle cime delle montagne, nei deserti sabbiosi, nei mari e negli oceani, in laboratori scientifici, nelle cellule vegetali, negli organismi vivi e morti, troveremo cristalli ovunque. Ma forse la cristallizzazione della materia avviene solo sul nostro pianeta? No, ora sappiamo che su altri pianeti e stelle lontane i cristalli nascono, crescono e si distruggono continuamente. Anche i meteoriti, messaggeri cosmici, sono costituiti da cristalli e talvolta contengono sostanze cristalline che non si trovano sulla Terra. I cristalli sono ovunque.
Le persone sono abituate a usare i cristalli, a ricavarne gioielli e ad ammirarli. Ora che sono stati studiati i metodi per la crescita artificiale dei cristalli, la portata della loro applicazione si è ampliata e forse il futuro delle ultime tecnologie appartiene ai cristalli e agli aggregati cristallini.

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introduzione

Cristallo. Cosa puoi immaginare quando senti questa parola? La gente dice che il cristallo cresce. Perché può crescere? Dopotutto, questa non è una pianta. Per scoprirlo, ho fatto delle ricerche.

Mi sono interessato a cosa serve un cristallo a una persona, come viene estratto, se è possibile coltivare un cristallo e come farlo. Le persone usano i cristalli nella costruzione, nella produzione di gioielli, orologi, dispositivi elettronici e apparecchiature informatiche.
Ma dove posso trovare così tanti cristalli? Penso che sia difficile trovare il cristallo giusto in natura, quindi può essere coltivato artificialmente. Ho deciso di provare a coltivare un cristallo a casa.

Per lo studio ho redatto il seguente piano di lavoro. 1. Cos'è un cristallo? 2. Storia del cristallo. 3. Coltivare un cristallo a casa. 4. In che modo un cristallo serve a una persona? 5. Il mio esperimento.

Cos'è un cristallo?

Un cristallo è solitamente un solido, ma esistono anche cristalli liquidi. Ogni sostanza è costituita da piccole particelle (molecole o atomi). Puoi chiamarli mattoni. Di solito i mattoni di una sostanza sono diversi e si collegano tra loro in modi diversi, cioè si ottengono schemi strani. Ma in un cristallo i mattoni sono gli stessi, sono collegati tra loro allo stesso modo, si ripetono esattamente nella stessa sequenza in tutta la sostanza, cioè si ottengono modelli della forma corretta. Grazie a questa struttura ripetitiva, i cristalli stessi possono assumere forme strane e interessanti. Ho inserito le fotografie dei cristalli che mi sono piaciuti molto nell'Appendice A.

Storia del cristallo

I cristalli di molti minerali e pietre preziose erano conosciuti e descritti diverse migliaia di anni fa. Inizialmente, la parola “cristallo” tradotta dal greco significava solo “ghiaccio”. Quindi iniziarono a chiamare cristalli di quarzo trasparenti, chiamati anche cristalli di rocca. La gente pensava che il cristallo di rocca fosse ghiaccio che non si scioglieva con il calore. Una caratteristica sorprendente del cristallo di rocca sono i suoi bordi lisci e piatti. È nata l'ipotesi che la forma potesse essere correlata alla struttura interna. E poi gli scienziati hanno dimostrato che la struttura del cristallo ha uno schema ripetitivo. Ho incluso informazioni più dettagliate sulla storia dei cristalli nell'Appendice B.

Coltivare un cristallo a casa

La crescita dei cristalli è un processo molto interessante, ma può essere piuttosto lungo. Quando un cristallo cresce, tutti gli elementi costitutivi (molecole) vengono smontati nei loro singoli elementi in acqua e lasciati occupare naturalmente la loro posizione appropriata nella struttura ripetitiva quando l'acqua evapora.

I cristalli possono essere coltivati ​​in diversi modi. Ho provato a far crescere un cristallo da una sostanza chimica. Ho preso il kit creatività “Cristallo viola su pietre multicolori” e, secondo le istruzioni fornite nel kit, ho coltivato un cristallo. Ho descritto le mie azioni e osservazioni nella sezione "Il mio esperimento". Nonostante la varietà dei metodi di coltivazione, puoi vedere caratteristiche comuni a tutti. Ho incluso le fasi del processo di coltivazione e altri metodi di coltivazione conosciuti nell'Appendice B.

In che modo un cristallo serve a una persona?

Le applicazioni dei cristalli nella scienza e nella tecnologia sono così numerose e varie che è difficile elencarle. L'elenco degli usi dei cristalli è già piuttosto lungo ed è in costante crescita. Ci limiteremo quindi ad alcuni esempi.

I cristalli solidi e liquidi trovano impiego nella tecnologia: nella produzione di televisori, computer, forni a microonde e altri dispositivi elettronici a causa delle loro proprietà elettriche e ottiche.

Diamante, rubino, zaffiro, granato e quarzo non sono solo belli e preziosi pietre semipreziose che vengono utilizzati per i gioielli. Il diamante viene utilizzato nella produzione di utensili per segare materiali pesanti. Il laser è realizzato utilizzando rubino e granato. L'intera industria dell'orologeria funziona con rubini artificiali. Da quarzo trasparente realizzare lenti, prismi e altre parti di strumenti ottici.

Altri esempi applicazione utile Ho inserito i cristalli nell'Appendice G.

Il mio esperimento

Ho condotto un esperimento sulla coltivazione di un cristallo a casa. Per l'esperimento ho preso il set creativo “Cristallo viola su pietre multicolori”, che mi ha regalato mia nonna.

Per prima cosa ho preso un contenitore di cristallo e vi ho versato le pietre. Poi ho preparato una soluzione satura. Una soluzione satura è quella in cui la sostanza chimica disciolta è così grande che non si dissolve più. L'ho versato caldo acqua bollita in un contenitore per miscelare, vi versò i grani della sostanza chimica, quindi mescolò la soluzione e la versò con cura nel contenitore per il cristallo. Quindi ho riempito nuovamente il contenitore per l'agitazione con acqua calda bollita, questa volta a metà. Ho mescolato la soluzione per circa cinque minuti mentre aggiungevo la sostanza chimica. Dopo aver agitato per cinque minuti, ho versato con attenzione la soluzione nel contenitore di cristallo.

Successivamente, ho seminato i “semi” del cristallo. I “semi” del cristallo sono gli stessi grani della sostanza chimica da cui ho preparato la soluzione. Ho versato alcuni grani nella soluzione. Si posarono sui sassolini all'interno del contenitore di cristallo.

Ho posizionato il contenitore sullo scaffale di una libreria in modo che non fosse esposto a sbalzi di temperatura, in modo che non fosse disturbato da musica ad alto volume, in modo che non ci fosse movimento intenso di persone e animali nelle vicinanze. Ho inserito le fotografie scattate il primo giorno dell'esperimento nell'Appendice E. Ho osservato la crescita del cristallo ogni giorno e ho fotografato il cristallo. È cresciuto lentamente e in modo appena percettibile. Pezzi di cristallo crescevano esattamente dove cadevano i “semi”. Ho inserito le fotografie ottenute durante l'esperimento nell'Appendice E.

Quando ho notato che un pezzo di cristallo usciva dall'acqua, ho capito che il cristallo era cresciuto. Ciò accadde quattordici giorni dopo. Poi ho versato la soluzione e ho lavato il cristallo con acqua fredda del rubinetto, che si è rivelato di un colore viola trasparente, simile all'erba di cristallo.

Conclusione

I cristalli hanno una struttura chiara e ripetitiva e possono essere solidi o liquidi. Si presentano naturalmente e possono essere coltivati ​​dagli esseri umani. I bellissimi cristalli si formano quando la cristallizzazione degli atomi e delle molecole di una sostanza in schemi di forma regolare avviene molto lentamente. Il cristallo cresce perché l'acqua evapora gradualmente da una soluzione satura e la sostanza cristallina passa dallo stato liquido a quello solido, poiché i “mattoni” (atomi e molecole) si attraggono e si dispongono indipendentemente in una struttura ripetitiva.

I cristalli sono molto utili per l'uomo. In alcuni casi non puoi farne a meno. Ad esempio, se devi tagliare una pietra, non puoi fare a meno di un diamante, e se devi realizzare un orologio, non puoi fare a meno di un rubino. I microprocessori dei computer sono fatti di silicio e non possiamo più immaginare alcun dispositivo elettronico senza schermi a cristalli liquidi. Infatti è molto difficile trovare il cristallo giusto in natura. È molto più semplice ed economico coltivarlo artificialmente. Questo viene fatto nella produzione industriale. Ma puoi coltivare un cristallo a casa.

Sono riuscito a far crescere un cristallo in quattordici giorni utilizzando un kit artigianale. Il mio esperimento ha dimostrato che il cristallo può essere coltivato in casa. Mi piaceva coltivare il cristallo: è un'attività molto entusiasmante. Ho imparato molti modi per far crescere i cristalli. In futuro mi piacerebbe coltivare bellissimi cristalli di diversi colori in altri modi.

Elenco delle fonti utilizzate

Appendice A.
Varietà di cristalli

Appendice B
Maggiori informazioni sulla storia dei cristalli

Tutte le cose naturali sono chiamate cristalli. forme corrette minerali e altri solidi. I minerali si dividono in due gruppi: le pepite che si trovano in natura forma pura, ad esempio oro, carbonio (sotto forma di grafite e diamante) e composti - una combinazione di due o più elementi, ad esempio pirite - un composto di zolfo con ferro. I minerali nella roccia sono rappresentati sia da piccoli grani che da grandi cristalli. I minerali formano bellissimi cristalli quando crescono lentamente.

Un cristallo è una sostanza solida le cui molecole (o atomi, ioni) sono organizzate secondo uno schema chiaro e ripetitivo. In alcuni solidi, l'organizzazione degli elementi costitutivi (cioè atomi e molecole) può essere casuale o molto diversa in tutta la sostanza. Nei cristalli, tuttavia, un insieme di atomi, chiamato “cella unitaria”, si ripete esattamente nella stessa sequenza in tutto il materiale. Grazie a questa struttura ripetitiva, i cristalli stessi possono assumere forme strane e interessanti.

Anche i cristalli sono liquidi. I cristalli liquidi sono sostanze che si comportano sia come liquidi che come solidi. Le molecole nei cristalli liquidi, da un lato, sono abbastanza mobili, dall'altro sono disposte regolarmente, formando qualcosa come una struttura cristallina (unidimensionale o bidimensionale). Spesso, anche con un leggero riscaldamento, la corretta disposizione delle molecole viene interrotta e il cristallo liquido diventa un liquido normale. Al contrario, a temperature sufficientemente basse si congelano, trasformandosi in solidi.

Inizialmente, “cristallo” tradotto dal greco significava solo “ghiaccio”. Poi il filosofo Teofrasto, nel III secolo aC, diede questo nome ai cristalli trasparenti di quarzo (cristallo di rocca) scoperti sulle Alpi. Il cristallo di rocca veniva scambiato per ghiaccio, indurito dal freddo a tal punto da non sciogliersi più.

I cristalli di molti minerali e pietre preziose erano conosciuti e descritti diverse migliaia di anni fa. Cristalli di quarzo da Corona imperiale, conservati dal 768 d.C., si trovano a Shosoin, il tesoro degli imperatori giapponesi a Nara. Uno dei primi schizzi di cristalli è contenuto nella Farmacopea cinese dell'XI secolo d.C. Alla fine del Medioevo, nel XV secolo, la parola “cristallo” cominciò ad essere utilizzata in un senso più generale.

Una caratteristica sorprendente del cristallo di rocca e di molti altri minerali trasparenti sono i bordi lisci e piatti. Alla fine del XVII secolo si notò che vi era una certa simmetria nella loro disposizione. Si è inoltre riscontrato che alcuni minerali opachi presentano anche un taglio naturale regolare e che la forma del taglio è caratteristica di un particolare minerale. Si è ipotizzato che la forma potesse essere correlata alla struttura interna, che i cristalli si formassero attraverso la ripetizione regolare dello stesso elemento strutturale nello spazio. Alla fine, i cristalli iniziarono a essere chiamati tutte le sostanze solide che hanno un taglio piatto naturale.

Nel diciottesimo secolo, l’abate francese R. Gahuy propose che i cristalli nascessero dalla corretta disposizione di minuscole particelle identiche, che chiamò “blocchi molecolari”. Haüy ha mostrato come si possano ottenere bordi lisci e piatti di calcite ponendo tali “mattoni”. Ha spiegato le differenze nella forma delle diverse sostanze con la differenza sia nella forma dei “mattoni” che nel modo in cui erano posati. Dal XVIII secolo, cristallo è il nome dato a tutte le forme regolari di minerali e altri solidi presenti in natura.

Quando cresce un cristallo condizioni ideali la sua forma rimane immutata durante la crescita, come se i mattoncini elementari fossero continuamente attaccati al cristallo in crescita. È ormai noto che tali elementi costitutivi elementari sono atomi o gruppi di atomi. I cristalli sono costituiti da file atomiche, che si ripetono periodicamente nello spazio e formano un reticolo cristallino.

Si ritiene che lo stato dei cristalli liquidi sia stato scoperto nel 1888 dal botanico austriaco F. Reinitzer. Notò che i cristalli che stava studiando ne avevano due diversi stati liquidi- nuvoloso e trasparente. Ha anche notato che quando riscaldato, il colore dei cristalli liquidi cambia: dal rosso al blu, ripetendosi nell'ordine inverso quando viene raffreddato. Tuttavia, gli scienziati non se ne sono accorti attenzione speciale sulle proprietà insolite di questi liquidi. Per molto tempo fisici e chimici non hanno riconosciuto in linea di principio i cristalli liquidi, perché la loro esistenza ha distrutto la teoria dei tre stati della materia: solido, liquido e gassoso. La prova scientifica dell'esistenza dei cristalli liquidi fu fornita da Otto Lehmann dopo molti anni di ricerca nel 1904.

Appendice B
Diversi modi per far crescere i cristalli
a casa

Principali fasi della crescita dei cristalli

Il processo di coltivazione dei cristalli in casa può essere suddiviso in fasi principali.

Fase 1. Sciogliere il sale da cui crescerà il cristallo in acqua riscaldata (deve essere riscaldato in modo che il sale si dissolva un po' più di quanto possa dissolversi a temperatura ambiente). Devi sciogliere il sale finché non sei sicuro che il sale non si dissolverà più (la soluzione è satura!). Si consiglia di utilizzare acqua distillata, cioè non contenente impurità di altri sali.

Fase 2. La soluzione satura deve essere versata in un altro contenitore dove si possono far crescere i cristalli (tenendo conto che aumenterà). In questa fase, devi assicurarti che la soluzione non si raffreddi troppo.

Fase 3. Legare un cristallo di sale a un filo, il filo può essere legato, ad esempio, a una matita e appoggiarlo sui bordi di un bicchiere (contenitore) dove viene versata una soluzione satura (fase 2). Metti il ​​cristallo in una soluzione satura.

Fase 4. Trasferire il contenitore con la soluzione satura e il cristallo in un luogo dove non siano presenti correnti d'aria, vibrazioni e luce forte (la coltivazione dei cristalli richiede il rispetto di queste condizioni).

Fase 5. Coprire il contenitore con il cristallo con qualcosa sopra (ad esempio carta) per impedire l'ingresso di polvere e detriti. Lasciare la soluzione per un paio di giorni.

Importante da ricordare:

1) il cristallo non può essere rimosso dalla soluzione durante la crescita senza un motivo particolare;

2) non permettere l'ingresso di detriti nella soluzione satura, è preferibile utilizzare acqua distillata;

3) monitorare il livello della soluzione satura, aggiornare periodicamente (una volta alla settimana o due) la soluzione man mano che evapora.

Cristalli in crescita dall'allume

Per far crescere un cristallo dall'allume avrai bisogno di: una casseruola, un misurino, 2 bicchieri, una matita, filo, acqua, 30 g di allume dalla farmacia. L'allume può essere utilizzato per far crescere un bellissimo cristallo. Devi scaldare 100 ml di acqua in una casseruola. Basta non portarlo a ebollizione. Quindi dovresti sciogliere l'allume in esso. Quindi è necessario versare la soluzione in un bicchiere e lasciarla raffreddare un po '. Quindi dovresti legare il filo al centro della matita. Successivamente, dovresti posizionare la matita sul bordo del vetro in modo che il filo sia nella soluzione. Una volta che si formano minuscoli cristalli sul filo, è necessario rimuoverlo dalla soluzione. Ora dovresti rimuovere tutti i cristalli dal filo, lasciando solo il più grande. Successivamente, è necessario riscaldare nuovamente leggermente la soluzione versata nel bicchiere e mescolarla. Ora devi versarlo senza sedimenti nel secondo bicchiere. Successivamente, è necessario appendere nuovamente il filo con il cristallo. Ora dobbiamo aspettare e guardare. Tra pochi giorni otterrai un cristallo di allume.

Cristalli in crescita dal sale da cucina

Puoi anche coltivare cristalli di sale da cucina. Il processo di crescita non richiede sostanze chimiche speciali. È necessario diluire la soluzione di sale da cucina nel seguente modo: versare l'acqua in un contenitore (ad esempio un bicchiere) e metterla in una pentola con acqua tiepida (non più di 50°C - 60°C). Devi versare il sale da cucina in un bicchiere e lasciare agire per 5 minuti, mescolando prima. Durante questo tempo il bicchiere d'acqua si scalderà e il sale si dissolverà. È consigliabile che la temperatura dell'acqua non scenda ancora. Quindi è necessario aggiungere altro sale e mescolare di nuovo. Questo passaggio va ripetuto finché il sale non si scioglie più e si deposita sul fondo del bicchiere. Otterremo una soluzione salina satura. Devi versarlo in un contenitore pulito, eliminando il sale in eccesso sul fondo. Devi scegliere il cristallo di sale da cucina più grande che preferisci e metterlo sul fondo di un bicchiere con una soluzione satura. Puoi legare il cristallo con un filo e appenderlo in modo che non tocchi le pareti del vetro. Ora dobbiamo aspettare. Dopo solo un paio di giorni, puoi notare una crescita significativa del cristallo. Ogni giorno aumenterà. E se fai di nuovo la stessa cosa (prepara una soluzione salina satura e lascia cadere questo cristallo), allora crescerà molto più velocemente (devi rimuovere il cristallo e utilizzare la soluzione già preparata, aggiungendo acqua e la porzione richiesta di tavolo sale). Non dobbiamo dimenticare che la soluzione deve essere satura, cioè durante la preparazione della soluzione, il sale dovrebbe sempre rimanere sul fondo del bicchiere (per ogni evenienza). Per informazione: in 100 g di acqua alla temperatura di 20°C si sciolgono circa 35 g di sale da cucina. All’aumentare della temperatura aumenta la solubilità del sale. Ecco come nascono i cristalli di sale da cucina (o cristalli di sale, della forma e del colore che preferite).

Cristalli in crescita da solfato di rame

Puoi anche coltivare cristalli di solfato di rame. I cristalli di solfato di rame vengono coltivati ​​in modo simile al sale da cucina: prima viene preparata una soluzione satura, quindi il piccolo cristallo di sale di solfato di rame desiderato viene fatto cadere in questa soluzione.

Appendice D
Applicazioni pratiche dei cristalli

Proprietà elettriche ed ottiche dei cristalli

I cristalli hanno svolto un ruolo importante in molte innovazioni tecnologiche del XX secolo. Alcuni cristalli generano una carica elettrica quando deformati. La loro prima applicazione significativa fu la produzione di oscillatori a radiofrequenza stabilizzati da cristalli di quarzo. Facendo vibrare una lastra di quarzo nel campo elettrico di un circuito oscillatorio a radiofrequenza, è possibile stabilizzare la frequenza di ricezione o trasmissione.

I dispositivi a semiconduttore, che hanno rivoluzionato l'elettronica, sono costituiti da sostanze cristalline, principalmente silicio e germanio. In questo caso, le impurità leganti introdotte nel reticolo cristallino svolgono un ruolo importante. I diodi a semiconduttore sono utilizzati nei computer e nei sistemi di comunicazione, i transistor hanno sostituito i tubi a vuoto nell'ingegneria radiofonica e i pannelli solari posizionati sulla superficie esterna dei veicoli spaziali convertono l'energia solare in energia elettrica. I semiconduttori sono ampiamente utilizzati anche nei convertitori AC-DC.

I cristalli vengono utilizzati anche in alcuni laser per amplificare le onde a microonde e nei laser per amplificare le onde luminose. I cristalli con proprietà piezoelettriche vengono utilizzati nei ricevitori e trasmettitori radio, nelle testine di rilevamento e nei sonar. Alcuni cristalli modulano i raggi luminosi, mentre altri generano luce sotto l'influenza di una tensione applicata.

La disposizione regolare delle molecole nei cristalli liquidi determina le loro speciali proprietà ottiche. Le loro proprietà possono essere controllate esponendoli a un campo magnetico o elettrico. Viene utilizzato nei display LCD di orologi, calcolatrici, computer e televisori degli ultimi modelli.

Diamante

Il più difficile e il più raro minerali naturali- diamante. Oggi il diamante è principalmente una pietra da lavorazione e non una pietra decorativa. Grazie alla sua eccezionale durezza, il diamante svolge un ruolo enorme nella tecnologia. Le seghe diamantate vengono utilizzate per tagliare le pietre. Una sega diamantata è un grande disco rotante in acciaio (fino a 2 metri di diametro), sui cui bordi vengono realizzati tagli o tacche. Su questi tagli viene strofinata polvere fine di diamante mescolata con una sostanza adesiva. Un tale disco, ruotando ad alta velocità, sega rapidamente qualsiasi pietra. Il diamante è di enorme importanza durante la perforazione delle rocce e nelle operazioni minerarie. Le punte diamantate vengono inserite negli strumenti per incisione, nelle macchine divisorie, negli apparecchi per prove di durezza e nei trapani per pietra e metallo. La polvere di diamante viene utilizzata per levigare e lucidare pietre dure, acciaio temprato, leghe dure e superdure. Il diamante stesso può essere tagliato, lucidato e inciso solo con diamante. Le parti più critiche dei motori nella produzione automobilistica e aeronautica vengono lavorate con frese e trapani diamantati.

Rubino, zaffiro, granato e smeriglio

Il rubino e lo zaffiro sono tra le pietre preziose più belle e costose. Tutte queste pietre hanno altre qualità, più modeste, ma utili. Il rubino rosso sangue e lo zaffiro azzurro sono fratelli, generalmente sono lo stesso minerale: corindone, ossido di alluminio A12O3. La differenza di colore è dovuta a piccolissime impurità presenti nell'ossido di alluminio: una piccola aggiunta di cromo trasforma il corindone incolore in un rubino rosso sangue, l'ossido di titanio in zaffiro. Ci sono corindoni di altri colori. Hanno anche un fratello completamente modesto e anonimo: corindone marrone, opaco, fine: smeriglio, che viene utilizzato per pulire il metallo, da cui viene ricavata la tela smerigliata. Il corindone con tutte le sue varietà è uno dei più pietre dure sulla Terra, il più duro dopo il diamante. Il corindone può essere utilizzato per forare, smerigliare, lucidare, affilare pietre e metalli. Le mole, le pietre per affilare e le polveri abrasive sono realizzate in corindone e smeriglio. L'intera industria dell'orologeria funziona con rubini artificiali. Nelle fabbriche di semiconduttori, i circuiti più fini vengono disegnati con aghi di rubino. Nel tessile e industria chimica I guidafili in rubino tirano i fili da fibre artificiali, nylon e nylon.

Un potente raggio laser dall'enorme potenza. Brucia facilmente lamiere, salda fili metallici, brucia tubi metallici e pratica i fori più sottili nelle leghe dure e nel diamante. Queste funzioni vengono eseguite da un laser solido che utilizza rubino, granato e neodite. Nella chirurgia oculare vengono spesso utilizzati laser al neodino e laser a rubino. I sistemi a terra a corto raggio utilizzano spesso laser a iniezione di arseniuro di gallio. Sono comparsi anche nuovi cristalli laser: fluorite, granati, arseniuro di gallio, ecc.

Lo zaffiro è trasparente, quindi da esso vengono realizzate piastre per strumenti ottici. La maggior parte dei cristalli di zaffiro è destinata all'industria dei semiconduttori.

Quarzo

La selce, l'ametista, il diaspro, l'opale, il calcedonio sono tutte varietà di quarzo. Piccoli granelli di quarzo formano la sabbia. E la varietà di quarzo più bella e meravigliosa è il cristallo di rocca, ad es. cristalli di quarzo trasparenti. Pertanto, lenti, prismi e altre parti di strumenti ottici sono realizzati in quarzo trasparente. Le proprietà elettriche del quarzo sono particolarmente sorprendenti. Se comprimi o allunghi un cristallo di quarzo, cariche elettriche. Questo è l'effetto piezoelettrico nei cristalli. Al giorno d'oggi, come piezoelettrico non viene utilizzato solo il quarzo, ma anche molte altre sostanze, principalmente sintetizzate artificialmente: sale blu, titanato di bario, diidrogenofosfato di potassio e ammonio (KDP e ADP) e molti altri. Esistono anche metodi piezoelettrici per misurare la pressione sanguigna vasi sanguigni umani e la pressione dei succhi negli steli e nei tronchi delle piante. Le piastre piezoelettriche misurano, ad esempio, la pressione nella canna di un cannone d'artiglieria quando viene sparato, la pressione al momento dell'esplosione di una bomba e la pressione istantanea nei cilindri del motore durante l'esplosione dei gas caldi al loro interno.

L'industria elettro-ottica è un'industria di cristalli che non hanno un centro di simmetria. Questo settore è molto ampio e diversificato; le sue fabbriche coltivano e lavorano centinaia di tipi di cristalli da utilizzare nell’ottica, nell’acustica, nell’elettronica radio e nella tecnologia laser.

Polaroid

Il materiale policristallino Polaroid ha trovato il suo utilizzo anche nella tecnologia. Polaroid è una sottile pellicola trasparente completamente riempita di minuscoli cristalli trasparenti a forma di ago di una sostanza che birifrange e polarizza la luce. Tutti i cristalli si trovano paralleli tra loro, quindi polarizzano tutti equamente la luce che passa attraverso il film.

Le pellicole Polaroid vengono utilizzate negli occhiali Polaroid. Le polaroid annullano il bagliore della luce riflessa, consentendo a tutta l'altra luce di passare. Sono indispensabili per gli esploratori polari, che devono costantemente guardare l'abbagliante riflesso dei raggi del sole su un campo di neve ghiacciato.

Gli occhiali Polaroid aiuteranno a prevenire le collisioni con le auto in arrivo, che molto spesso si verificano a causa del fatto che le luci dell'auto in arrivo accecano il conducente e lui non vede questa macchina. Se il parabrezza delle auto e il vetro dei fari delle auto sono fatti di Polaroid, ed entrambe le polaroid vengono ruotate in modo tale da spostare i loro assi ottici, il parabrezza non lascerà entrare la luce dei fari di un'auto in arrivo e "si spegnerà". Esso."

Appendice D
Inizio dell'esperimento

Appendice E
Diario fotografico dell'esperimento