آزمایش ساخت بلور های کریستالی

از اصطلاحات مهمی که به وفور شاهد آن هستیم و در علم شیمی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد، اصطلاح معروف حلال و حل‌شونده می‌باشد. در این مقاله با انجام آزمایش ساخت بلورهای کریستالی این اصطلاحات را بررسی می کنیم. برای درک هر چه بیشتر اکثر فرآیندهای شیمی با موضوع حلال و حل شونده آشنا باشید.  وظیفه‌ی این فرآیند بدین‌گونه است که وقتی دو ماده با هم مخلوط می‌شوند و محلول را ایجاد می‌کند، به نسبت کمتری در محلول وجود خواهد داشت. به طور مثال در یک محلول اسیدسولفوریک 1 مولار، اسیدسولفوریک محلول قرار دارد در حالی که آب حلال می‌باشد.

اما از نکات جالب توجه دیگر این اصطلاحات این است که می‌توان آن‌ها را در مورد آلیاژها و محلول‌های جامد نیز به کار برد. مثلاً این امکان وجود دارد که کربن به عنوان یک ماده‌ی حل‌شونده در فولاد نیز به کار گرفته شود.

همچنین در ادامه‌ی این مقاله با انجام آزمایش ساخت بلورهای کریستالی به بررسی هر چه بیشتر این موضوع می‌پردازیم. چرا که به وسیله‌ی انجام آن خواهیم دانست که در بیشتر حالات نیاز است برای ساختن محلول، حل‌‌شونده در حلال حل شود. به همین دلیل زمانی که حل‌شونده را در معرض حلال قرار می‌دهید، مولکول‌های حلال و حل‌شونده با همدیگر برخورد می‌کنند و در نتیجه فرآیند حل شدن یا انحلال را خواهیم داشت. پس برای بررسی بیش‌تر این اصطلاحات و انجام آزمایش ساخت بلورهای کریستالی با ما همراه شوید.

حلال و حل‌شونده

در ابتدا قصد داریم که شما را با اصطلاح حلال و انواع آن و سپس حل‌شونده آشنا سازیم. جالب است بدانید که اصطلاح حلال به دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی گفته می‌شود که به معنای سست‌کننده پیوند نیز می‌باشد. اما در علم پربحث شیمی از حلال‌ها که بیشتر به صورت مایع می‌باشند، برای حل کردن، تعلیق یا استخراج مواد دیگر استفاده می‌شود، بدون اینکه تغییر شیمیایی در محلول ایجاد شود. اما در کاربردهای روزمره‌ی ما انسان‌ها از حلال‌های مختلفی می‌توان استفاده نمود که شامل رنگ و محصولات مراقبت شخصی و دارویی، سموم دفع آفات، مواد پاک‌کننده و جوهر می‌باشد.

این مثال‌ها و بسیاری از محصولات دیگر، بدون حلال عملکرد خوبی نخواهند داشت. چرا که حلال‌ها متنوع هستند و با ویژگی‌های عملکرد مطلوبی که در تولید انواع محصولات دارند نیازهای ما را برآورده می‌کنند.

بهتر است بدانید که طبقه‌بندی شیمیایی یک حلال بر اساس ساختار شیمیایی آن می‌باشد. حلال‌های اکسیژنه و حلال‌های هالوژنه از انواع مختلف حلال می‌باشد. حل‌شونده نیز به عنوان ماده‌ای تعریف می‌شود که در محلول حل می‌شود. برای محلول‌های مایع، مقدار حلال بیشتر از ماده حل شونده است. اندازه‌گیری غلظت حل‌شونده موجود در یک محلول شیمیایی، با توجه به مقدار حلال انجام می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که حل‌شونده ماده‌ای است که می‌تواند توسط حلال، حل شده و محلول ایجاد کند. یک ماده‌ی حل شده به اشکال مختلفی درمی‌آید یعنی می‌تواند گاز، مایع یا جامد باشد.

حلال یا ماده‌ای که حل‌شونده را حل می‌کند مولکول‌های آن را به طور مساوی توزیع کرده و یک مخلوط همگن یا محلول هموژن ایجاد می‌کند. از انواع حل‌شونده می‌توان به یونی یا کوالانسی اشاره نمود. چرا که حل‌شونده‌های یونی هنگام حل شدن به یون‌های مجزا تفکیک می‌شوند در حالی که حل‌شونده‌های کوالانسی به مولکول‌های مجزا تفکیک می‌شوند. مثلاً نمک طعام یک حل‌شونده یونی است. همچنین یون‌های مثبت سدیم جذب سر منفی مولکول‌های آب شده و یون‌های منفی، جذب سر مثبت مولکول آب که هیدروژن نام دارد، می‌شوند.

آزمایش ساخت بلورهای کریستالی

به وسیله‌ی آزمایش ساخت بلورهای کریستالی با نحوه تولید بلور کریستالی با استفاده از بوراکس آشنا می‌شویم، که بهترین راه برای آشنایی کودکان با نحوه تشکیل کریستال می‌باشد. جالب است بدانید که از طریق این آزمایش می‌توانید مفهوم‌های محلول‌های اشباع شده، فرایند تبلور جدید و همچنین حلالیت را بهتر درک نمایید.

از مواد مورد نیاز آزمایش ساخت بلورهای کریستالی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

– نخ ماهیگیری
– 4 فنجان آب جوش
– 5 سیخ چوبی
– رنگ غذا (اختیاری)
– 5 لیوان پلاستیکی
– یک و نیم فنجان بوراکس
– 1-8 لوله‌شور رنگی

مراحل انجام کار آزمایش ساخت بلورهای کریستالی

1- ابتدا نیاز است که شما لوله‌شورهای باریک را بردارید و آن را به شکل لانه‌ی گنجشک درآورید. اگر که شما قصد دارید که بزرگ‌تر باشد پس باید دو تا لوله‌شور با هم بپیچانید.

2- سپس قلعه‌ی کوچکی از نخ ماهیگیری را به لوله شورهایی که ساخته اید وصل کنید و انتهای دیگر نخ ها را به وسط سیخ چوبی ببندید.

3- در ادامه باید یک و نیم فنجان بوراکس را با 3 یا 4 فنجان آب جوش مخلوط کرده و خوب هم بزنید. زمانی که مشاهده کردید کمی از بوراکس کف ظرف ماند و حل نشد، این بدین معناست که محلول فوق اشباع شده است.

4- حال باید محلولی که از طریق این آزمایش به دست آمده را به 5 لیوان تقسیم کنید.

5- در آخر شما می‌توانید به دلخواه به آن ها رنگ اضافه کنید.

6- سپس باید هر کدام از لانه‌های لوله شور را در لیوانی که به دیوار یا کف لیوان هیچ‌گونه برخوردی نکند آویزان کنید.

7- نیاز است که شما 24 تا 48 ساعت به صورت ثابت بگذارید تا بلورهای کریستالی تشکیل شوند.

8- حالا باید بعد از تولید کریستال‌ها، آن‌ها را از آب خارج نموده و بر روی یک دستمال کاغذی بگذارید تا خشک شوند.

نتیجه‌ی آزمایش ساخت بلورهای کریستالی

در این آزمایش هیجان‌انگیز شما با ساخت بلورهای کریستالی آشنا شدید و به این نتیجه رسیدید که رشد کریستال یک پروژه سیفی بسیار منظم و دقیق است که شامل یک مجموعه‌ی سریع مایعات، جامدات و محلول‌های محلول می‌باشد. همچنین به این موضوع مهم نیز پی بردید که هر چه مایع داغ تر باشد، محلول اشباع‌تر می‌شود. چرا که مولکول‌های موجود در آب با افزایش دما فاصله‌ی بیشتری از یکدیگر می‌گیرند و این اجازه را می‌دهد که مقدار بیش‌تری از پودر در آن حل شود.

حال بهتر است بدانید که با سرد شدن محلول، ذرات بیش‌تری در آب با حرکت مولکول‌ها در کنار هم وجود خواهند داشت. و برخی از این ذرات از حالت معلق قبلی خود شروع به ریزش می‌کنند. سپس ذرات شروع به ته‌نشینی بر روی لوله‌شورها کرده و کریستال تشکیل می‌شوند. به این حالت تبلور مجدد می‌گویند.

در رابطه با تبلور مجدد بهتر است بدانید که یکی از تکنیک‌های خالص‌سازی است و شاید بتوان گفت که یکی از بهترین روش‌های تخلیص اجسام جامد می‌باشد که در آن ماده‌ی جامد ناخالص در حداقل مقدار حلال داغ می‌شود و در اثر سرد کردن در محلول رسوب می‌کند. همچنین بهتر است بدانید که بلور شکلی از ماده‌ی جامد است که در آن مولکول‌ها، اتم‌ها و یون‌ها با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. تکرار این آرایش منظم در سه جهت فضایی سبب بزرگ‌تر شدن بلور خواهد شد.

نظم بیرونی بلورها شاید در اثر نظم درونی آن‌ها باشد. زیرا سطح‌های خارجی بلورها صاف و هموار خواهند شد. این سطح‌های صاف با یکدیگر زاویه‌هایی را خواهند ساخت که اندازه های آنها در بلورهای یک ماده همواره ثابت خواهند ماند. همچنین یکی از راه‌های تشخیص بلورها از یکدیگر، اندازه‌گیری زاویه‌ی بین سطح‌های آنهاست. بلورها اغلب به شکل‌های مکعب، منشور، هرم و چند وجهی های مختلف هستند و معمولاً سطح‌ها و زاویه‌های هر شکل از آن‌ها مشابه و قرینه‌ی یکدیگر می‌باشند.

سؤالات متداول

1- برخی از کاربردهای بلورها را نام ببرید.

– بلورها و نظایر آن‌ها در ساختن وسایل نوری به کار می‌رود.
– بلورهایی با خاصیت بیروالکتریسیته، در صنعت الکترونیک کاربرد دارد.
– بلورهای SIC در تهیه‌ی ترانزیستور یا یاقوت در تهیه‌ی اشعه‌ی لیزر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2- اگر بلورها سریع سرد شوند چه اتفاقی خواهد افتاد؟

اگر محلول خیلی سریع سرد شود در نتیجه شما شاهد این اتفاق خواهید بود که ناخالصی‌ها برای خارج شدن از مخلوط فرصتی نخواهند داشت و ممکن است کریستال‌ها نامنظم به نظر برسند. به طور کلی می‌توان گفت شکل کریستال‌ها کاملاً غیر یکنواخت خواهد شد.

3- چرا لانه های شیشه‌ شور باید آویزان باشند و به ظرف برخورد نکند؟

زیرا باعث می‌شود کریستال‌هایی که به وجود می‌آیند به ظرف بچسبد و به سختی جدا شوند یا تکه‌ای از آن‌ها از بین برود.