Выращивание кристаллов является одним из самых распространенных химических экспериментов для детей в домашних условиях. Мы сделали его в наших группах и практически у всех выросли увесистые кристаллы сульфата меди, более известного в русскоязычных кругах как медный купорос. Однако количество вопросов как от участников клуба, так и просто заинтересованных, не убывает. Поэтому я решил упростить себе жизнь и написать подробный план эксперимента, чтобы просто давать ссылку на него. С его помощью вы сможете вырастить кристалл практически любого размера – ограничения включаются на уровне стоимости материалов и технических возможностей…
Вам понадобится собственно медный купорос (пентагидрат сульфата меди – copper sulphate pentahydrate).
Продается на Ебэе/Амазоне и стоит в пределах £15/kg. В 99% случаев одного килограмма хватит на всю семью – каждому по кристаллу размером с грецкий орех, а то и мандарин! Если же вы захотите сделать «из ряда вон» гиганта и вас не пугают материальные/временные затраты – дайте мне знать, я готов вас проконсультировать в индивидуальном порядке 😊
Вам также понадобится термостойкий сосуд, горячая вода, желательно микроволновка, палочка и нить. В качестве сосуда в группах мы пользовались обычными прозрачными пластиковыми стаканами – они выдерживают температуру кипятка и переносят микроволновку. И их не так жалко в случае «стали руки мои как ноги»… Кстати, руки после работы с купоросом рекомендуется мыть!
Эксперимент.
- Берем пластиковый стакан (N1), насыпаем в него 120г синего порошка – купороса, и заливаем 100мл кипятка. Соотношение количества порошка и воды важно. Если у вас нет возможности точно отмерить вес/объем, лучше взять больше порошка. В моем случае я использавал стаканы обяемом 370 мл
- Хорошо размешиваем. Полностью порошок не растворится – так и должно быть. Мы готовим насыщенный раствор, в котором не может раствориться весь порошок. Раствор можно профильтровать через кофейный фильтр. Если часть соли осталась на фильтре, аккуратно возвращаем ее в раствор ложкой.
- Оставляем раствор в укромном месте (чтобы не употребить с утра вместо полоскания для рта). Лучше прикрыть стакан салфеткой, чтобы в него не попадала пыль и не забегали особо любопытные паукообразные.
- Через день-два вы увидите на дне яркие кристаллы, которые будут продолжать расти по мере испарения воды. Они нам нужны в качестве «затравки» или “seed crystal”.
- Выливаем синий раствор в другой стакан (N2)- он нам понадобится через 10 минут! Со дна отковыриваем несколько кристаллов и выбираем самый большой и монолитный.
- Этот большой монолитный кристалл надо привязать к тонкой, но прочной нити, можно использовать рыболовную леску. Не рекомендуется использовать шерсть, тк на всех волоконцах нити так же, как и на кристалле-затравке будут формироваться кристаллики. От этого ваш кристалл потеряет в весе!
- Второй конец нити нужно привязать к палочке или любому плоско-длинному предмету (у меня в качестве палочки — нож) в длину превышающей диаметр стакана. Затравка готова к росту.
- Переливаем синий раствор из стакана N2 обратно в стакан N1. Перемешиваем кристаллы на дне – они скорее всего превратятся в сросшуюся корку. Ее нужно разрушить. Стакан при этом разрушать не надо.
- Ставим стакан в микроволновку на 30-60 секунд. Можно довести до кипения. Если микроволновка в вашем хозяйстве отсутствует по каким-либо причинам, можно поставить стакан в кастрюлю с горячей водой. Это менее эффективно, но работает. Снова хорошо перемешиваем чтобы максимально растворились кристаллы на дне.
- Опускаем привязанный кристалл-затравку в горячий насыщеный раствор, кладем палочку/нож сверху. Регулируем длину нитки так, чтобы кристалл по высоте оказался посередине раствора. Нитка просто наматывается на палочку. Круглую палочку лучше зафиксировать скотчем/bluetack чтобы не крутилась под весом кристалла, а можно просто использовать плоскую. Можно даже использовать вместо палочки плоский столовый нож.
- Ждем несколько дней, пока кристалл растет. Основной рост происходит в первые сутки. Если хочется ускорить процесс, можно вынуть кристалл из стакана и повторить пункты 8 и 9.
- После того, как кристалл вырос до устраивающего вас размера, есть смысл его «зафиксировать». Во избежание превращения прекрасного ярко-синего кристалла (CuSO4) в голубой порошок пентагидрата (то самое, с чего мы начинали), лучше покрыть кристалл бесцветным лаком для ногтей. Это увеличит жизнь кристалла в несколько раз. После этого можно приклеить его клеевым пистолетом (glue gun) прозрачный сосуд. Я обычно рекомендую воспользоваться низкой стеклянной банкой с закручивающейся крышкой. Просто наливаем на дно горку расплавленного клея и сажаем в него нах кристалл. Через несколько минут его можно спокойно вертеть в руках, носить в школу на Show and Tell и пр. На моем кристалле вы можете видеть голубой налет, который и является продуктом реакции безводного кристалла с водой в воздухе — CuSO4 x 5H2O
Технические моменты.
Растворимость пентагидрата медного купороса при 20 градусах Цельсия 32г на 100мл воды. При 80 градусах – 83г, при 100 градусах – 114г. В нашем эксперименте количество порошка всегда должно быть чуть больше, чем растворимость. Иначе кристалл-затравка тоже растворится. Именно поэтому мы берем не 114г, а 120 или чуть больше.
В идеальном случае при остывании (от 100 до 20 градусов Цельсия) насыщенного раствора, полученного смешиванием 100мл воды и 114г купороса, в виде кристаллов выпадет 82г. Это большой кристалл! Но не все осядет на затравке – основная масса окажется на дне. Поэтому есть смысл вынуть наш растущий кристалл, и повторить пункты 8 и 9.
Фильтрование раствора снижает количество центров кристаллизации=мелких кристаллов, растущих вокруш всяких пылинок/неоднородностей раствора. Так легче вырастить большой монокристалл вместо большого количества сросшихся мелких.