Страница 153 из 179
Часто возникает ещё одна проблема: на двух соседних рёбрах кристалла появляются "надрезы", которые свидетельствуют о недостаточной чистоте раствора и приводят к разрушению кристалла.
Выращивание кристалла хромокалиевых квасцов.
Хромокалиевые квасцы (KCr(SJ4)2*12Н20) продаются в виде реактива, но их можно получить и самому.
Растворите 10 г бихромата калия в 100 мл воды и прибавьте 15 мл серной кислоты. В раствор, охлаждённый до комнатной температуры, добавляйте порциями этанол. Следите, чтоб температура не поднималась выше 40 °C. Для этого удобно сделать ледяную баню и поставить в неё стакан с раствором. Спирта возьмите на 30–50 % больше чем вычислите по реакции (этанол должен быть в избытке):
K2Cr2O7 + 3C2H5OH + 4H2SO4 = 3CH3CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Во время реакции хром(VI) восстанавливается до хрома(III) и спирт окисляется до альдегида, так что цвет раствора меняется с ярко-оранжевого (цвет ионов Сr2О72-) до сине-зелёного (цвет ионов [Cr(Н2O)6]3+).
Кристаллы выращивайте как обычно. Кристалл на фотографии был выращен(в течение 4 недель) из затравки, которая выпала на дне стакана с раствором. Затравка имела форму ровного октаэдра.
С раствором работайте осторожно, он имеет кислую реакцию. При высыхании кислотность повышается, поэтому раствор способен обжечь.
На нижних фотографиях кристаллы хромокалиевых квасцов во время роста.
МЕТОДИКА ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ
(Стас из Кемерова)
1. Введение
Выращивание кристаллов по истине увлекательное занятие и, пожалуй, самое простое, доступное и дешёвое для большинства начинающих химиков, максимально безопасное с точки зрения ТБ, что немаловажно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях. Тщательная подготовка и выполнение оттачивают навыки в умении аккуратно обращаться с веществами и правильно организовывать план своей работы. Советская и современная литература по демонстрационному эксперименту зачастую охватывает этот раздел, но авторы, как правило, не всегда указывают на детали. Ниже я излагаю свою методику по выращиванию кристаллов, которой пользуюсь несколько лет. Отнесёмся к данному опыту, как к любому химическому эксперименту, в котором также существует своя предварительная подготовка, стадии выполнения.
Рис. 1. Растворимость некоторых солей в граммах на 100 грамм воды.
Предыдущий график показывает растворимость некоторых солей в воде. Как показывает практика, наиболее распространёнными среди них являются: хлорид натрия NaCl, медный купорос CuSO4∙5H2O, квасцы (алюмокалиевые КАl(SO4)2∙12Н2O, хромокалиевые KCr(SO4)2∙12Н2O). Менее распространены, но также используемы: сегнетова соль KNaC4H4O6∙4Н2O, бихромат К2Сr2O7 и хромат К2СrO4 калия, сульфат железа (II) FeSO4∙7H2O, перхлорат натрия NaClO4, красная кровяная K3[Fe(CN)6] и жёлтая кровяная K4[Fe(CN)6] соли, соединения тяжелых металлов, органические соединения (гидрофталат калия КНС8O4Н4, сахар С12Н22O11, салициловая кислота С7Н6O3, тиомочевина CS(NH2)2, различные соли органических кислот и т. п.). Однако, экспериментировать можно также с любыми другими соединениями и растворителем, заменяя воду на легколетучие спирт и эфир. Но, поскольку, самым распространённым растворителем является вода, в экспериментах будет использоваться она, и разговор будет идти, в основном, о соединениях в ней растворимых.
Как правило, при выборе материала важны следующие факты:
— доступность и дешевизна;
— вещество должно быть стабильным (в частности, к повышению температуры) и химически чистым;
— способность вещества растворяться в доступном растворителе;
— должен быть известен характер растворения вещества (иногда приходится наблюдать экзо- или эндотермическое растворение);
— вещество не должно вступать в химическую реакцию со средой (здесь имеется ввиду и воздух) и растворителем или давать с ним устойчивую систему, несклонную к кристаллизации (попытки кристаллизовать гидроксиды щелочных металлов, сахарные сиропы к успеху не приведут);
— образующиеся кристаллы должны быть стабильны (на воздухе кристаллы хромокалиевых квасцов, тиосульфата и сульфита натрия выветриваются: теряют кристаллизационную воду, превращаясь в порошок);
Требуемое оборудование:
— химическая посуда (большие термостойкие плоскодонные стаканы от 0,05 до 3 л (и более, если такое возможно));
— водяная баня (в домашних условиях это м.б. старая кастрюля);
— сосуд для кипячения на водяной бане (круглодонные колбы от 1 л и более);
— тонкие, прочные суровые нитки (на таких меньше кристаллических наростов);
— фильтровальная бумага (промокашка, салфетка);
— дополнительные мелочи, которые требуются при выполнении, будут указаны далее в тексте (воронки (это м.б. срезанное горлышко пластмассовой бутылки), вата, стеклянные палочки и т. п.);
Описание методик выращивания кристаллов (из раствора, где растворитель — вода) можно свести к трём пунктам:
1. Выращивание больших монокристаллов (длина рёбер от 1 см и более) соединений, растворимых в воде.
2. Получение кристаллов мало- или нерастворимых соединений в воде.
3. Получение кристаллов простых веществ (металлов и неметаллов)
2. Выращивание больших монокристаллов соединений
Основой выращивания, как пишет любая литература, является насыщенный раствор соли. Однако здесь есть свои нюансы, которые следует оговорить. Начинающему в этой области я рекомендую начать опыт, используя медный купорос или алюмокалиевые квасцы (ещё часто в литературе советуют хлорид натрия, но растить его труднее (см. рис. 1), поэтому использовать его я бы не рекомендовал). Крупные кристаллы с этими веществами получаются всегда, другое дело, что может быть неправильно воспроизведена форма.
А — Монокристалл медного купороса — это призма, в сечении которой лежит ромб.
Б — Монокристалл квасцов — октаэдр.
В — Монокристалл хлорида натрия — куб.
Авторы многих книг по выращиванию кристаллов свои методики основывают на:
— приготовлении пересыщенных растворов (самая распространённая) с дальнейшей кристаллизацией в открытом (закрытом: термостат) сосуде;
— испарении насыщенного раствора открытым (закрытым: эксикатор) способом (см. пример ниже с иодидом калия KI);
Я использую первый "открытый" вариант. Да! Это не поможет полностью защитить раствор от пыли (даже накрывая фильтровальной бумагой), но вы и не собираетесь растить кристалл год, верно?! К тому же примеси будут в кристаллах по любому (другие ионы из нечистого вещества или воды и т. п.), мы можем только их слегка уменьшить. И помните, что идеального кристалла по всем "правилам природы" не существует, дефекты есть даже в очень правильных