Слово кристалл взято из греческого языка и первоначально обозначало только лед. Некоторое время спустя его стали применять по отношению ко всем прозрачным минералам. Кристаллы — это не только минералы, образующие скалы и песок, металлы и их сплавы, материалы, из которых изготовляют проводники, благородные камни, многочисленные органические и неорганические соединения. Кристаллы — это также кости, зубы, оболочки волос и перьев, шелк, хлопок, нейлон, большинство синтетических веществ. Царство кристаллов велико. Из твердых тел к нему не относятся только стекло и живые ткани.

Попробуем в нашей химической лаборатории заняться кристаллами и провести несколько интересных опытов. Поскольку вряд ли у тебя есть микроскоп, чтобы рассматривать мелкие кристаллы соли и других веществ, постараемся получить крупные кристаллы, которые видны простым глазом. При этом мы убедимся, что кристаллизация — это процесс, сравнительно легко осуществимый в домашних условиях. С помощью кристаллизации можно с успехом очищать многие химические соединения.

В нашей лаборатории пригодится азотнокислый калий. Это не что иное, как калиевая селитра. Азотнокислый калий, или нитрат калия — главная составная часть минерального удобрения. Если мы хотим получить его из удобрения, то здесь придет на помощь кристаллизация. В результате этого процесса можно отделить примеси и многочисленные загрязнения и получить азотнокислый калий в сравнительно чистом виде.

Итак, беремся за дело. В колбу или испаритель на 250 мл всыпьте 200 г селитры и прибавьте 100 мл теплой воды. Поставьте колбу на асбестовую решетку и нагреваите до кипения на электрической плите или горелке, помешивая содержимое стеклянной палочкой, оплавленной с обеих сторон.

Очередная операция — фильтрование раствора. Для этого вырежьте из фильтровальной бумаги или в крайнем случае из промокашки кружок, радиус которого на один сантиметр больше бока воронки, сложите кружок пополам, потом еще раз пополам и отогните один слой бумаги. Полученный конус смочите водой, чтобы он не развернулся и вложите в стелкян-ную или пластмассовую воронку. Воронку закрепите в соответствующем кольце штатива. Если у вас нет штатива, то вырежьте в куске древесноволокнистой плиты отверстие, примерно соответствующее диаметру на половине высоты конуса воронки, и установите плиту на двух подпорках одинаковой высоты. Под воронкой поставьте чистый химический стакан или банку так, чтобы срезанная под углом ножка касалась стенки сосуда. Это нужно для предотвращения разбрызгивания жидкости, которая спокойно стекает по стенкам, что особенно важно при работе с едкими веществами.

———————————————————–
Вы можете получить высшее образование в Санкт-Петербурге, Москве, Самаре и любом другом крупном городе по самому по широкому спектру специальностей. Поэтому выбирайте не город, а свою будущую профессию.
———————————————————–
Когда фильтровальное устройство будет готово, влейте в воронку по стеклянной или тонкой палочке горячий раствор селитры. Но как удержать горячий стакан? Можно прихватить его через тряпку, сложенную в несколько раз полоску фильтровальной бумаги, а можно сделать специальные предохранители на пальцы. Для этого отрежьте два-три сантиметра резиновой трубки диаметром около 10 мм и разрежьте ее вдоль на две части. Одну половинку наденьте на указательный палец, а другую — «а большой. Теперь уже можно без опаски брать горячий сосуд. При фильтровании обращайте внимание на то, чтобы не наполнить воронку до краев.

Посмотрите на профильтрованный раствор. Он совершенно прозрачный, загрязнения остались на фильтре. Очищенный раствор поставьте в холодное место. На следующий день на дно стакана выпадут кристаллы азотнокислого калия, отфильтруйте их, просушите на фильтровальной бумаге и пересыпьте в баночку, на которую наклейте этикетку с названием реактива. При случае напоминаю о том, что все химические реактивы должны находиться в сосудах с этикетками, во избежание путаницы и досадных, а иногда и опасных ошибок…

Задумаемся над тем, что же такое кристаллизация? Растворимость большинства веществ увеличивается по мере повышения температуры. Так например, в ста граммах воды при температуре 10°С растворяется почти 21 г нитрата калия, при температуре 40°С — 64 Г, при 60°С — 100 г, а при 90°С — 202 г. Если приготовить раствор
насыщенный при 90° С, а потом оста вить его при температуре 10°С, то на каждые 100 г воды мы должны получить 202 г — 21 г, то есть 181 г нитрата калия. Поскольку для опыта вы взяли 200 г неочищенной селитры, то хорошо, если нам удастся получить около 160 граммов нитрата калия (кристаллы надо взвешивать лишь после тщательной просушки их на фильтровальной бумаге).

А теперь присмотримся внимательней к полученным кристаллам нитрата калия. Некоторые из них довольно крупные, другие — не больше песчинки. Чем же вызвана такая разница? Мелкие кристаллы образуются тогда, когда раствор быстро охлаждается и когда в нем есть много центров кристаллизации. Центром кристаллизации могут быть нерастворимые в воде загрязнения, мелкие царапины и неровности на стенках сосуда. Вот почему, если мы хотим быстро получить мелкий осадок, надо потереть стенки сосуда, наполненного раствором, стеклянной палочкой или бросить в него щепотку кристаллов растворенного вещества и быстро охладить раствор. Если же вы хотите получить крупные кристаллы правильной формы, то приготовьте насыщенный раствор в не очень высокой температуре и медлен но охлаждайте его.

Попробуем теперь использовать приобретенный опыт и вырастить красивые кристаллы нитрата калия. Для этого в 100 г горячей воды растворите 50 г очищенного нитрата калия, и сосуд, накрытый бумагой, оставьте в комнатной температуре на несколько дней. Красивый кристалл можно получить, если выбрать из имеющихся кристаллов KN2 самый крупный и под весить его «а нитке в растворе, как показано на рисунке. Выделяющийся из раствора нитрат калия будет оседать именно на этом кристалле.
Если у вас нет селитры, то можете проделать этот же опыт с обычной поваренной солью. 60 г хлористого натрия растворите, нагревая до кипения, в 200 мл воды. Профильтруйте раствор в чистую стеклянную банку и подождите пока он остынет. Как и в предыдущем случае подвесьте на нитке кристалл соли и накройте сосуд бумагой. Через несколько недель вы получите большой, прозрачный кристалл соли.

Описанным способом можно получить цветные кристаллы, например, голубые из сульфата меди. Перед тем, как приступить к выращиванию кристаллов, надо очистить технический препарат путем кристаллизации, беря на 200 мл кипящей воды 100 г технического СuSО4. На следующий день на дно сосуда осядут красивые голубые кристаллы. Отберите несколько самых крупных и красивых, а остальные растворите в горячей воде в пропорции 35 г СuSO4, на 100 мл воды.

Поступая так, как описано в примере с нитратом калия, через неделю вы получите на нитке кристалл сульфата меди величиной с грецкий орех.
Мы можем пополнить нашу коллекцию зелеными кристаллами сульфата железа или розовыми кристаллами хромокалиевых квасцов.

Вернемся еще раз к сульфату меди. Знакомая нам голубая соль — это медный купорос СuSО4 • 5Н2О, содержащий пять молекул кристаллической воды на каждую молекулу соединения. При нагревании соль постепенно теряет воду. При температуре 110°С она теряет четыре молекулы воды, а при температуре 150°С переходит в белый безводный сульфат меди. Это соединение сильно поглощает воду, и некоторое время спустя белые кристаллы становятся голубыми. Изменение окраски сульфата меди связано с изменением веса. Во время обезвоживания вес соли уменьшается, а безводная соль, связывая воду, снова увеличивается в весе. Для того чтобы в этом убедиться, можно проделать простой опыт. 10 г гидратированного голубого сульфата меди (медного купороса) всыпьте в испаритель, находящийся в жестяной банке, наполненной сухим песком. Нагревайте банку на газовой горелке или электрической плитке примерно два часа, пока сульфат меди станет белым. Быстро взвесьте белый порошок.

Вы убедитесь, что он потерял в весе примерно 3 г. Испаритель с безводным сульфатом меди вставьте теперь на день-два в коробку, выложенную влажной ватой, или в большую стеклянную банку, на дне которой есть немного воды. Как по мановению волшебной палочки, препарат станет голубым, а кристаллы снова будут весить 10 г. Поскольку безводный сульфат меди обладает гигроскопическими свойствами, то есть легко поглощает воду, содержащуюся в воздухе, его надо хранить в плотно закрытом сосуде.

МАЦЕЙ УМИНСКИЙ
Журнал “Горизонты техники для детей” №7-79г.