KRYSZTAŁY Czy tylko służą jako ozdoba czy też mogą być nam do czegoś przydatne? Jan Biernacki i Jakub Satora Klasa Ib, Gimnazjum nr 1 w Krakowie

Transkrypt

1 KRYSZTAŁY Czy tylko służą jako ozdoba czy też mogą być nam do czegoś przydatne? Jan Biernacki i Jakub Satora Klasa Ib, Gimnazjum nr 1 w Krakowie

2 Spis treści 1. Czym są kryształy? 2. Rodzaje kryształów 3. Kryształy występujące w naturze 4. Kryształy sztucznie stworzone przez człowieka 5. Do czego je wykorzystujemy? 6. Zrób to sam czyli kryształy łatwe do samodzielnego wyhodowania!

3 Część 1 Czym są kryształy? Na początek pytanie Czy pamiętacie jakie stany skupienia występują w przyrodzie? Gazy Ciecze Ciała stałe Ciała stałe z kolei dzielimy na: kryształy, polikryształy i ciała bezpostaciowe Nas w dalszej części będą interesować kryształy i ich wykorzystanie.

4 Ciała krystaliczne Ciało krystaliczne ciało stałe, w którym cząsteczki (kryształy molekularne), atomy (kryształy kowalencyjne) lub jony (kryształy jonowe) są ułożone w uporządkowany schemat powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. W objętości ciała cząsteczki nie mają swobody przemieszczania się, zajmują ściśle określone miejsca, zwane węzłami sieci krystalicznej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń.

5 Siatka krystaliczna na przykładzie diamentu Ilustracja: webelements.com

6 Część 2 Rodzaje kryształów Rodzaje kryształów dzielimy ze względu na typy wiązań : Kryształy cząsteczkowe (molekularne), Kryształy o wiązaniach wodorowych, Kryształy jonowe, Kryształy atomowe (kowalentne), Kryształy metaliczne.

7 Część 3 Kryształy występujące w naturze sól kamienna (chlorek sodu), diament (krystaliczna postać węgla ), rubin i szafir (krystaliczne postaci glinu), kwarc (dwutlenek krzemu), co ciekawe nawet białka, kwasy nukleinowe i wirusy mogą ulec krystalizacji Na zdjęciu: nieoszlifowany diament naturalny, źródło

8 Część 4 Kryształy sztucznie wytworzone przez człowieka - przykłady Sztuczny diament - produkuje się na ogół metodą hydrotermalną - w około 800 C, z użyciem wody, węgla i metalu, pod wysokim ciśnieniem Grafen produkuje się poprzez odrywanie mechaniczne przy użyciu taśmy klejącej z wysokiej jakości grafitu Rubiny i szafiry otrzymuję się za pomocą metody hydrotermalnej, w temperaturze 4000 i pod ciśnieniem 2100 kg/cm3 rozpuszcza się tlenki i wodorotlenki glinu.

9 Część 5 Do czego je wykorzystujemy? Przykład A Octan sodu jako ogrzewacz rąk Octan sodu po schłodzeniu ciecz staje się roztworem przesyconym, lecz ze względu na brak zarodków nie następuje krystalizacja. Aby uruchomić ogrzewacz, należy wygiąć znajdującą się wewnątrz blaszkę, co powoduje zaburzenie stanu metastabilnego i inicjuje przemianę.

10 Faza I roztwór przesycony octanu sodu w woreczku Faza II złamanie blaszki i wprowadzenie naprężenia Faza III krystalizacja Faza IV w pełni skrystalizowany octan sodu wydzielający ciepło Ilustracje: fotografie własne autorów prezentacji

11 Przykład B Diament jako nóż do szkła Czy używamy prawdziwych diamentów do cięcia szkła? Nie. Do cięcia stosujemy diamenty wytworzone sztucznie Dlaczego diament nadaje się do cięcia szkła? Sztuczny diament posiada bardzo skupioną strukturę o ogromnej twardości w skali twardości Mohsa posiada 1600 twardości absolutnej (dla porównania kwarc posiada 100 twardości absolutnej)

12 Przykład C Ciekłe kryształy Płaskie monitory ciekłokrystaliczne- nie emitują szkodliwego promieniowania elektromagnetycznego, mają stabilny i kontrastowy obraz oraz zajmują mało miejsca.

13 Przykład D W medycynie do badań termograficznych Obserwuje się rozkład temperatury na powierzchni ciała. Termografia wykrywa zaburzenia ukrwienia organizmu, powierzchniowe stany zapalne i wczesne zmiany nowotworowe.

14 Przykład E Krystalizacja w farmacji Krystalizacja jest jedną z metod oczyszczania związków chemicznych, która polega na otrzymaniu roztworu nasyconego oczyszczanej substancji w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika. Następnie poprzez sączenie roztworu oddziela się nierozpuszczalne zanieczyszczenia. W miarę obniżania temperatury przesączu, powstaje roztwór przesycony i substancja wydziela się z roztworu w formie krystalicznej. Otrzymany osad oddziela się przez odsączenie.

15 Przykład E Nanodiamenty produkt uboczny wydobywania i oczyszczania diamentu Są to niepozorne kuleczki o średnicy 4-5nm Zastosowanie w medycynie : ma pożądany wpływ na wzrost kości i przeciwdziała osteonekrozie ( martwica kości )

16 Przykład F Grafen i możliwe zastosowania Grafen - to struktura złożona z atomów węgla - płaska, dwuwymiarowa o grubości jednego atomu Jest znacznie wytrzymalszy niż włókna węglowe (z którego robione są np. wyczynowe, tzw. carbonowe ramy do rowerów albo karoserie bolidów Formuły I). Włókno węglowe charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie rzędu 900 MPa. Dla grafenu wytrzymałość ta wynosi 130 GPa czyli prawie 150 razy więcej! Ma też inne niespotykane właściwości (giętkość, przewodzenie), które - jeśli grafen wejdzie do produkcji masowej - pozwolą stworzyć m.in. giętkie ekrany, superszybkie procesory a także np. sztuczne ścięgna dla ortopedii.

17 Część 6 Zrób to sam Jakie kryształy samodzielnie łatwo wyhodować? Na przykład : Sól kuchenna (chlorek sodu)nacl w wodzie Siarczan miedzi CuSO 4.5H 2 O w wodzie Boraks Na 2 B 4 O 7.10H 2 O w wodzie Cukier (sacharoza) C 12 H 22 O 11 w wodzie

18 Krok po kroku hodowla kryształu na przykładzie siarczanu miedzi Krok 1 Należy rozpuścić ok.8 łyżeczek siarczanu miedzi w 200ml wody destylowanej aż do otrzymania roztworu nasyconego. Krok 2 Otrzymany roztwór przelać do szklanego naczynia i odstawić w ciepłe i przewiewne miejsce. Krok 3 Obserwować hodowlę i wytrącające się kryształy na skutek odparowywania wody. Krok 4- Jeżeli rosnący kryształ zbliży się do powierzchni roztworu, trzeba dolać nową porcję roztworu nasyconego. Krok 5 Kiedy kryształ osiągnie pożądaną wielkość należy go wyjąć z roztworu i wysuszyć.

19 Wyhodowany w domu kryształ siarczanu miedzi Ilustracja: fotografia własna autorów

20 Dziękujemy za uwagę Jan Biernacki i Jakub Satora Klasa Ib Gimnazjum nr 1 w Krakowie Literatura : Poźniczek M., Kluz Z., Chemia. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego i technikum. WSiP, Warszawa Strony internetowe: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych - Młody technik - Odkrywcy - Nauka w Polsce -