Jak urychlit růst krystalu ze síranu měďnatého?

Pěstování krystalů je jedním z nejčastějších chemických pokusů pro děti doma. Dělali jsme to v našich skupinách a téměř každý pěstoval těžké krystaly síranu měďnatého, v rusky mluvících kruzích známější jako síran měďnatý. Dotazů jak od členů klubu, tak od prostě zájemců však neubývá. Proto jsem se rozhodl usnadnit si život a napsat podrobný experimentální plán, abych na něj mohl jednoduše uvést odkaz. S jeho pomocí můžete vypěstovat krystal téměř jakékoli velikosti – omezení zahrnují náklady na materiál a technické možnosti.

Budete potřebovat samotný síran měďnatý (pentahydrát síranu měďnatého).

Prodává se na eBay/Amazon a stojí kolem 15 GBP/kg. V 99 % případů stačí jeden kilogram pro celou rodinu – každý má krystal o velikosti vlašského ořechu, nebo dokonce mandarinky! Pokud si chcete udělat „nevšedního“ obra a nebojíte se materiálových/časových nákladů, dejte vědět, jsem připraven Vám individuálně poradit

Dále budete potřebovat tepelně odolnou nádobu, horkou vodu, nejlépe mikrovlnku, tyčinku a nit. Jako nádobu ve skupinách jsme použili obyčejné průhledné plastové sklenice – snesou teplotu vařící vody a snesou mikrovlnku. A není vám jich tolik líto, když „mé ruce jsou jako nohy“. Mimochodem, po práci s vitriolem se doporučuje umýt si ruce!

1. Vezměte plastovou sklenici (N1), nasypte do ní 120 g modrého prášku – vitriolu – a zalijte 100 ml vroucí vody. Důležitý je poměr prášku k vodě. Pokud nejste schopni přesně změřit hmotnost/objem, je lepší vzít více prášku. V mém případě jsem použil sklenice o objemu 370 ml

1. Dobře promíchejte. Prášek se úplně nerozpustí – tak to má být. Připravíme si nasycený roztok, ve kterém se veškerý prášek nemůže rozpustit. Roztok lze přefiltrovat přes kávový filtr. Pokud na filtru zůstane část soli, opatrně ji lžící vraťte do roztoku.
2. Roztok nechte na odlehlém místě (abyste ho nepoužili ráno místo vyplachování úst). Sklenici je lepší přikrýt ubrouskem, aby se do ní nedostal prach a nenaběhli do ní zvláště zvědaví pavoukovci.
3. Po dni nebo dvou uvidíte na dně jasné krystaly, které budou dále růst, jak se voda odpařuje. Potřebujeme je jako „zárodečný krystal“.

1. Modrý roztok nalijte do další sklenice (N2) – budeme ho potřebovat za 10 minut! Vybereme několik krystalů ze dna a vybereme ten největší a nejmonolitnější.

1. Tento velký monolitický krystal musí být navázán na tenkou, ale pevnou nit, můžete použít vlasec. Nedoporučuje se používat vlnu, protože se na všech vláknech nitě, stejně jako na zárodečném krystalu, vytvoří krystaly. To způsobí, že váš krystal zhubne!

1. Druhý konec nitě je potřeba přivázat na špejli nebo jakýkoli dlouhý plochý předmět (jako špejli používám nůž) o délce přesahující průměr sklenice. Semeno je připraveno k růstu.
2. Nalijte modrý roztok ze sklenice N2 zpět do sklenice N1. Krystaly na dně zamíchejte – s největší pravděpodobností se promění v narostlou kůru. Je potřeba to zničit. Sklo není potřeba ničit.
3. Umístěte sklenici do mikrovlnné trouby na 30-60 sekund. Můžete přivést k varu. Pokud z nějakého důvodu nemáte v domácnosti mikrovlnnou troubu, můžete sklenici vložit do hrnce s horkou vodou. Je to méně účinné, ale funguje to. Znovu dobře promíchejte, aby se krystaly na dně co nejvíce rozpustily.
4. Přiložený zárodečný krystal spustíme do horkého nasyceného roztoku a nahoře položíme tyčinku/nůž. Délku závitu upravíme tak, aby výška krystalu byla uprostřed roztoku. Nit se jednoduše namotá na tyčku. Kulatou hůlku je lepší zajistit páskou/bluetackem, aby se pod tíhou krystalu netočila, nebo můžete použít rovnou plochou. Místo tyče můžete dokonce použít plochý stolní nůž.

1. Počkáme několik dní, než krystal vyroste. Hlavní růst nastává první den. Pokud chcete proces urychlit, můžete vyjmout krystal ze sklenice a opakovat kroky 8 a 9.
2. Poté, co krystal vyroste do velikosti, která vám vyhovuje, má smysl jej „opravit“. Abyste se vyhnuli přeměně krásného jasně modrého krystalu (CuSO4) na modrý pentahydrátový prášek (totéž, čím jsme začali), je lepší krystal přetřít čirým lakem na nehty. Tím se životnost krystalu několikrát prodlouží. Poté jej můžete přilepit lepicí pistolí na průhlednou nádobu. Obvykle doporučuji použít krátkou skleněnou nádobu se šroubovacím uzávěrem. Stačí na dno nalít hromadu roztaveného lepidla a zasadit do něj krystal. Po pár minutách s ním můžete snadno kroutit v rukou, nosit do školy na Show and Tell atd. Na mém krystalu je vidět modrý povlak, který je produktem reakce bezvodého krystalu s vodou ve vzduchu – CuSO4 x 5H2O

Rozpustnost pentahydrátu síranu měďnatého při 20 stupních Celsia je 32 g na 100 ml vody. Při 80 stupních – 83 g, při 100 stupních – 114 g. V našem experimentu by množství prášku mělo být vždy o něco větší než rozpustnost. Jinak se zárodečný krystal také rozpustí. Proto nebereme 114g, ale 120 nebo o něco více.

V ideálním případě se po ochlazení (ze 100 na 20 stupňů Celsia) nasyceného roztoku získaného smícháním 100 ml vody a 114 g vitriolu vysráží 82 g ve formě krystalů. Tohle je velký krystal! Ne vše se ale usadí na semínku – hromada skončí na dně. Proto má smysl vyjmout náš rostoucí krystal a opakovat kroky 8 a 9.

Filtrace roztoku snižuje počet krystalizačních center = malé krystaly rostoucí kolem jakýchkoli prachových částic/nehomogenit v roztoku. To usnadňuje pěstování velkého monokrystalu místo velkého počtu srostlých malých.

Crystal. Tohle slovo opravdu páchne magií. Nevím o magických vlastnostech krystalů, ale rozhodně mají řadu užitečných fyzikálních vlastností. Krystaly jsou široce používány v moderní elektronice, optice a dalších oblastech techniky. A krystaly jsou samozřejmě prostě krásné. Přitahují oko svým pravidelným tvarem a přirozenou symetrií. Navíc to platí nejen pro drahé kameny, ale také pro krystaly vypěstované z improvizovaných prostředků. Jedním z nich je krystal vyrobený ze síranu měďnatého.

O krystalickém stavu hmoty už něco víme z článku o krystalech. Je čas přejít k praktickým cvičením 🙂

Experiment růstu krystalů má řadu funkcí. Jednou z těchto vlastností je doba trvání experimentu. Jde o to, že dobrý a krásný a hlavně velký krystal nelze rychle vypěstovat. To chce čas. Proto byla zkušenost s pěstováním krystalů po dobu devíti dnů rozvinuta v sekci Živý experiment, kde jste mohli pozorovat průběh procesu a třeba i paralelně provádět vlastní experiment. Tento článek je zobecněním informací získaných během experimentu. Takže návod pro ty, kteří si chtějí krystal sami vypěstovat.

K tomu potřebujeme:

• Voda
• Nádoba, ve které bude krystal růst. Nejlepší je, když je nádoba průhledná, například skleněná nádoba. V tomto případě bude vhodné sledovat průběh procesu.
• Malý kousek lepenky na vyříznutí víka nádoby
• Trychtýř
• Filtrační papír nebo jiný materiál, kterým můžete roztok filtrovat. Můžete použít ubrousek.
• Vlákno. Je lepší vzít tenčí a hladší nit, například hedvábí.
• A samozřejmě hmota, ze které krystal vypěstujeme. V experimentu se používá síran měďnatý. Krystal z něj by měl mít krásnou modrou barvu. Kromě toho je docela snadné získat síran měďnatý – obvykle se prodává v každém zahradnictví. Pokud jste nemohli najít síran měďnatý nebo jste prostě příliš líní jít do obchodu, můžete použít jakoukoli krystalickou látku, například běžnou stolní sůl nebo cukr.

Před zahájením experimentu vás musím upozornit, pro případ, že jej budete chtít opakovat, na opatření osobní bezpečnosti. Budete pracovat s chemikáliemi, které vám mohou být škodlivé. Při experimentu nepoužívejte nádoby na potraviny, používejte ochranné pomůcky (rukavice, brýle) a důkladně umyjte laboratorní sklo. Pokud se chemikálie dostanou do kontaktu s pokožkou nebo očima, důkladně je opláchněte vodou. Při požití se poraďte s lékařem.

Formality jsou u konce, můžeme začít.

Jak jsem již řekl, pěstování krystalů je postup, který má některé zvláštnosti. Dalším znakem tohoto pokusu, kromě jeho trvání, je nutnost vypěstovat tzv. semínko, tzn. malý krystal, ze kterého vyroste větší krystal. Bez semínka se obejdete, ale v tomto případě je těžké vypěstovat krásný monokrystal. Proto je lepší semínko pěstovat, zejména proto, že na něm není nic složitého.

Připravíme si nasycený roztok.

Nalijme trochu síranu měďnatého do skleněné nádoby (dále budu mluvit o síranu měďnatém, protože to je to, co je součástí experimentu; použijete látku, kterou se vám podařilo najít).

Sůl (síran měďnatý je sírovo-měděná sůl) zalijte malým množstvím horké vody. Použití horké vody je povinné, protože. Při zvýšených teplotách se zvyšuje rozpustnost solí.

Je lepší umístit nádobu do vodní lázně, aby se roztok předem neochladil.

Míchejte sůl, dokud se nerozpustí, poté přidejte další sůl a znovu promíchejte. Toto opakujeme, dokud se sůl ve vodě nepřestane rozpouštět.

Tak jsme získali nasycený solný roztok.

Nyní je třeba výsledný roztok filtrovat. To musí být provedeno tak, aby v roztoku nezůstaly žádné cizí částice, jako je prach nebo nečistoty. Cizí částice mohou sloužit jako další krystalizační centra, tzn. začnou se kolem nich tvořit další krystaly, ale to nepotřebujeme. V této fázi experimentu to není příliš kritické, ale později bude velmi důležitá čistota roztoku.

Po přefiltrování je potřeba do roztoku vhodit pár krystalků soli – začnou se na nich tvořit semínka.

Nyní je potřeba nádobu umístit na místo, kde bude zajištěn víceméně stálý teplotní režim (skvěle se k tomu hodí okenní parapet), a něčím přikrýt, aby se do ní nedostaly cizí nečistoty.

Roztok začne chladnout a stane se přesyceným, tzn. soli začne být v roztoku více, než se může při dané teplotě rozpustit. Sůl začne krystalizovat a krystalizačními centry budou ta zrnka soli, která jsme přidali do nasyceného roztoku. Budete muset počkat 2-3 dny. Poté přistoupíme k další fázi experimentu.

Je vidět, že se na dně nádoby začaly tvořit krystaly.

Krystaly vyrostly. V zásadě jsou dost velké na to, aby se daly použít jako semínka, ale zkusím si je nechat na další den.

Už uplynulo dost času a vytvořili jsme dobrý materiál pro setí. Zbývá vybrat vhodného kandidáta pro náš budoucí velký krystal síranu měďnatého.

Už je to docela krásné, že? Tím ale nezůstaneme a budeme v našem experimentu pokračovat.

Na první pohled se zdá, že výsledná hmota krystalů je monolit, ale ve skutečnosti není oddělení krystalů nijak zvlášť obtížné.

Pokuste se vybrat krystal nejsprávnějšího tvaru. Vybral jsem ne největší dostupný, ale nejvíce se mi líbil jeho tvar. Čím správnější je tvar semene, tím správnější bude tvar krystalu v budoucnu. Aby byla velikost semínka jasnější, dal jsem vedle něj zápalku.

Nyní je třeba k semínku přivázat nit. Jak jsem psala na začátku článku, je lepší vzít nit méně nadýchanou, aby se na jejích vyčnívajících vláknech netvořily postranní krystaly. Nepoužívejte drát jako věšák.

Nyní je potřeba nit se semínkem provléknout víkem nádoby a zajistit na zadní straně. Musíte jej zajistit tak, abyste si mohli kdykoli upravit výšku zavěšení. Přebytečnou nit můžete například namotat na zápalku z rubové strany nebo nit zajistit kancelářskou sponkou.

Nyní musíme připravit čerstvý solný roztok. Provádí se stejným způsobem jako u setí: sůl se rozpustí v horké vodě, dokud se nepřestane rozpouštět, roztok se přefiltruje. Do tohoto čerstvého roztoku vložíme naše semeno. Dbejte na to, aby se semínko nedotýkalo dna a stěn nádoby, jinak krystal začne růst v nepravidelném tvaru.

A teď máme dvě možnosti. První je složitější. Vyžaduje to více pozornosti a úsilí. Faktem je, že nejkrásnější a pravidelné krystaly se získávají, když je proces krystalizace pomalý. Proto musíme zajistit hladké chlazení solného roztoku. K tomu musíme umístit naši nádobu se semenem do tepelných nádob a neustále sledovat teplotu roztoku. Zjednodušeně řečeno, je tam docela dost povyku. Ale odměna za takové úsilí stojí za to – krystal bude mít co nejčistší a správný tvar.

Druhý způsob je mnohem jednodušší. Umístěte semeno do horkého roztoku a můžete na něj na chvíli zapomenout a nechat proces krystalizace náhodě. Při této metodě nemusí mít rostoucí krystal síranu měďnatého ideální tvar, ale proces růstu bude rychlejší.

Zvolil jsem druhou cestu. Nakonec, když jsem se vydal jednodušší cestou a získal nějaké zkušenosti, mohu vždy provést složitější verzi experimentu. Kromě toho musíte mít na paměti, že rychlá verze experimentu neznamená, že jej lze dokončit za pár hodin. I při zrychleném experimentování bude krystal růst několik dní. V případě dlouhodobé varianty může experiment trvat 1 – 2 měsíce.

Ale v obou případech musíte sledovat růst krystalu. Není třeba krystal vyjímat a znovu se ho dotýkat – může to ovlivnit jeho tvar. Pokud se na krystalu nebo niti začnou tvořit postranní krystaly, je třeba je opatrně odstranit, aby neznehodnotily tvar hlavního krystalu.

A jeden moment. Pokud do roztoku vložíte semínko, které nezačne přibývat, ale naopak se rozpustí, znamená to, že jste připravili nenasycený roztok. Postup přípravy roztoku se bude muset opakovat.

Pokračujeme tedy ve sledování růstu krystalu. Pokud máte nějaké dotazy, můžete mě kontaktovat v komentářích nebo prostřednictvím formuláře zpětné vazby.

V průběhu dne krystal síranu měďnatého výrazně narostl. Na fotce je křišťál v porovnání se zápalkou a křišťál – duplikát semene, který jsem pro jistotu včera nechal.

Jak však vidíte, tvar krystalu není ideální, je zde mnoho vad. To je výsledek rychlého růstu krystalů. Ale stejně ho mám rád

Osvěžil jsem roztok jako předtím a znovu jsem do něj pustil krystal. Protože se rozměry krystalu oproti předchozímu dni výrazně zvětšily, bylo nutné upravit výšku suspenze semen. Experiment pokračuje.

Crystal vyrostla. Znovu jsem obnovil roztok síranu měďnatého.

Krystal síranu měďnatého se sotva vejde do mé sklenice! Nezapomeňte vyčistit vlákno od rostoucích malých krystalů.

Myslím, že tady přichází poslední den experimentu. To druhé není proto, že by krystal nemohl dále růst, ale proto, že se v mém laboratorním skle trochu stěsnal. Vyjmeme krystal, odstřihneme nit až ke kořeni a otřeme ubrousky. Jsme krůček od toho, abychom obdivovali naše umělecké dílo. Faktem je, že pokud krystal necháte tak, jak je, brzy se zhroutí. Aby se tomu zabránilo, musí být „oblečen“ do ochranného obalu. Nejlepší možností je překrýt bezbarvým lakem. Můžete jej také umístit do hermeticky uzavřené nádoby, například zavařovací sklenice. Ale zdá se mi, že nejlepší varianta je překrýt lakem. To mu dodá další lesk a bude ho možné pozorovat, jak se říká, naživo, a ne přes sklo.

Nyní si můžete krystal pořádně prohlédnout. Jeho tvar samozřejmě nebyl ideální. Záměrně jsem ale zvolil rychlou cestu růstu krystalů místo té kvalitní. V každém případě mě výsledek potěšil. Za devět dní narostl krystal síranu měďnatého o více než sedm centimetrů na délku – docela dobrý výsledek!

Dokonce jsem tomu chtěl dát jméno. Dávají jména velkým a jedinečným drahým kamenům. Například, jak byl slavný diamant pojmenován „hrabě Orlov“. Můj krystal má samozřejmě k diamantu daleko, ale je mi svým způsobem drahý 🙂 Proto jsem se ne bez trošky humoru rozhodl nazvat výsledný sedmicentimetrový oblázek Baby.

V tomto okamžiku lze experiment považovat za dokončený. A na závěr – pár fotek Miminka.