Zgodovina pridobivanja umetnih kristalov. Oprema za gojenje kristalov. Alkimisti iz znanosti

Obetaven posel, ki zahteva malo začetnega kapitala in lahko ustvari stabilen dohodek, je gojenje umetnih kristalov za nakit. Široko se uporabljajo v sodobnem nakitu, organizaciji počitnic in imajo pomembne prednosti pred naravnimi kamni. So trpežni, privlačnega videza in cenejši. Kako lahko začnete gojiti kristal in kako dobičkonosno je to?

V skladu z rusko zakonodajo ta dejavnost ne zahteva dovoljenj ali licenc. Njihova proizvodnja je minimalno draga. Priljubljenost teh izdelkov nenehno narašča, saj so za razliko od naravnih kamnov cenovno dostopni množičnim kupcem.

Takšni kristali so idealni za dekorativne namene: ustvarjanje okraskov za novoletno jelko, snežink, okraskov namesto dežja. Z njimi lahko okrasimo praznične kostume. Obstaja resnična priložnost za nastavitev oblike bodočega kristalnega izdelka.

Gojenje kristalov - izračuni donosnosti

Približno 21 rubljev. bo stalo potrebne surovine za ustvarjanje kristala, podobnega rubinu: aluminijev oksid - 7 g, kromov oksid - 0,3 g. Za ogrevanje vode bo porabljenih 3 kW / h 1,5 ure. Stane približno 5 rubljev. Skupni stroški izdelave enega kristala so 26 rubljev. Posledično lahko dobite zelo donosno proizvodnjo kristalov s prodajo teh umetnih draguljev po veliko višji ceni od njihove cene.

Gojenje kristalov doma zahteva veliko potrpljenja in veliko časa. Toda vse to se bo poplačalo z dostojnim dohodkom.

Kako vzgojiti čudovit umetni kristal

Izhodiščne surovine za končni izdelek so navadna kuhinjska sol, bakrov sulfat, boraks in druge snovi.

Tehnologija izdelave takšnega dragulja je zelo preprosta.

1. V steklenem kozarcu je treba ustvariti zelo nasičeno raztopino soli, da se kristali snovi prenehajo raztapljati.

2. Malo segrejte, dokler se sol popolnoma ne raztopi, kozarec s solno raztopino postavite v posodo s toplo vodo.

3. Raztopino prelijte v drug kozarec. Čez njegov vrat postavite most, na katerega na nit pritrdite majhen že pripravljen kristal soli. V treh dneh bo na njej zrasel nov umetni kristal.

4. Da bi dobili želeno kristalno obliko, morate na svinčnik privezati surovec v obliki snežinke ali drugega izdelka in ga spustiti v raztopino. Obrazec mora prosto viseti, ne da bi se dotaknil dna.

5. Te posode ne smete stresati, obračati ali dvigovati. Biti mora na toplem.

6. Ko kristal doseže želeno velikost, ga je treba odstraniti in previdno posušiti s papirnato servieto ali mehko krpo.

7. Nato nit odrežemo in kristale premažemo z brezbarvnim lakom.

Za pridobitev kristalov višje kakovosti, podobnih pravim, morate uporabiti seme, ki ga postavite v raztopino (aluminij ali kalijev kromov galun).

Gojenje kristalov - nianse

Umetni kamni so lahko različnih barv

1. Namizna sol in sladkor bosta tvorila brezbarven kristal.

2. Za pridobivanje kristalov je najbolje uporabiti bakrov sulfat, da dobimo kristale svetlo modre barve, podobne turkizni. To poceni snov je mogoče enostavno kupiti v kateri koli trgovini za vrtnarjenje in vrtnarjenje. Uporablja se za zatiranje rastlinskih škodljivcev in je zelo poceni.

3. Pri uporabi kalijevega kromovega galuna dobimo neverjetne vijolične kristale, podobne ametistu.

Če želite ustvariti umetni dragulj, ki bi lahko zanimal profesionalne draguljarje, bi morali kupiti potrebno opremo. Na ta način je mogoče izdelati umetne dragulje do 400 karatov.

Če ste ustvarjalni, je gojenje kristalov lahko zanimiv podvig, s katerim lahko zaslužite precejšen dohodek.

Gojenje pravega kristala je povsem preprosto, zanimivo in poučno. Ta članek govori o tem, kako to storiti doma.

Kristali nastanejo iz katere koli snovi, katere atomi in molekule so združeni v urejeno strukturo. Za njihovo gojenje ne potrebujete laboratorija ali posebne opreme. Najenostavnejši reagenti, ki so vedno pri roki, bodo naredili.

Gojenje kristala je eden najlažjih in najvarnejših kemijskih poskusov, ki so na voljo doma. Pod nadzorom odraslega ga lahko izvaja tudi osnovnošolski otrok.

Nagrada za vaš trud bo predmet izjemne lepote, ki ga ustvarite z lastnimi rokami.

Vrste kristalov

1. Monokrist je en sam velik kristal, na primer umetni kamen. Nastane pod pogojem, da se procesi kristalizacije odvijajo izjemno počasi.
2. Polikristal nastane, ko pride do hitre kristalizacije. V tem primeru nastane veliko drobnih kristalov. Tako se obnašajo kovine.

Načini gojenja kristalov doma

Eden najpreprostejših načinov za rast kristala je hlajenje nasičene raztopine. Kakšni procesi se pojavijo v tem primeru?

1. V topli vodi se snov, izbrana za poskus (na primer sol), popolnoma raztopi.
2. Temperatura raztopine se zniža: to zmanjša topnost soli. Nastane neraztopljena sol in se obori.
3. Tvorba oborine se začne s tvorbo majhnih zrn tako v sami raztopini kot na površini posode, v kateri je postavljena.
4. Če v raztopini ni tujih vključkov (navadnih madežev prahu, kosmičev itd.) in se ohlajanje pojavi postopoma, se ta zrna-kristali zrastejo v večje in pravilnejše kristale.
5. Hitro ohlajanje povzroči nastanek številnih drobnih kristalov nepravilne oblike naenkrat, ki se med seboj ne povezujejo in drug drugemu zavirajo rast.

Kristal bo zrasel tudi, če topilo (vodo) postopoma odstranjujemo iz nasičene raztopine. Kako to storiti in kaj se bo zgodilo v plovilu?

1. Posode z nasičeno raztopino je treba dolgo hraniti pri konstantni temperaturi.
2. Treba je preprečiti vstop smeti in prahu ter upočasniti izhlapevanje vode (za to samo pokrijte posodo s papirjem).
3. Kristal lahko vzgojite na nekakšni suspenziji v sredini posode (takrat bo dobil pravilno obliko) ali na dnu posode.
4. Če kristal raste na dnu, ga je treba občasno vrteti, da dosežemo simetrijo.
5. Namesto izparele vode dodajte raztopino enake konsistence kot na začetku poskusa.

Osnovno načelo v tem primeru ostaja enako: počasnejši kot so procesi, ki vplivajo na kristalizacijo, lepši, večji in pravilnejši bodo kristali. Če je bil prvotni kristal, ki je služil kot osnova za rast, nepravilne oblike, bo med rastjo dopolnil manjkajoče dele in prevzel konfiguracijo, značilno za naravo njegove snovi. Tako bo bakrov sulfat sčasoma zrasel v romb, soli kroma in kalija pa bodo tvorile oktaeder.

Menijo, da lahko le majhen kristal raste doma iz improviziranih sredstev. To ni tako: z ustrezno pozornostjo obstajajo vse možnosti, da doma gojite kristal katere koli velikosti in teže. Pravzaprav je za to dovolj, da nadaljujete postopek kristalizacije, dokler ne dosežete želenega rezultata. Seveda morate takoj izbrati posodo, ki je primerna po velikosti.

Varnost kristalov

Neupoštevanje pogojev shranjevanja lahko povzroči uničenje kristala. Vnaprej se je treba seznaniti z značilnostmi izbrane snovi, da se izognete razočaranju na koncu tako dolgega in mukotrpnega dela.

Tako bodo izklesani robovi kristala galuna pod vplivom navadnega suhega zraka zbledeli zaradi izgube vlage in se drobili ter tvorili siv prah. Enako se bo zgodilo z natrijevim sulfatom in tiosulfatom, manganovo, cinkovo, nikljevo soljo in soljo Rochelle. Edini izhod je, da kristale položite v zaprte prozorne posode. Nekateri priporočajo, da kristale prekrijete s prozornim lakom, vendar to le odloži smrt. Prav tako lakirani robovi izgubijo prvotni sijaj in izgledajo umetno.

Visoke temperature uničijo kristale, zrasle iz bakrovega sulfata in kalijevega galuna. Življenjsko dobo takšnih kristalov lahko podaljšamo s shranjevanjem v gospodinjskem hladilniku. Vendar pa bodo tudi tukaj trajale približno 2 leti.

Druga težava kristalov vodotopnih snovi je, da jih temperaturne spremembe uničijo zaradi vlage, ki se v majhnih količinah zadržuje v njih. Zaradi tega se pojavijo madeži, odkroji, robovi zbledijo in izgubijo sijaj.

Morda najbolj stabilna snov, priljubljena za gojenje kristalov, je kuhinjska sol.

Človeštvo kristale uporablja že od pradavnine. Sprva so bili to naravni kristali, ki so jih uporabljali kot orodje in sredstvo za zdravljenje in meditacijo. Kasneje so redki kamni in plemenite kovine začeli delovati kot denar. Temeljne znanstvene raziskave in odkritja 20. stoletja so omogočili razvoj metod za proizvodnjo umetnih kristalov in znatno razširili obseg njihove uporabe.

Monokristal je homogeni kristal, ki ima zvezno kristalno mrežo in anizotropijo lastnosti. Zunanja oblika posameznega kristala je odvisna od atomske kristalne strukture in pogojev kristalizacije. Primeri monokristalov so monokristali kremena, kamene soli, islandskega špata, diamanta in topaza.

Če je hitrost rasti kristalov visoka, se bodo oblikovali polikristali, ki imajo veliko število monokristalov. Monokristali snovi visoke čistosti imajo enake lastnosti ne glede na način proizvodnje.

Danes obstaja približno 150 metod za proizvodnjo monokristalov: parna faza, tekoča faza (raztopine in taline) in trdna faza.

Na Odseku za visokotemperaturne materiale in metalurgijo prahu uporabljam najnovejšo metodo za gojenje monokristalov lantanovega heksaborida in različnih evtektičnih zlitin na njegovi osnovi. Monokristali teh spojin se uporabljajo za izdelavo katod, ki se uporabljajo v emisijski tehnologiji.

Zaradi razvoja elektrotehnike in elektronike se uporaba monokristalov iz leta v leto povečuje. Dele iz monokristalnih materialov visoke čistosti lahko vidimo v vseh novih modelih elektronskih naprav, od radia do velikih elektronskih računalniških strojev.

Tehnologija nima nabora lastnosti naravnih kristalov, zato so znanstveniki razvili zapleteno tehnološko metodo za ustvarjanje kristalno podoben snovi z vmesnimi lastnostmi, z gojenjem ultratankih plasti (nekaj do deset nanometrov) izmenjujočih se kristalov s podobnimi kristalnimi mrežami – metoda epitaksije. Te kristale imenujemo fotonski kristali.

Fotonski kristali imajo prepovedane energijske pasove - to so energijske vrednosti fotonov, ki ne morejo prodreti v kristal in se v njem raztopiti. Če ima energija svetlobnega kvanta sprejemljivo vrednost, bo ta uspešno prešel skozi kristal. To pomeni, da lahko fotonski kristali delujejo kot svetlobni filter, ki prenaša fotone z določenimi energijskimi vrednostmi in filtrira vse druge.

Fotonski kristali imajo 3 skupine, ki so določene s številom prostorskih osi, v katerih se spreminja lomni količnik. Po tem kriteriju delimo kristale na eno-, dvo- in tridimenzionalne.

Znan predstavnik fotonskih kristalov je opal, ki ima neverjeten barvni vzorec, ki se pojavi prav zaradi obstoja prepovedanih energijskih con.

Posamezni kristali umetnih safirjev so le malo slabši od trdote diamanta in imajo visoko odpornost na praske, kar jim omogoča uporabo kot zaščitne zaslone v elektronskih napravah (tablice, pametni telefoni itd.). Uporaba metode Czochralski omogoča pridobivanje ogromnih monokristalov umetnih safirjev.

Dandanes znanstveniki vse pogosteje govorijo o nanokristalih. Nanokristali so lahko veliki od 1 do 10 nm, kar je odvisno od vrste nanokristalov, pa tudi od načina njihove proizvodnje. Običajno so 100 nm za keramiko in kovine, 50 nm za diamant in grafit ter 10 nm za polprevodnike. Velikost nanokristalov vpliva na pojav neobičajnih lastnosti običajnih snovi.

(Obiskano 1333-krat, 1 obisk danes)

Sintetično pridobljeni dragi kamni se po svojih fizikalnih lastnostih in kemični sestavi praktično ne razlikujejo od naravnih. Vsi izdelki, ki se prodajajo v zlatarnah, ne vsebujejo naravnih kamnov. In to je čisto normalno. Poglejmo, kako odpreti lastno podjetje za gojenje rubinastih kristalov doma.

Glavna težava je v tem, da večina naravnih kamnov nima vseh potrebnih lastnosti, da bi se pokazala v nakitu. Kamni, pridobljeni v tovarniških ali laboratorijskih pogojih, imajo skoraj enake lastnosti. Poleg tega je sintetična proizvodnja nakita cenejša od rudarjenja naravnega nakita v globokih in življenjsko nevarnih rudnikih.

Gojenje z omejeno količino soli

Za to metodo je primeren kalijev galun. Najbolje je gojiti kristale iz bakrovega sulfata doma. Od navadne soli ne rastejo dobro. Toda bakrov sulfat je enostavno kupiti in iz njega zrastejo zelo lepi modri umetni dragi kamni.

1. Pripravite posodo. V njej bomo naredili nasičeno raztopino soli. Nalijte nekaj žlic soli, napolnite z vodo in premešajte. Sol dodajamo toliko časa, da se neha raztapljati. Uporabite vročo vodo, da se izognete napakam pri razmerjih. Za različne soli obstajajo krivulje topnosti. Kažejo, koliko gramov se lahko raztopi v 100 ml vode pri določeni temperaturi.

Krivulje topnosti

2. Filtrirajte raztopino. Ta korak je zelo pomemben, še posebej, če bakrov sulfat kupite v vrtnem centru. Če je raztopina umazana, bo kristal zrasel z napakami. Raztopino pustite en dan, da iz nje padejo odvečni kristali. Naselijo se na dnu kozarca in nam služijo kot seme (glavni elementi, na katerih bodo zrasle nove).

3. Kristal privežemo na ribiško vrvico. Ribiško vrvico ovijemo okoli svinčnika in to napravo obesimo na kozarec z nasičeno raztopino. Sčasoma voda izhlapi, nasičenost raztopine se poveča. Odvečna snov, ki se ne more raztopiti, se usede na naš izdelek.

4. Enkrat na dva tedna v kozarec dodajte nasičeno raztopino. Zakaj to storiti? Sčasoma voda izhlapi in na neki točki med rastjo ne bo dovolj vode in rast se bo ustavila.

Pomembno! Dodana raztopina mora imeti enako temperaturo kot raztopina, v kateri raste kristal. Če je najvišja, lahko vse pokvarimo.

5. Po treh mesecih odstranite kristal in posušite s prtičkom.

6. Izdelek pokrijte z 1-2 slojema brezbarvnega laka za nohte. To je potrebno, da se ne izsuši in izgubi sijaj. Po sušenju lahko izdelek obdelate ročno.

To je nekaj čudovitih rubinov, ki jih lahko vzgojite doma!

Z razvojem tehnologije se je človeštvo naučilo s pospešenimi metodami proizvajati marsikaj, za kar narava potrebuje tisočletja. Dragi kamni niso bili izjema. Ker številni naravni minerali nimajo le nakitne vrednosti, ampak se uporabljajo tudi na različnih področjih znanosti in proizvodnje, se je priložnost za pridobitev kristala z natančno določenimi lastnostmi izkazala za zelo privlačno. Tej usodi ni ušel korund, ki ga večina človeštva pozna kot . Kako se proizvaja umetni safir in ali ga je mogoče ločiti od pravega kamna?

Zgodba

Zgodovina umetnega korunda se je začela leta 1904, ko je Auguste Verneuil razkril metodo za proizvodnjo umetnih mineralov z uporabo navpičnega gorilnika, toka zraka in prahu aluminijevega oksida. Zanimivo je, da je znanstvenik odkril veliko prej, vendar ga ni takoj objavil.

Kasneje so znanstveniki iz različnih držav patentirali druge metode za proizvodnjo umetnih kristalov. K razvoju teh tehnologij so veliko prispevali znanstveniki iz ZSSR. Na Inštitutu za kristalografijo Akademije znanosti ZSSR. A.V. Shubnikov je razvil metodo za gojenje korunda z določeno velikostjo in smerjo kristalizacije.

Sredi dvajsetega stoletja je ameriško podjetje Linde patentiralo metodo za gojenje umetnih safirjev z učinkom asterizem.

Različni načini pridobivanja

Danes obstajajo tri najpogostejše metode gojenja kristalov. Takoj je treba omeniti, da se uporabljajo za pridobivanje ne le korunda, temveč tudi drugih mineralov, ki se uporabljajo v nakitu in industriji.

Verneuilova metoda

Po trenutno sprejetih standardih se ime tega znanstvenika bere kot Vernee, vendar se je ime metode že uveljavilo. Bistvo metode je, da pod vplivom kisika mešanica aluminijevega oksida prehaja skozi plamen, se stopi in zbere na posebnem zatiču. Po tem se zatič ponovno postavi v plamen in material, ki se je imel čas strditi, se ponovno stopi in nastane več kristalov. Tista, ki je usmerjena v najhitrejšo rast, postane seme za novo koščico.

Tako vzgojeni kristali se imenujejo Buli. To je lahko posledica dejstva, da so bili prvi pridobljeni vzorci okrogle oblike.

Temelji na močnem segrevanju snovi, iz katere se načrtuje vzgoja kristala v ognjevarni posodi. Po prehodu tališča se v notranjost postavi seme bodočega kristala, okoli katerega se začne oblikovati. Med rastjo kristala se seme postopoma dviguje navzgor, hkrati pa se vrti okoli svoje osi. Rezultat je ozek in precej dolg kristal.

Metoda talilne cone

Druga metoda, ki je v zadnjem času postala zelo priljubljena, je metoda talilne cone. Deli posode z materialom za bodoči kamen se zaporedno segrejejo. Zahvaljujoč temu kristal raste.

Ljudje so se naučili izdelovati tudi najdragocenejše safirje, zvezdaste safirje. Tehnologijo je razvil oddelek Unaon Carbide Corporation in vključuje dodajanje rutila mešanici aluminijevega oksida. Velikost in lokacijo rutilnih igel je mogoče nadzorovati s prilagajanjem pretoka kisika, ki prehaja skozi posodo s talino. Ustvarjanje kristala v tem primeru poteka po metodi Verneuil.

Kako razlikovati?

Kljub dejstvu, da sodobni umetni safirji niso veliko slabši od naravnih, nekateri kupci želijo biti prepričani, da kupujejo naravni kamen.

Obstaja več znakov, s katerimi lahko določite izvor korunda:

• Cena. Kljub dejstvu, da imajo umetni minerali relativno visoke stroške, so še vedno veliko nižji od stroškov naravnega korunda. Če torej kos stane veliko manj, kot običajno stane nakit s safirjem, je to umetni kamen. Glavna pomanjkljivost metode je, da deluje le v poštenih zlatarnah.
• Certifikat. Vsak kamen, ki se uporablja v namene nakita, ima certifikat, v katerem so navedene vse manipulacije, ki so bile na njem opravljene. Če je safir umeten, bo to tudi označeno. Nepripravljenost ali nezmožnost prodajalca potrdila je znak, da kupcu ni ponujen naravni kamen. Poleg tega lahko govorimo ne le o umetnem safirju, ki je še vedno dragi kamen, ampak o bolj surovih ponaredkih.
• Zunanji podatki. Ne glede na to, kako paradoksalno se sliši, so umetni kristali veliko lepši od naravnih. Sodobne tehnologije omogočajo nadzor nad vsakim trenutkom rasti kamna in vzgojo kristala z natančno določenimi lastnostmi. Ne vsebujejo tujih vključkov, ki jih najdemo v absolutno vseh naravnih safirjih. Edina stvar, ki je lahko opazna v umetnem kamnu, so plinski mehurčki.
• Če govorimo o kristalih, ki imajo učinek asterizem, potem naravna zvezda na površini se bo premaknila , umetnih pa ne.
• Kristal postavite v posodo napolnjeno z vodo in ga položite na bel rjuho. Osvetlitev usmerite s strani. Ravne črte – naravne , ukrivljeno – umetno.
• Pod ultravijoličnimi žarki imajo naravni kristali bele poudarke. Pri umetno gojenih živalih tega učinka ni.

Po pravici povedano je treba omeniti, da je umetni safir še vedno safir tako po svoji kemični sestavi kot po lastnostih. Velik problem predstavljajo poskusi nekaterih brezobzirnih poslovnežev, da bi za korund izdali druge, cenejše nakitne kamne, steklene kose ali unikatne kompozitne kristale, imenovane »dvojniki« ali »trojčki«. Gre za zlepljene kose naravnega safirja (zgoraj) in stekla ali cenejših kristalov (spodaj). Ponaredek lahko odkrijete pod povečevalnim steklom.

Umetni korund je uporaben material, ki se uporablja ne samo v nakitu, ampak tudi v številnih industrijskih sektorjih. Z uporabo industrijskih metod je mogoče ustvariti popolnoma čiste brezbarvne safirje, s katerimi se je vsaj enkrat srečal vsak sodoben človek. Na primer, uporabljajo se za proizvodnjo ojačanega stekla za različne pripomočke ali ročne ure. In barvni umetni kristali izgledajo zelo spodobno v različnih nakitih in so cenovno dostopni za večino kupcev.

Umetni kristali

Človek je dolgo sanjal o sintetiziranju kamnov, ki so enako dragoceni kot tisti, ki jih najdemo v naravi. Vse do 20. stoletja takšni poskusi so bili neuspešni. Toda leta 1902 je bilo mogoče pridobiti rubine in safirje, ki so imeli lastnosti naravnih kamnov. Kasneje, v štiridesetih letih prejšnjega stoletja, so sintetizirali smaragde, leta 1955 pa sta General Electric in Fizikalni inštitut Akademije znanosti ZSSR poročala o proizvodnji umetnih diamantov.

Številne tehnološke potrebe po kristalih so spodbudile raziskave metod za gojenje kristalov z vnaprej določenimi kemičnimi, fizikalnimi in električnimi lastnostmi. Prizadevanja raziskovalcev niso bila zaman in našli so metode za gojenje velikih kristalov več sto snovi, od katerih mnoge nimajo naravnega analoga. V laboratoriju kristale gojimo v skrbno nadzorovanih pogojih, da zagotovimo želene lastnosti, načeloma pa laboratorijski kristali nastajajo enako kot v naravi – iz raztopine, taline ali pare. Tako se piezoelektrični kristali Rochelle soli gojijo iz vodne raztopine pri atmosferskem tlaku. Velike kristale optičnega kremena gojijo tudi iz raztopine, vendar pri temperaturah 350-450 o C in tlaku 140 MPa. Rubine sintetiziramo pri atmosferskem tlaku iz prahu aluminijevega oksida, staljenega pri temperaturi 2050 o C. Kristale silicijevega karbida, ki se uporabljajo kot abraziv, pridobivajo iz pare v električni peči.

Uporaba tekočih kristalov v napravah

prikaz informacij

Takrat se je obstoj tekočih kristalov zdel nekakšna zanimivost in nihče si ni mogel predstavljati, da jih skoraj sto let kasneje čaka velika prihodnost v tehničnih aplikacijah. Zato so bili po nekaj zanimanja za tekoče kristale takoj po njihovem odkritju čez nekaj časa praktično pozabljeni.

V poznem devetnajstem in zgodnjem dvajsetem stoletju so bili številni zelo ugledni znanstveniki zelo skeptični glede odkritja Reinitzerja in Lehmanna. Dejstvo je, da so se številne avtoritete zdele zelo dvomljive ne samo opisane protislovne lastnosti tekočih kristalov, ampak tudi, da so se lastnosti različnih tekočekristalnih snovi izkazale za bistveno različne. Nekateri tekoči kristali so imeli zelo visoko viskoznost, drugi pa nizko. Čas je mineval, dejstva o tekočih kristalih so se postopoma kopičila, vendar ni bilo splošnega načela, ki bi nam omogočilo vzpostaviti nekakšen sistem v predstavah o tekočih kristalih. Zasluge za ustvarjanje temeljev sodobne klasifikacije tekočih kristalov pripadajo francoskemu znanstveniku J. Friedelu. V dvajsetih letih je Friedel predlagal razdelitev vseh tekočih kristalov v dve veliki skupini. Eno skupino je poimenoval nematična, drugo smektična. Predlagal je tudi splošni izraz za tekoče kristale (mezomorfna faza). Friedel je želel poudariti, da zavzemajo tekoči kristali vmesni položaj med pravimi kristali in tekočinami, tako po temperaturi kot po fizikalnih lastnostih. Nematski tekoči kristali v Friedlovi klasifikaciji so kot razred vključevali zgoraj omenjene holesterične tekoče kristale. Najbolj "kristalni" med tekočimi kristali so smematski. Za smatične kristale je značilna dvodimenzionalna urejenost. Molekule so nameščene tako, da so njihove osi vzporedne. Poleg tega »razumejo« ukaz »biti enak« in so postavljeni v urejene vrste, zapakirane na smatične ravnine in v vrste na nematske ravnine.

Aplikacija

Razporeditev molekul v tekočih kristalih se spreminja pod vplivom dejavnikov, kot so temperatura, tlak, električna magnetna polja; spremembe v razporeditvi molekul vodijo do sprememb v optičnih lastnostih, kot so barva, prosojnost in sposobnost vrtenja ravnine polarizacije prepuščene svetlobe. To je osnova za številne aplikacije tekočih kristalov. Na primer, odvisnost barve od temperature se uporablja v medicinski diagnostiki. Z nanašanjem določenih materialov s tekočimi kristali na pacientovo telo lahko zdravnik zlahka prepozna tkiva, ki jih je prizadela bolezen, s spremembo barve na mestih, kjer ta tkiva ustvarjajo povečano količino toplote. Temperaturna odvisnost barve vam omogoča tudi nadzor nad kakovostjo izdelkov, ne da bi jih uničili. Če se kovinski izdelek segreje, bo njegova notranja napaka spremenila porazdelitev temperature na površini. Te napake prepoznamo po spremembi barve na površini materiala s tekočimi kristali. Tekoči kristali se pogosto uporabljajo pri izdelavi ročnih ur in kalkulatorjev. Ustvarjajo se ploski televizorji s tankimi zasloni s tekočimi kristali. Relativno nedavno so bila pridobljena ogljikova in polimerna vlakna na osnovi tekočih kristalnih matric.

Prihodnje uporabe tekočih kristalov

Nadzorovana optična prosojnost. Znano je, da se množično ustvarjanje velikih ravnih zaslonov na tekočih kristalih sooča s težavami tehnološke in ne temeljne narave. Čeprav je načeloma dokazana možnost izdelave takih zaslonov, se zaradi kompleksnosti njihove proizvodnje s sodobno tehnologijo izkaže, da so njihovi stroški zelo visoki. Zato se je pojavila ideja o izdelavi projekcijskih naprav s tekočimi kristali, v katerih bi lahko sliko, dobljeno na majhnem tekočekristalnem platnu, v povečani obliki projicirali na običajno platno, podobno kot se to dogaja v kinu s filmskimi okvirji. Izkazalo se je, da je takšne naprave mogoče implementirati na tekoče kristale, če uporabimo sendvič strukture, v katerih je plast fotopolprevodnika vključena v plast tekočega kristala. Slika se posname v tekočem kristalu s pomočjo fotopolprevodnika s svetlobnim žarkom. Načelo snemanja slike je zelo preprosto. V odsotnosti osvetlitve fotopolprevodnika je njegova prevodnost zelo majhna, zato skoraj vsa potencialna razlika, ki se nanaša na elektrode optične celice, v katero je dodatno vnesen fotopolprevodniški sloj, pade na ta fotopolprevodniški sloj. V tem primeru stanje plasti tekočega kristala ustreza odsotnosti napetosti na njej. Ob osvetlitvi fotopolprevodnika se njegova prevodnost močno poveča, saj svetloba v njem ustvari dodatne nosilce toka (proste elektrone in luknje). Posledično pride do prerazporeditve električnih napetosti v celici - zdaj skoraj vsa napetost pade čez plast tekočih kristalov, stanje plasti, zlasti njene optične značilnosti, pa se spreminja glede na velikost uporabljene napetosti. Tako se optične značilnosti plasti tekočih kristalov spreminjajo kot posledica delovanja plasti.

Očala za astronavte

Ko smo se seznanili z masko za elektrovarilca in očali za stereo televizijo, smo opazili, da v teh napravah nadzorovani tekočekristalni filter takoj zapre celotno vidno polje enega ali obeh očes. Obstaja situacija, ko je nemogoče blokirati celotno vidno polje osebe, hkrati pa je potrebno blokirati določene dele vidnega polja.

Takšna potreba se lahko na primer pojavi pri astronavtih, ko delajo v vesolju pod izjemno močno sončno svetlobo. To težavo, tako kot pri maski za elektrovarilca ali očalih za stereo televizijo, lahko rešijo krmiljeni tekočekristalni filtri. V teh očalih mora vidno polje vsakega očesa zdaj blokirati ne en filter, temveč več neodvisno nadzorovanih filtrov. Na primer, filtri so lahko izdelani v obliki koncentričnih obročev s središčem na sredini očal ali v obliki črt na očalih, od katerih vsaka ob vklopu zapre le del vida očesa.

Takšna očala so lahko uporabna ne samo za astronavte, ampak tudi za ljudi drugih poklicev, na primer za pilote sodobnih letal, kjer je ogromno instrumentov. Takšna očala bodo zelo uporabna tudi pri biomedicinskih študijah operaterskega dela, povezanega z zaznavanjem velikih količin vizualnih informacij.

Tovrstni filtri in indikatorji na tekočih kristalih bodo nedvomno našli (in že najdejo) široko uporabo v filmski in fotografski opremi. Za te namene so privlačni, ker za krmiljenje zahtevajo zanemarljivo količino energije, v nekaterih primerih pa omogočajo izločitev delov iz opreme; izvajanje mehanskih gibov. Na katere mehanske dele filmske in fotografske opreme mislite? To so zaslonke, filtri - dušilci svetlobnega toka in končno prekinjevalci svetlobnega toka v filmski kameri, ki so sinhronizirani z gibanjem fotografskega filma in zagotavljajo njegovo osvetlitev okvir za okvirjem.

Fotonski kristali– eden od predmetov nanotehnologije, interdisciplinarnega področja, ki služi kot osnova tehnologije v 21. stoletju. na vseh področjih človekove dejavnosti (računalništvo, medicina, kovinska tehnologija itd.). Izraz "fotonski kristal" se je pojavil v 80. letih 20. stoletja.

V zadnjih 10 letih se je povečalo zanimanje za fotonske kristale in naprave, ki temeljijo na njih, tako s strani fizikov kot vodilnih visokotehnoloških podjetij in podjetij vojaško-industrijskega kompleksa. Stanje primerjamo z obdobjem hitrega razvoja integrirane mikroelektronike v šestdesetih letih prejšnjega stoletja in ga določa možnost ustvarjanja optičnih mikrovezij po analogiji s vezji klasične mikroelektronike. Odprla se je možnost bistveno novih načinov shranjevanja, prenosa in obdelave informacij, ki temeljijo na materialih nove vrste (fotonika). Načrtuje se izdelava novega tipa laserjev z nizkim pragom sevanja in optičnimi stikali. Vendar pa je ustvarjanje tridimenzionalnih fotonskih kristalov (privedli naj bi namreč do temeljnih sprememb v tehnologiji) precej težka naloga.

Fotonski kristali so odprli neverjetno priložnost za shranjevanje in obdelavo informacij – ustvarjanje pasti za fotone. To je območje v kristalu, iz katerega fotoni ne morejo uiti zaradi odsotnosti fotonskega prevodnega pasu v okoliškem materialu. Situacijo primerjamo z naelektrenim prevodnikom, obdanim z dielektrikom. Paradoksalna situacija "ustavitve fotona", katerega masa je enaka nič, ni v nasprotju z zakoni fizike, saj ne govorimo o prostem fotonu v interakciji s periodično strukturo. Poimenovali so ga že težki foton. Težke fotone nameravajo uporabiti v spominskih elementih, optičnih tranzistorjih itd.

Drugo, že resnično v bližnji prihodnosti, področje uporabe fotonskih kristalov je povečanje učinkovitosti žarnic z žarilno nitko za red velikosti. V prihodnosti se načrtuje prehod na računalnike, ki temeljijo izključno na fotoniki, ki imajo vrsto prednosti pred računalniki, ki temeljijo na elektroniki.

Leta 2004 se je pojavilo sporočilo o ustvarjanju laserja na osnovi umetnega obrnjenega opala. Koloidni delci kadmijevega selenida s premerom 4,5 nm so bili vneseni v votle krogle, ki se nahajajo na razdalji 240-650 mm. Z uporabo laserskega impulza so bili ti "umetni atomi" preneseni v vzbujeno stanje in čas emisije je bilo mogoče nadzorovati. Upoštevajte, da so laserji z zakasnjeno emisijo ugodni za uporabo, na primer, za sončne celice, tisti s pospešeno emisijo pa so koristni za mini laserje in LED.

Izvor in struktura dragih kamnov

Vsi dragi kamni, razen redkih izjem, spadajo v svet mineralov. Spomnimo se njihovega izvora in strukture. O pogojih za nastanek dragih kamnov, ki niso minerali v ožjem pomenu besede (na primer jantar, korale in biseri).

Minerali se lahko pojavijo na več načinov. Nekateri nastanejo iz ognjenih tekočih talin in plinov v drobovju Zemlje ali iz vulkanske lave, ki izbruhne na njeno površino (magmatski minerali). Drugi izpadajo iz vodnih raztopin ali rastejo s pomočjo organizmov na (ali blizu) zemeljskega površja (sedimentni minerali). Končno nastanejo novi minerali s prekristalizacijo obstoječih mineralov pod vplivom visokih tlakov in visokih temperatur v globokih plasteh zemeljske skorje (metamorfni minerali).

Kemična sestava mineralov je izražena s formulo. Nečistoče se ne upoštevajo, tudi če povzročijo pojav barvnih odtenkov, do popolne spremembe barve minerala. Skoraj vsi minerali kristalizirajo v določenih oblikah. To pomeni, da so kristali homogene telesne sestave z pravilno razporeditvijo atomov v rešetki. Za kristale so značilne stroge geometrijske oblike in omejeni s pretežno gladkimi ravnimi robovi. Večina kristalov je majhnih, obstajajo pa velikanski primerki. Notranja zgradba kristalov določa njihove fizikalne lastnosti, vključno z zunanjo obliko, trdoto in cepljivostjo, vzorcem lomljenja, gostoto in optičnimi pojavi.

Osnovni pojmi

Gemstone ali dragi kamen. Celotna skupina kamnov ima eno skupno lastnost - posebno lepoto. Prej se je le nekaj kamnov imenovalo dragulji. Danes se je njihovo število močno povečalo in še naprej narašča. Večinoma so to minerali, veliko redkeje kamnine. Med drage kamne sodijo tudi nekateri minerali organskega izvora: jantar, korale in biseri. Tudi fosilizirane organske ostanke (fosile) uporabljajo kot dekoracijo. Po namenu so dragim kamnom podobni številni drugi materiali za nakit: les, kost, steklo in kovina.

Poldragi kamen - pojem je še vedno pogost v trgovini, vendar se ga zaradi slabšalnega pomena ne bi smelo uporabljati. Prej so manj vredne in ne zelo trde kamne imenovali poldragi in jih primerjali s "pravimi" dragimi kamni.

Okrasni kamen. To je skupni izraz, ki se nanaša na vse kamne, ki se uporabljajo kot dekoracija in za izdelavo kamnoseških rezbarij. Včasih se manj vredni ali neprozorni kamni imenujejo okrasni.

Dragulj. Nakit je okras, sestavljen iz enega ali več dragih kamnov, vgrajenih v plemenito kovino. Včasih se polirani kamni brez nastavitve, pa tudi nakit iz plemenitih kovin brez kamnov imenujejo tudi nakit.

Dragulji in poldragi kamni

Dragulji so človeštvu znani že več kot sedem tisoč let. Prvi med njimi so bili: ametist, kamniti kristal, jantar, žad, koral, lapis lazuli, biser, serpentin, smaragd in turkiz. Dolgo časa so bili ti kamni na voljo le predstavnikom privilegiranih razredov in niso služili le kot okras, temveč so simbolizirali tudi družbeni status svojih lastnikov.

Do začetka 19. stol. drage kamne so uporabljali celo v medicinske namene. V nekaterih primerih je veljalo, da zadostuje določen kamen, v drugih so ga nanesli na boleče mesto, v tretjih so ga zdrobili v prah in zaužili. Starodavne medicinske knjige vsebujejo »natančne« podatke o tem, kateri kamen lahko pomaga pri določeni bolezni. Zdravljenje z dragimi kamni se imenuje litoterapija. Včasih je prinesla uspeh, vendar tega ne gre pripisati kamnu samemu, temveč psihološki sugestiji, ki je blagodejno vplivala na bolnika. Neuspeh pri zdravljenju so razložili z dejstvom, da se je kamen izkazal za "ponarejenega". Na Japonskem še danes prodajajo tablete iz biserov v prahu (torej kalcijevega karbonata) za medicinske namene.

In v sodobnih religijah imajo dragi kamni posebno mesto. Tako je naprsni oklep judovskega velikega duhovnika okrašen s štirimi vrstami dragih kamnov. Podobni kamni se lesketajo na tiarah in mitrah papežev in škofov krščanske cerkve, pa tudi na skrinjah, monštrancah, rakih in okvirjih ikon.

Razcep in zlom

Mnogi minerali počijo ali se razcepijo vzdolž gladkih, ravnih površin. Ta lastnost mineralov se imenuje cepitev in je odvisna od strukture njihove kristalne mreže, od adhezijskih sil med atomi. Razcepnost ločimo na zelo popolno (evklaza), popolno (topaz) in nepopolno (granat). Številni dragi in okrasni kamni (na primer kremen) ga sploh nimajo. Ločeno je sposobnost kristala, da se razcepi na določenih področjih vzdolž vzporedno usmerjenih površin.

Prisotnost cepitve je treba upoštevati pri poliranju in rezanju kamnov, pa tudi pri njihovem vstavljanju v okvir. Močna mehanska obremenitev lahko povzroči razcep (razpoko) vzdolž cepitve. Pogosto za določitev trdote zadostuje rahel udarec ali pretiran pritisk. Prej se je cepitev uporabljala za natančno seciranje velikih kamnov na kose ali za ločevanje poškodovanih območij. Zdaj se tovrstni posegi izvajajo predvsem z žaganjem, kar omogoča boljši izkoristek oblike kamna, pa tudi izogibanje neželenim razpokam in razpokam.

Imenuje se oblika površine drobcev, na katere se mineral razbije ob udarcu kink. Lahko je školjkasta (podobna odtisu školjke), neenakomerna, razdrobljena, vlaknasta, stopničasta, gladka, zemeljska itd. Včasih lahko prelom služi kot diagnostični znak, ki omogoča razlikovanje med minerali, podobnimi po videzu. Konhoidalni zlom je značilen na primer za vse sorte kremena in imitacije steklenih dragih kamnov.

Gostota

Gostota (prej imenovana specifična teža) je razmerje med maso snovi in ​​maso iste prostornine vode. Zato je kamen z gostoto 2,6 enako krat težji od enake prostornine vode.

Gostota dragih kamnov se giblje od 1 do 7. Kamni z gostoto pod 2 se nam zdijo lahki (jantar 1,1), od 2 do 4 - normalna teža (kremen 2,65) in nad 5 - težki (kasiterit 7,0). Najdražji kamni, kot so diamant, rubin in safir, imajo večjo gostoto kot glavni minerali, ki tvorijo kamnine, predvsem kremen in glinenec.

Mere za maso dragih kamnov

karat – enota za maso, ki se že od antičnih časov uporablja v trgovini z dragimi kamni in nakitom. Možno je, da sama beseda karat izhaja iz lokalnega imena (kuara) afriškega koralnega drevesa, katerega semena so uporabljali za tehtanje zlatega prahu, bolj verjetno pa je, da izvira iz grškega imena (keration) rožičevca, razširjenega v Sredozemlju, ploda, ki je prvotno služil kot »utež« pri tehtanju dragih kamnov (teža ene uteži je v povprečju približno enaka karatu).

gram – enota za maso, ki se uporablja v trgovini z dragimi kamni za cenejše kamne in zlasti za neobdelane surovine v barvi kamna (kot je skupina kremena)

Grand – merilo za maso bisera. Ustreza 0,05 g, to je 0,25 ct. Dandanes granit vse bolj nadomešča karat.

Cena. V trgovini z dragulji je cena običajno navedena na karat. Če želite izračunati skupne stroške kamna, morate pomnožiti ceno in njegovo težo v karatih.

Optične lastnosti

Med fizikalnimi lastnostmi dragih kamnov imajo prevladujočo vlogo optične lastnosti; določanje njihove barve in sijaja, iskric, "ognja" in luminescence, asterizma, prelivanja in drugih svetlobnih učinkov. Pri testiranju in prepoznavanju dragih kamnov postajajo vedno bolj pomembni tudi optični fenomeni.

barva

barva- prva stvar, ki vam pade v oči ob pogledu na kateri koli dragi kamen. Pri večini kamnov pa njihova barva ne more služiti kot diagnostični znak, saj jih je veliko enako obarvanih, nekateri pa se pojavljajo v več barvnih preoblekah.

Vzrok različnih barv je svetloba, torej elektromagnetna nihanja, ki ležijo v določenem območju valovnih dolžin. Človeško oko zaznava samo valovanje v tako imenovanem optičnem območju - od približno 400 do 700 nm. To območje vidne svetlobe je razdeljeno na sedem glavnih delov, od katerih vsak ustreza določeni barvi spektra: rdeča, oranžna, rumena, zelena, modra, indigo, vijolična. Ko pomešamo vse spektralne barve, dobimo belo barvo. Če pa se absorbira kateri koli obseg valovnih dolžin, se iz mešanice drugih barv pojavi določena barva – ne več bela. Kamen, ki prepušča vse valovne dolžine optičnega območja, je videti brezbarven; če pa se vsa svetloba absorbira, potem kamen pridobi najtemnejšo vidno barvo - črno. Ko se svetloba delno absorbira v celotnem območju valovnih dolžin, je kamen videti motno bel ali siv. Če pa se, nasprotno, absorbirajo le zelo specifične valovne dolžine, dobi kamen barvo, ki ustreza mešanju preostalih neabsorbiranih delov spektra bele svetlobe. Glavni nosilci barve – kromoforji, ki določajo barvo dragih kamnov – so ioni težkih kovin železa, kobalta, niklja, mangana, bakra, kroma, vanadija in titana.

Barva dragih kamnov je odvisna tudi od osvetlitve, saj se spektra umetne (električne) in dnevne (sončne) svetlobe razlikujeta. Obstajajo kamni, na katerih umetna svetloba negativno vpliva na barvo (safir), in tisti, ki jim koristi le večerna (umetna) svetloba, ki poveča njihov sijaj (rubin, smaragd). Toda sprememba barve je najbolj izrazita pri aleksandritu: čez dan je videti zelen, zvečer pa rdeč.

Lom svetlobe

Že v otroštvu smo pogosto videli, da se palica pod ostrim kotom, ki ni popolnoma potopljena v vodo, "zlomi" na vodni gladini. Spodnji del palice, ki se nahaja v vodi, pridobi drugačen naklon kot zgornji del, ki se nahaja v zraku. Do tega pride zaradi loma svetlobe, ki se pojavi vedno pri prehodu svetlobnega žarka iz enega medija v drugega, to je na meji dveh snovi, če je žarek usmerjen poševno na površino njune ploskve.

Stopnja loma svetlobe vseh kristalov dragih kamnov iste mineralne vrste je stalna (včasih niha, vendar v zelo ozkem intervalu). Zato se numerični izraz te vrednosti - lomni količnik (pogosto imenovan preprosto lom ali lom svetlobe) - uporablja za diagnosticiranje dragih kamnov. Lomni količnik je opredeljen kot razmerje med hitrostjo svetlobe v zraku in v kristalu. Dejstvo je, da odklon svetlobnega žarka v kristalu povzroči ravno zmanjšanje hitrosti širjenja tega žarka v optično gostejšem mediju.

V diamantu potuje svetloba 2,4-krat počasneje kot v zraku. Brez velikih tehničnih težav in stroškov je možno meriti lom svetlobe z imerzijsko metodo - potopitvijo kamna v tekočino z znanim lomnim količnikom in opazovanjem mejnih površin. Glede na to, kako svetle in ostre so videti konture kamna ali robovi med ploskvami, kot tudi glede na navidezno širino meja vmesnika, lahko dokaj natančno ocenite lomni količnik dragega kamna.

Razpršenost

Pri prehodu skozi kristal se bela svetloba ne le lomi, ampak tudi razgradi na spektralne barve, saj so lomni količniki kristalnih snovi odvisni od valovne dolžine vpadne svetlobe. Imenuje se pojav razgradnje bele svetlobe s kristalom na vse barve mavrice disperzija. Pomen barvne disperzije je še posebej velik pri diamantu, ki mu dolguje svojo čudovito igro barv - slavni "ogenj", ki je glavni čar tega kamna.

Disperzija je dobra samo za brezbarvne kamne. Naravni in sintetični kamni z visoko disperzijo (na primer fabulit, rutil, sfarlerit, titanit, cirkon) se uporabljajo v nakitu kot nadomestki za diamante.

Površinski optični učinki:

svetlobne figure in barvni odtenki

Številni nakitni kamni kažejo svetlobne vzorce v obliki usmerjenih svetlobnih trakov, pa tudi površinske barvne odtenke.

Učinek mačjega očesa je lasten kamnom, ki so agregati vzporedno zlitih vlaknatih ali igličastih posameznikov ali vsebujejo tanke vzporedno usmerjene votle kanale. Učinek nastane zaradi odboja svetlobe na takšni vzporedni narastki in je v tem, da ko kamen obrnemo, teče čez njega ozek svetlobni trak, ki spominja na svetlečo mačjo zenico, podobno reži. Največji vtis tega učinka dosežemo, če kamen poliramo v obliki kabošona, poleg tega tako, da je ravna osnova kabošona vzporedna z vlaknasto strukturo kamna.

asterizem – videz na površini kamna svetlobnih figur v obliki svetlobnih trakov, ki se sekajo na eni točki in spominjajo na zvezdne žarke; število teh žarkov in kot njihovega sečišča določata simetrija kristalov. Po svoji naravi je podoben učinku mačjega očesa, z edino razliko, da imajo odsevni vključki - tanka vlakna, iglice ali tubule - na različnih področjih različno usmerjene. Šesterokrake zvezde iz rubina in safirja kabošonov naredijo velik vtis.

adulariscenca – modrikasto bel svetlikajoči se sij mesečevega kamna, dragocene sorte adularije. Ko premaknete kabošon iz mesečevega kamna, ta sij ali lesketanje drsi po njegovi površini.

Iridizacija – mavrična barvna igra nekaterih nakitnih kamnov, posledica razgradnje bele barve, ki se lomi ob majhnih prelomih in razpokah v kamnu v spektralne barve.

"Svila" - svilnat sijaj in lesketanje nekaterih dragih kamnov, ki jih povzroča prisotnost vzporedno usmerjenih vključkov finih vlaknastih ali igličastih mineralov ali votlih tubulov. Zelo je cenjen za fasetirane rubine in safirje.

Metode gojenja kristalov

Prvi monokristal, pridobljen v laboratoriju, je bil verjetno rubin. Za pridobitev rubina so segrevali zmes brezvodnega aluminijevega oksida, ki je vsebovala več ali manj primesi jedkega kalija z barijevim fluoridom in dikromokalijevo soljo. Slednjega dodamo za barvanje rubina in vzamemo majhno količino aluminijevega oksida. Zmes damo v glineni lonček in segrevamo (od 100 ur do 8 dni) v odsevnih pečeh pri temperaturah do 1500 o C. Na koncu poskusa se v lončku pojavi kristalna masa, stene pa so prekrite z čudoviti roza rubinasti kristali.

Druga običajna metoda za gojenje sintetičnih kristalov dragih kamnov je metoda Czochralskega. Ta je naslednja: talino snovi, iz katere naj bi kristalizirali kamenčki, damo v ognjevzdržni lonček iz ognjevarne kovine (platine, rodija, iridija, molibdena ali volframa) in segrevamo v visokofrekvenčnem induktorju. . Zarod iz materiala bodočega kristala spustimo v talino na izpušni gredi in na njem vzgojimo sintetični material do želene debeline. Gred s semenom postopoma vlečemo navzgor s hitrostjo 1-50 mm/h ob hkratni rasti s hitrostjo vrtenja 30-150 vrt/min. Zavrtite gred, da izenačite temperaturo taline in zagotovite enakomerno porazdelitev nečistoč. Premer kristalov je do 50 mm, dolžina do 1 m Sintetični korund, spinel, granati in drugi umetni kamni se gojijo po metodi Czochralski.

Kristali lahko rastejo tudi pri kondenzaciji hlapov – tako nastanejo vzorci snežink na hladnem steklu. Pri izpodrivanju kovin iz solnih raztopin s pomočjo bolj aktivnih kovin nastanejo tudi kristali. Na primer, potopite železen žebelj v raztopino bakrovega sulfata; prekrit bo z rdečo plastjo bakra. Toda nastali bakreni kristali so tako majhni, da jih je mogoče videti le pod mikroskopom. Baker se zelo hitro sprosti na površino nohta, zato so njegovi kristalčki premajhni. Če pa se proces upočasni, se bodo kristali izkazali za velike. Če želite to narediti, pokrijte bakrov sulfat z debelo plastjo kuhinjske soli, nanjo položite krog filtrirnega papirja in na vrh - železno ploščo z nekoliko manjšim premerom. Vse kar ostane je, da v posodo nalijemo nasičeno raztopino kuhinjske soli. Bakrov sulfat se bo začel počasi raztapljati v slanici. Bakrovi ioni (v obliki zelenih kompleksnih anionov) bodo skozi več dni zelo počasi difundirali navzgor; proces lahko opazujemo po premikanju barvne meje. Ko dosežejo železno ploščo, se bakrovi ioni reducirajo v nevtralne atome. Ker pa ta proces poteka zelo počasi, se atomi bakra zvrstijo v čudovite sijoče kristale kovinskega bakra. Včasih ti kristali tvorijo veje - dendrite.

Tehnologija gojenja kristalov

doma

Za gojenje kristalov doma sem pripravil prenasičeno raztopino soli. Za izhodiščno snov sem izbral sol bakrovega sulfata. V čist kozarec sem nalil vročo vodo pri temperaturi 50 o C in dovedel prostornino do 500 mg. Snov sem vlival v kozarec v majhnih delih, vsakič premešal in dosegel popolno raztapljanje. Ko je bila raztopina nasičena, sem jo pokril in pustil v prostoru, kjer je treba vzdrževati konstantno temperaturo. Ko se raztopina ohladi na sobno temperaturo, pride do prekomerne kristalizacije. V raztopini ostane natanko toliko snovi, kolikor ustreza topnosti pri določeni temperaturi, presežek pa pade na dno v obliki majhnih kristalčkov. Tako sem dobil matično lužnico.

Nato sem matično lužnico prelila v drugo posodo, vanjo položila kristale z dna, posodo segrela v vodni kopeli, da se je popolnoma raztopila, in pustila, da se ohladi. Na tej stopnji za rešitev niso zaželeni prepih in nenadne temperaturne spremembe. Dva dni kasneje sem pregledal vsebino in opazil, da so se na dnu in stenah oblikovali majhni ploščati paralelogramski kristali. Izmed njih sem izbral najbolj pravilne kristale.

Spet sem pripravil nasičeno raztopino na osnovi prvotne matične lužnice, dodal še malo (0,5 čajne žličke) snovi, segrel in premešal. Raztopino vlijemo v čisto in segreto posodo in pustimo stati 20-30 sekund, da se tekočina malo umiri. Ko so kristali dosegli velikost približno 2,5 cm, sem jih enega za drugim dal v bučke z ravnim dnom s predhodno filtrirano in hidrolizno testirano matično lužnico. Kristale sem po potrebi oprala in očistila.

Sklepi

Vse fizikalne lastnosti, zaradi katerih so kristali tako razširjeni, so odvisne od njihove strukture – njihove prostorske mreže.

Poleg trdnih kristalov se trenutno uporabljajo tekoči kristali, v bližnji prihodnosti pa bodo uporabljali naprave na osnovi fotonskih kristalov.

Med kristale spadajo tudi nakitni kamni, iz katerih je narejen nakit. Odnos človeka do dragih kamnov se je skozi stoletja spreminjal: od oboževanja in uporabe v medicini do razkazovanja lastnega bogastva ali zagotavljanja estetskega užitka ob lepoti in harmoniji kamna.

Doma pridelane kristale je mogoče uporabiti pri pouku fizike za preučevanje njihovih fizikalnih in kemijskih lastnosti ter njihove uporabe.

Umetne alge

Za gojenje umetnih alg sem pol litrsko bučko napolnil s petdesetodstotno raztopino natrijevega silikata (tekoče steklo). Nato je v raztopino vrgla več kristalov železovega klorida, bakrovega klorida, nikljevega klorida in aluminijevega klorida. Čez nekaj časa se je začela rast "alg" bizarnih oblik in različnih barv. V raztopini železovih soli so "alge" rjave, nikljeve soli zelene, bakrove soli modre in aluminijeve soli so brezbarvne.

Zakaj se to dogaja? Kristali, vrženi v raztopino tekočega stekla, reagirajo z natrijevim silikatom. Nastale spojine prekrijejo kristale s tankim filmom, vendar zaradi difuzije skozenj prodre voda, tlak v kristalih se poveča in film poči.

Skozi luknjice solna raztopina prodre v okoliško tekočino in se hitro ponovno prekrije s filmom. Potem se film spet prebije. Tako rastejo razvejane "alge".

Literatura:

Akhmetov N.S. Anorganska kemija - M. Izobraževanje, 1985

Vasiljev V.N., Bespalov V.G. Informacijska tehnologija. Optični računalnik in fotonski kristali.

Želudov I.S. Fizika kristalov in simetrija. M. Nauka, 1987

Zhuvinov G.N. Labirinti fotonskih kristalov. (Elektronska različica revije).

Zvezdin A.K. Kvantna mehanika zajetih fotonov. Optične mikrovotle, valovod, fotonski kristali. Narava 2004 št. 10.

Kabardin O.F. Fizika: učbenik za 10. razred za šole s poglobljenim študijem fizike. – M. Izobraževanje, 2001

Kornilov N.I., Solodova Yu.P. Nakitni kamni. – M. Nedra, 1983

Kosobukin V.A. Fotonski kristali // Okno v svet (Elektronska različica revije).

Izpolnila: Mosheva Diana, ... Potni list Sepych 2012 izobraževalno-raziskovanjeprojekt: « Kristali in njihovaplikacija" Vodja: študent 10 "B" ...

1. Natečaj

   Področno tekmovanje izobraževalno-raziskovanjeprojekti kristali njihov aplikacije. Vendar pa je ugotovljeno ...

2. Izobraževalni in raziskovalni projekti za šolarje "Eureka" oddelek "kemija"

   Natečaj

   Področno tekmovanje izobraževalno-raziskovanjeprojektišolarji "Eureka" Oddelek: "Kemija" ... - to so bele majhne igličaste oblike kristali ali lahek kristalinični prah. ... stroški za njihov proizvodnjo, in kar je najpomembnejše – zmanjšati tveganje aplikacije. Vendar pa je ugotovljeno ...

3. Program

   ... izobraževalno-raziskovanjeprojekti raziskovanjeprojekti in njihov publikacija. Poučna-raziskovanjeprojekti... Obstaja kristali. Kristali– ... in priložnosti njihovaplikacije pri zaščiti dokumentov...

4. Raziskovalni projekt od teorije k praksi raziskovalni projekt od teorije k praksi

   Program

   ... izobraževalno-raziskovanjeprojekti. Na tej stopnji se izvaja tudi pisanje povzetka raziskovanjeprojekti in njihov publikacija. Poučna-raziskovanjeprojekti... Obstaja kristali. Kristali– ... in priložnosti njihovaplikacije pri zaščiti dokumentov...