奇妙的晶体世界

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实验步骤 1、将 10 克天然樟脑倒入 100 毫升烧杯中,用量筒称量 40 毫升的无水乙醇, 倒入烧杯中,轻摇烧杯令其溶解。
2、将漏斗架在玻璃瓶子上,将滤纸折成菊花型后,放在漏斗里面(也可以 折成简单的扇形,但过滤速度会慢很多)。先将溶解后的樟脑乙醇溶液倒入漏斗 内过滤。
3、将烧杯洗干净(可以加少量乙醇清洗)
[1]
化。最常见的是由片状变为星状。
引发思考 1、你知道食盐是怎样从海水或盐湖中提取出来的吗? 2、为什么说“世上没有两片雪花是相同的”? 小贴士:除了使用材料包中提供的纸玫瑰花,学生们也可以自己动手用彩纸折成喜欢的 形状,要留意作品的尺寸以免装不进瓶子哦!
[1] Kristopher Setchfield. 2005 Review and analysis of Dr. Masaru Emoto's published work on the effects of external stimuli on the structural formation of ice crystals.
“Crystal”—奇妙的晶体世界
引言 英文单词“crystal”含义是水晶、晶体,同时也是个动听的女孩 名字。大自然中存在许多绚丽夺目的晶体,这些晶体不仅美丽,而且 由于化学成分和结构各不相同而呈现出千姿百态。高贵如钻石,平凡 如雪花,都是由无数原子严谨而有序地组成的。现在,让我们走进这 个奇妙的世界,自己亲手培养出属于自己的 crystal 吧。
4、将 2.5 克硝酸钾、2.5 克氯化铵一起倒入烧杯中,用量筒量取 33 毫升的 去离子水倒入烧杯中,轻摇烧杯使其溶解。(天气寒冷时溶解会比较缓慢,可以 将烧杯放入温水中进行水浴加热,以加速溶解。)
5、再将溶解后的硝酸钾、氯化铵的混合水溶液倒入漏斗内过滤(不必更换 滤纸)。此时可以看到瓶中出现了白色的细小晶体。一边将瓶子泡在温水中一边 摇动,直到瓶中的晶体全部消失,溶液变澄清。
6、静置 2 个小时左右,用透过玻璃瓶观察玫瑰花表面的结晶情况,如果晶 体并未长满,可以继续结晶。
7、将做好的水晶玫瑰从明矾溶液中取出放在吸水纸上,在阴凉处吹干(约 4 小时)。
8、将玻璃瓶中的剩余明矾溶液和瓶壁附着的晶体一同转移到废饮料瓶中, 下次再加入明矾可以重复使用
9、将玻璃瓶洗干净,擦干,放入填充物,将彻底干透的水晶玫瑰放在瓶中, 盖好软木塞,完成。
实验一 水晶玫瑰的制作
水晶是一种稀有矿物结晶,也许你想不到,晶莹剔透的水晶和砂子的主要化 学成份相同,都是三方或六方晶系的二氧化硅。相同元素组成的物质怎么相差那 么大呢?那是由于它们不同的微观形貌造成的。砂子是由许多细小的二氧化硅晶 体组成的多晶体,而且含有很多杂质,而水晶晶体则是纯度很高的单晶体。此外, 自然界还有许多物质与水晶属于同一种晶系。例如冰晶和明矾晶体,下面让我们 通过化学中重结晶的方法,用明矾制作一朵水晶玫瑰。
6、将塑料盖塞住瓶口(可以使用 502 等胶水将瓶盖粘死),将金属盖拧在 瓶口上,一个风暴瓶就做好了。
7、将风暴瓶放置在阴凉处,当环境温度降低时,瓶中会长出雪花状晶体, 静观一年四季风暴瓶中的晶体变化。(夏天气温较高时,风暴瓶可能不会自动结
晶,可以将瓶子放在空调出风口下方或冰箱冷藏室中,等出现少量雪花状晶体时 取出放在阴凉处)
实验二 风暴瓶
十九世纪的欧洲,每一位船长的驾驶舱里都有一个风暴瓶。它是由载着达尔 文出海考察的“小猎犬号”的船长罗伯特·菲次罗伊发明的,《海底两万里》中 也提到了它。据说,风暴瓶可以预测天气变化。下面就让我们一起制作这个传说 中的风暴瓶吧。
实验材料 1、 天然樟脑 10 克 2、 硝酸钾 2.5 克 3、 氯化铵 2.5 克 4、 玻璃瓶 1 个 5、 小漏斗 1 个 6、 滤纸 1 张 7、 50 毫升量筒 1 个 8、 150 毫升烧杯 1 个 9、 无水乙醇 40 毫升(自备) 10、 蒸馏水 33 毫升(自备,可使用饮用纯净水) 11、 医用乳胶手套一副 以上材料一箱十份 可供 10 个学生做 10 个风暴瓶
实验现象 风暴瓶会随着气温的变化呈现出不同形状的白色晶体。 实验原理 樟脑在水与乙醇混合溶剂中,溶解度随温度降低而降低,于是析出晶体。配 方中的氯化铵和硝酸钾在温度降低时率先形成小晶粒,从而为樟脑结晶提供了晶
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核。 背景知识 由于樟脑和冰晶都属于六方晶系,因此风暴瓶中的晶体也具有雪花或雾凇的
外观。
实验现象 纸玫瑰的边缘结满了明矾的晶体,由于形貌与水晶相同,就有了水晶一样的 效果,晶莹剔透。
实验原理 明矾的溶解度随温度上升而显著增加。用 100 度的热水制成明矾的过饱和溶 液,在逐渐冷却的情况下析出的结晶附着在玫瑰花上。
背景知识 雪花大都是六角形的,这是因为雪花属于六方晶系。云中雪花的"胚胎"小冰 晶,主要有两种形状。一种呈六棱体状,长而细,叫柱晶;另一种则呈六角形的 薄片状,就象从六棱铅笔上切下来的薄片那样,叫片晶。如果周围的水蒸汽过饱 和的程度比较低,冰晶便增长得很慢,并且各边都在均匀地增长。它增大降落时, 仍然保持着原来的样子,分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。 如果周围的水 气呈高度过饱和状态,那么冰晶在增长过程中不仅体积会增大,而且形状也会变
实验材料 1、结晶粉(食品级的硫酸铝钾)40 克 1 包 2、川崎玫瑰 1 朵,彩纸 2 张 3、150 毫升烧杯 1 个 4、自来水约 100 毫升(自备) 5、电热壶 1 把(自备) 6、软木塞玻璃瓶及彩色石子填充物 7、玻璃搅拌棒 1 支 8、实验室专用手套 1 副 以上材料一箱十份,可供 10 个学生使用
然而这种说法是否科学呢?请对风暴瓶进行仔细观察,给出结论。
[wk.baidu.com] Yasuko Tanaka, Koichi Hagano, Tomoyasu Kuno, Kazushige Nagashima. Pattern formation of crystals in storm glass. Journal of Crystal Growth, 2008, 310 (10), 2668–2672
降温速率对晶体形貌的影响很大。当环境温度迅速降低时,樟脑分子容易形 成细小的晶体,而缓慢降温则有利于形成较大的晶体。在工业生产中,人们常常 采用控制降温速度的方法来控制产品的结晶大小。
引发思考 据传: 当瓶中液体清澈干净,代表天气将晴朗无云; 当瓶中液体混浊朦胧, 代表天空也将多云阴郁; 当瓶中出现结晶,代表将降温甚至下雪。见下图。
实验步骤 1、将玫瑰花放进玻璃瓶内 2、将 40 克结晶粉倒入烧杯中 3、用电热壶烧开自来水 4、将 100 毫升沸水倒入烧杯,搅拌片刻至大部分结晶粉溶解。
5、将明矾溶液趁热倒入玻璃瓶,有点象冲茶,一般情况下玫瑰花在这个过 程中自动翻转,倒置在纸杯中,如果没有完成自动翻转,可以用搅拌棒帮助翻转, 玫瑰花倒置便于结晶。
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