العالم السحري للبلورات. عمل إبداعي حول البلورات حقائق مثيرة للاهتمام حول البلورات للأطفال

في البداية، كانت تسمى البلورات الكريستال الصخري - الكوارتز الشفاف، الذي لا تشوبه شائبة في جماله البارد. في العصور السابقة، عندما لم يتمكن العلماء بعد من تفسير سبب ومبدأ تكوينها، كان يُنسب إلى البلورات جميع أنواع الخصائص السحرية، كما يتضح من العديد من الأساطير والحكايات التي تذكر البلورات السحرية التي يمكنها شفاء المرضى أو إظهار المستقبل. لقد بددت فيزياء البلورات الحديثة كل هذا الضباب الرومانسي الذي غلف البلورات لفترة طويلة، وأعطت تعريفًا واضحًا لماهية البلورة من وجهة نظر علمية.

كريستال - ما هو

الكريستال مادة صلبة أصل طبيعيأو تشكلت في ظروف معملية، ولها شكل متعدد السطوح منتظم. يعتمد الشكل الصحيح للبلورة على بنيتها الداخلية - حيث توجد جزيئات المادة التي تتكون منها البلورة (الجزيئات والذرات والأيونات) فيها بنمط معين وتشكل ترتيبًا مكانيًا ثلاثي الأبعاد يتكرر بشكل دوري، وإلا تسمى "الشبكة البلورية".

أنواع وأنواع البلورات

يميز العلماء الذين يدرسون البلورات بين مفاهيم مثل "البلورة المثالية" و"البلورة الحقيقية".

كريستال مثالي

البلورة المثالية هي نوع من النموذج الرياضي التجريدي للبلورة، حيث يتم تخصيص شكل صحيح تمامًا لها يتوافق مع شبكتها البلورية والتماثل الكامل والحواف المستقيمة تمامًا. ببساطة، البلورة المثالية هي بلورة تحتوي على مجموعة كاملة من جميع الصفات والخصائص والخصائص المتأصلة في نوع معين من البلورات.

كريستال حقيقي

البلورة الحقيقية هي تلك الموجودة بالفعل. على عكس النموذج المثالي، فهو به بعض العيوب في البنية الداخلية، وحوافه ليست مثالية، ويقل تماثله. ولكن على الرغم من كل هذه العيوب، تحتفظ البلورة الحقيقية بالخاصية الرئيسية التي تجعلها بلورة - وهي ترتيب الجزيئات الموجودة فيها بترتيب منتظم.

أصل البلورات

• تنشأ البلورات الطبيعية وتنمو في أعماق الأرض لفترة طويلة في ظل ظروف درجات حرارة عالية جدًا وضغط هائل.
• لقد تعلم الناس كيفية زراعة البلورات الاصطناعية ليس فقط في المختبرات، ولكن حتى في المنزل. بالمناسبة، يمكنك تعلم كيفية زراعة بلورة الملح بنفسك من محلول ملح الطعام العادي من مقالتنا.

المواد التي تشكل البلورات

البلورات ليست فقط الماس والجمشت والزمرد والياقوت وغيرها من الأحجار الكريمة وشبه الكريمة، كما اعتاد البعض منا على الاعتقاد. وبالإضافة إلى هذه البلورات الأكثر شهرة وجمالا، هناك العديد من المواد الأخرى في الطبيعة التي لها بنية بلورية. المادة الأكثر شيوعًا التي لديها القدرة على تكوين البلورات هي الماء العادي. حتى الأطفال يعرفون كيف تبدو بلورات الماء - فالجليد والثلج معروفون لدى الجميع.

أولمبياد الإنترنت لعموم روسيا لأطفال المدارس والطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب في مجال الأنظمة النانوية والمواد النانوية وتقنيات النانو "تقنيات النانو - اختراق نحو المستقبل!"

GBOU صالة حفلات رقم 1575، موسكو

عمل ابداعي
حول البلورات
تم تنفيذ العمل من قبل طلاب GBOU Lyceum 1575، موسكو:

لوجفينوفا صوفيا، الصف الثامن

رئيس العمل:

تشوبوروفا زانا فلاديسلافوفنا، مدرس الفيزياء ورئيس قسم العلوم الطبيعية في مدرسة ليسيوم 1575،

المعلم: أولغا أوسوفيتش، جامعة موسكو الحكومية

حاشية. ملاحظة
حول البلورات
الهدف من العمل:دراسة ماهية البلورة الطبيعية وخصائصها ونمو بلورات من أحادي فوسفات الأمونيوم.
ملاءمة:لطالما جذبت البلورات انتباه الناس بجمالها وشكلها المنتظم وغموضها. وتحيط بنا هذه الأجسام طوال حياتنا، لأنها تشمل الجليد والثلج ورقائق الثلج والعديد من الأحجار الكريمة وشبه الكريمة، وكذلك المواد الصلبةحيث يتم ترتيب الذرات بانتظام لتشكل شبكة بلورية. حتى عالم مشهور مثل لومونوسوف أبدى اهتمامًا بالبلورات: "... الفضول وحده يحفز المرء على معرفة ما هو داخل الطبيعة الروسية تحت الأرض، وبعد أن وصفها للتقدم العام للعلوم، أظهرها للمجلس العلمي."

مهام: 1. ابحث عن معلومات حول ماهية البلورة والمعادن

2. اجمع مجموعة من الرمال

3. تحدث عن ماهية الرمل

4. إجراء تجارب زراعة البلورات

نتائج:

1. 
   لقد تعلمنا أن البلورات تتذكر تاريخ النمو
2. 
   لقد قمنا بزراعة بلورات من فوسفات الأمونيوم، بالإضافة إلى بلورات على الورق المقوى بسبب نمو الشعيرات الدموية
3. 
   صنع مجموعة صغيرة من الرمال

الماس والجرافيت والماس النانوي 7

3. خصائص البلورات. 8

5. الجزء النظري: "نمو البلورة." 12

البلورات المتكونة: 13

فهرس. 15

"العالم كله تقريبًا بلوري.

العالم محكوم بالكريستال ومواده الصلبة،

قوانين صريحة"

الأكاديمي فيرسمان أ.

1. مقدمة.

2.1 أنواع البلورات.

اعتمادًا على تركيبها، تنقسم البلورات إلى أيونية وتساهمية وجزيئية ومعدنية.

تتكون البلورات الأيونية من الكاتيونات المتناوبة (أيون موجب الشحنة) والأنيونات (أيون سالب الشحنة) الموجودة في بترتيب معينقوى الجذب والتنافر الكهروستاتيكية. تشكل البلورات الأيونية معظم أملاح الأحماض العضوية وغير العضوية والأكاسيد والهيدروكسيدات والأملاح. في البلورات التساهمية (وتسمى أيضًا ذرية) ، توجد في عقد الشبكة البلورية ذرات متطابقة أو مختلفة ترتبط بروابط تساهمية (تتكون من أزواج متداخلة من سحب الإلكترون التكافؤ). هذه الروابط قوية وموجهة إلى زوايا معينة. والمثال النموذجي هو الماس. في بلورته، ترتبط كل ذرة كربون بأربع ذرات أخرى تقع في رؤوس رباعي الاسطح.

يتم بناء البلورات الجزيئية من جزيئات معزولة تعمل بينها قوى جذب ضعيفة نسبيًا. ونتيجة لذلك، فإن هذه البلورات لها نقاط انصهار وغليان أقل بكثير، كما أن صلابتها منخفضة. من المركبات غير العضويةتشكل البلورات الجزيئية العديد من اللافلزات (الغازات النبيلة، الهيدروجين، النيتروجين، الفسفور الأبيض، الأكسجين، الكبريت، الهالوجينات)، وهي مركبات تتكون جزيئاتها فقط الروابط التساهمية. هذا النوع من البلورات هو أيضًا سمة لجميع المركبات العضوية تقريبًا.

تشكل البلورات المعدنية معادن نقية وسبائكها. ويمكن رؤية هذه البلورات على المعادن المكسورة، وكذلك على سطح الصفائح المجلفنة. تتكون الشبكة البلورية للمعادن من الكاتيونات المرتبطة بالإلكترونات المتحركة ("غاز الإلكترون"). يحدد هذا الهيكل التوصيل الكهربائي، والمرونة، والانعكاس العالي (التألق) للبلورات.

من الضروري فصل البلورة المثالية والحقيقية.

2.2 الكريستال المثالي.

إنه، في الواقع، كائن رياضي له تناظر كامل ومتأصل وحواف ناعمة مثالية.

2.3 كريستال حقيقي.

يحتوي دائمًا على عيوب مختلفة في البنية الداخلية للشبكة والتشوهات والمخالفات على الوجوه وله تناسق منخفض للمتعدد السطوح بسبب ظروف النمو المحددة وعدم تجانس وسط التغذية والأضرار والتشوهات. لا تحتوي البلورة الحقيقية بالضرورة على وجوه بلورية وشكل منتظم، ولكنها تحتفظ بخاصيتها الرئيسية - الموضع المنتظم للذرات في الشبكة البلورية.

لتمثيل هذه الهياكل بصريًا، يتم استخدام شبكات بلورية، حيث توجد في العقد مراكز الذرات أو الجزيئات (أو الأيونات) للمادة. يُسمى الحد الأدنى لحجم عنصر الشبكة بخلية الوحدة. يمكن بناء الشبكة البلورية بأكملها عن طريق النقل المتوازي لخلية الوحدة في اتجاهات معينة.

البلورات، وهو أمر مهم للغاية، تتذكر خلفيتها الدرامية، "مكان ميلادها".
تتشكل البلورات:

في لحظة تكوين المادة نتيجة تفاعل كيميائي

عند إضافة جزيء الماء إلى جزيء الملح

عندما يترسب المذاب من المحلول

أثناء التحول الغازي أو مادة سائلةفي المادة الصلبة
عندما تنمو البلورات، يتم ترتيب الذرات في ترتيب معين. في هذا الوقت، يحدث تأثير خارجي (تغيرات درجة الحرارة والضغط). ولهذا السبب، تنشأ الاضطرابات، بسبب ترتيب الذرات بترتيب مختلف. اتضح أنه من خلال النظر إلى الخلع، يمكنك فهم مصدر هذه البلورة، وكيف تشكلت، وما يحدث في مكان قريب. على سبيل المثال، لا يمكن أن تكون رقاقات الثلج هي نفسها، لأنه لا يمكن أن تكون هناك شروط متطابقة تمامًا للتكوين، أو الشوائب، ولكنها جميعها لها شكل سداسي، حيث أن لها تركيبة أساسية مماثلة والظروف محدودة أيضًا (درجة الحرارة أقل من 0، وما إلى ذلك). .
يعد الماس والجرافيت والماس النانوي مثالاً على حقيقة أن البلورات ذات الخصائص المختلفة لا تتكون بالضرورة من مواد مختلفة. هذه المواد متطابقة في التركيب وتختلف فقط في بنية الشبكة البلورية. تم اكتشاف الماس النانوي في الطبيعة في الحفر التي شكلتها تأثيرات النيزك. يتم استخدام الماس النانوي في إنشاء العناصر الإلكترونية النانوية.

الماس والجرافيت النانوي

nanodiamond

ل
شعرية كريستال من الماس والجرافيت

1. خصائص البلورات.

على الرغم من أن البلورات الحقيقية الموجودة في حياتنا لا تمتلك خصائص سحرية، إلا أنها لا تقل خصائص مثيرة للاهتمام، مثل:

3.1 التماثل.

انتظام التركيب الذري (يمكن دمج البلورة مع نفسها من خلال تحويلات التناظر). في الطبيعة لا يوجد سوى 230 مختلفة مجموعات الفضاء، والتي تغطي جميع الهياكل البلورية الممكنة (تم تأسيس هذا من قبل العالم الروسي إ.س. فيدوروف)

3.2 تباين الخواص.

تباين الخواص هو الاختلاف في خصائص البلورات في اتجاهات مختلفة. تباين هو خاصية مميزةالأجسام البلورية. في هذه الحالة، تتجلى خاصية التباين في أبسط صورها فقط في البلورات المفردة. في البلورات المتعددة، قد لا يظهر تباين الجسم ككل بسبب الاتجاه العشوائي للبلورات الدقيقة، أو قد لا يظهر حتى، إلا في حالات ظروف التبلور الخاصة، والمعالجة الخاصة، وما إلى ذلك.

سبب تباين البلورات هو أنه مع الترتيب المنظم للذرات أو الجزيئات أو الأيونات، فإن قوى التفاعل بينها وبين المسافات بين الذرات تكون غير متساوية في اتجاهات مختلفة. يمكن أيضًا أن يكون سبب تباين البلورة الجزيئية هو عدم تناسق جزيئاتها. من الناحية المجهرية، عادة ما يظهر هذا الاختلاف فقط إذا الهيكل البلوريليست متناظرة للغاية.

1. 
   بلورات الرمل.

مجموعة طبيعية
يصنع الرمل مجموعات طبيعية جميلة.

عندما يهطل المطر في الصحراء، يتسرب الماء بسرعة إلى الرمال. إذا كان هناك الكثير من الجبس في الرمال، فسيتم غسل جزيئاته وتعميقها بالماء. وبسبب الحرارة الشديدة، يرتفع الماء مرة أخرى إلى السطح. وعندما يتبخر الماء تماما، تتشكل بلورات جبسية جديدة. وبما أن تكوين المعدن يحدث في طبقة من الرمل، فإن الرمل يصبح جزءا من البلورة. ويسعد السائحون الذين زاروا الصحراء أن يأخذوا هذه الحجارة - ورود الصحراء - إلى مجموعاتهم. يتراوح قطر بتلات "وردة الصحراء" من 2-3 ملم إلى عدة ديسيمترات. ويعتمد لون البلورات بشكل كامل على لون الرمال التي تكونت فيها. "ورود الصحراء" البيضاء توجد في الصحراء التونسية، والسوداء في صحاري الأرجنتين.

تصوير شوبوروف أ. صحراء الصحراء. مجموعة طبيعية. "وردة الصحراء" - الحجر الرملي

في الوقت الحاضر، أصبح جمع الرمال من الشواطئ والبراكين المختلفة أمرًا شائعًا. لكن قلة من الناس يعرفون أن مجموعة الرمال هي أيضًا مجموعة من البلورات. كل حبة رمل عبارة عن بلورة كوارتز صغيرة!

يتكون الرمل الناتج من المحجر بشكل أساسي من بلورات الكوارتز الصفراء ويحتوي على كميات قليلة من الشوائب. قد تحتوي الرمال من بركان جوزو على زجاج سبج أو بركاني. في الرمال القادمة من اليونان، العديد من حبيبات الرمل ليست بلورات كوارتز، ولكنها معادن صغيرة من مواد أخرى. الرمال البيضاء من شواطئ تونس لا تحتوي عمليا على أي مواد غريبة. إنها كلها بلورات كوارتز بيضاء. الحجر الرملي هو حجر صلب يتكون من حبيبات الرمل "المدمجة" معًا. هناك الكثير من القواسم المشتركة بين الكريستال الصخري والرمل. وهي أيضًا بلورات كوارتز، لكن البلورات الصخرية أكبر حجمًا.

الصورة 1. الرمال العادية من المحجر. الصورة 2. رمال الشواطئ البيضاء في تونس

الصورة 3. الرمال البركانية

من اليونان. الصورة 4. ولادة سبج

الصورة 5. الرمال من جزيرة جوزو.
تم التقاط الصور باستخدام المجهر مع التكبير 10.

5. الجزء النظري: "نمو البلورات".

5.1 لماذا تنمو البلورات

لماذا يتم إنشاء البلورات الاصطناعية إذا كانت جميع المواد الصلبة المحيطة بنا تقريبًا لها بنية بلورية بالفعل؟

أولا وقبل كل شيء، البلورات الطبيعية ليست دائما كبيرة بما فيه الكفاية؛ فهي غالبا ما تكون غير متجانسة وتحتوي على شوائب غير مرغوب فيها. عندما يتم زراعتها بشكل مصطنع، من الممكن الحصول على بلورات أكبر وأنقى مما كانت عليه في الطبيعة.

هناك أيضًا بلورات نادرة وذات قيمة عالية في الطبيعة، ولكنها ضرورية جدًا في مجال التكنولوجيا. لذلك، تم تطوير طرق مختبرية ومصنعية لزراعة بلورات الماس والكوارتز والأكسيد الألماسي. تتم زراعة البلورات الكبيرة اللازمة للتكنولوجيا والعلوم، والأحجار الكريمة الاصطناعية، والمواد البلورية للأدوات الدقيقة في المختبرات؛ يتم أيضًا إنشاء تلك البلورات هناك ودراستها من قبل علماء البلورات والفيزيائيين والكيميائيين وعلماء المعادن وعلماء المعادن، واكتشاف ظواهر وخصائص جديدة رائعة فيها. والأهم من ذلك، من خلال البلورات المتنامية بشكل مصطنع، فإنها تخلق مواد غير موجودة في الطبيعة على الإطلاق، العديد من المواد الجديدة. وفقًا للأكاديمي نيكولاي فاسيليفيتش بيلوف، فإن البلورة الكبيرة هي أداة لإظهار ودراسة واستخدام الخصائص المذهلة للبلورة، والتي تُحدث ثورة مستمرة في العلوم والتكنولوجيا.

في المختبرات والمصانع، يتم تحسين طرق إنشاء بلورات اصطناعية ذات الخصائص المطلوبة للتكنولوجيا بشكل متزايد، إذا جاز التعبير، بلورات "للقياس" أو "للطلب".

وأيضًا، عندما نزرع البلورات، يبدو الأمر كما لو أننا نصنع قطعة من قصة خيالية. كما لو كان السحر، تنمو البلورات من المسحوق والماء. ومن المثير للاهتمام أيضًا أنه عندما نتعلم التفسير العلمي لـ "الحكاية الخرافية"، يبدو لنا أن كل ما يحيط بنا هو قصة خيالية. فقط ليس السحرة، ولكن الكيميائيين، وليس مسحوق سحري، ولكن أحادي فوسفات الأمونيوم، وليس بلورة سحرية بخصائصها السحرية وجمالها، ولكنها عادية، ولكنها جميلة دائمًا.

6.تزايد بلورات نفسك

تتشكل البلورات:

1. 
   في لحظة تكوين المادة نتيجة تفاعل كيميائي
2. 
   عند إضافة جزيء الماء إلى جزيء الملح
3. 
   عندما يترسب المذاب من المحلول
4. 
   عندما تتحول المادة الغازية أو السائلة إلى مادة صلبة

6.1 بلورات فوسفات الأمونيوم.

1. 
   تحضير المواد. سنحتاج إلى: فوسفات الأمونيوم، كوب قياس، ماء ساخن، عصا تقليب، حاوية للبلورات (لزراعة النوع الثاني، الحجارة أيضًا).

1. 
   أضف 70 مل من الماء الساخن لكل 25 جم من فوسفات الأمونيوم وحركه جيدًا حتى يذوب فوسفات الأمونيوم.

1. 
   أ) صب المحلول الناتج في وعاء وانتظر لمدة يوم تقريبًا.

ب) 1. صب الحجارة في وعاء البلورات.

2. صب المحلول في الحاوية وانتظر حوالي أسبوع.

3. وانقعي قطعة من الورق الأخضر بمحلول آخر.

يمكنك أيضًا زراعة بلورات على الورق المقوى (الكرتون عبارة عن بنية مسامية). تحتاج إلى فرك حواف الورق المقوى بورق الصنفرة ووضعه في المحلول. ويوضح الرسم البياني كيفية حدوث هذه العملية. ويصل المحلول إلى حواف الورق المقوى من خلال الشعيرات الدموية، ويحدث التبخر والتبلور، وتنمو البلورات من المحلول.

مخطط عملية نمو البلورة: الشعيرات الدموية – التبخر – التبلور

النتائج: (بلورات فوسفات الأمونيوم): (صورة للمؤلف)

يحتوي هذا النظام البلوري على بلورات فوسفات ثنائي هيدروجين الأمونيوم، وهي مادة واعدة ذات خصائص كهربائية غير خطية.

الاستنتاجات:

1. تعلمنا أن البلورات تتذكر تاريخ النمو

2. قمنا بزراعة بلورات من فوسفات الأمونيوم، وكذلك بلورات على الورق المقوى بسبب نمو الشعيرات الدموية

3. صنع مجموعة صغيرة من الرمل

فهرس.

1. "الهياكل النانوية المذهلة"، كينيث ديفييس وستيفن ديفييستحرير البروفيسور. إل إن باتريكيف، بينوم 2011

2. "الصخور والمعادن" علم شعبي. الإصدار. موسكو، مير، 1986
2011 -> العلاج الانعكاسي لعلاج ألم العصب الثلاثي التوائم
2011 -> S. Zh.Asfendiyarov atyndagi
2011 -> توصيات منهجية للتعليم الحكومي
2011 -> برنامج عمل للدورة الاختيارية العلاج بالنباتات، المعالجة المثلية العامة، الصيدلة السريرية للمنتجات الطبية التجميلية

إلى السؤال الذي طرحه المؤلف، اطرح شيئًا مثيرًا للاهتمام حول البلورات السائلة اي جي.أفضل إجابة هي البلورات السائلة (المختصرة بـ LC) هي مواد لها خصائص كل من السوائل (السيولة) والمواد الصلبة (تباين الخواص) في نفس الوقت. من الناحية الهيكلية، البلورات السائلة هي سوائل تتكون من جزيئات ممدودة، مرتبة بطريقة معينة في كامل حجم هذا السائل. الخاصية الأكثر تميزًا للLCs هي قدرتها على تغيير اتجاه الجزيئات تحت تأثير المجالات الكهربائية، مما يفتح فرصًا واسعة لاستخدامها في الصناعة. بناءً على نوعها، تنقسم البلورات السائلة عادةً إلى ثلاث مجموعات كبيرة: الخيطيات، والسميتيكات، والكوليسترولية.
تاريخ اكتشاف البلورات السائلة
تم اكتشاف البلورات السائلة في عام 1888 من قبل عالم النبات النمساوي ف. راينيتسر. ومع ذلك، كما يحدث في بعض الأحيان، لم ينتبه العلماء انتباه خاصعلى الخصائص غير العادية لهذه السوائل. وحتى بعد ظهور كتاب “البلورات السائلة” عام 1904 من تأليف أوتو ليمان، لم يفكر أحد في استخدامها في مجال التكنولوجيا.
في عام 1963، خمن الأمريكي J. Ferguson استخدامه الممتلكات الأكثر أهميةبلورات سائلة - يتغير لونها تحت تأثير درجة الحرارة - لكشف المجالات الحرارية غير المرئية بالعين المجردة. وبعد حصوله على براءة اختراع، زاد الاهتمام بالبلورات السائلة بشكل حاد.
وفي عام 1965، عُقد المؤتمر الدولي الأول للبلورات السائلة في الولايات المتحدة الأمريكية. في عام 1968، أنشأ العلماء الأمريكيون مؤشرات جديدة بشكل أساسي لأنظمة عرض المعلومات. ويستند مبدأ عملها على حقيقة أن جزيئات البلورات السائلة، التي تتحول في مجال كهربائي، تعكس الضوء وتنقله بطرق مختلفة. تحت تأثير الجهد المطبق على الموصلات الملحومة في الشاشة، ظهرت عليها صورة تتكون من نقاط مجهرية. ومع ذلك، فقط بعد عام 1973، عندما قامت مجموعة من الكيميائيين الإنجليز بقيادة جورج جراي بتوليف بلورات سائلة من مواد خام رخيصة نسبيًا ويمكن الوصول إليها، أصبحت هذه المواد منتشرة على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من الأجهزة.
تطبيق البلورات السائلة
أحد المجالات المهمة لاستخدام البلورات السائلة هو التصوير الحراري. ومن خلال اختيار تركيبة المادة البلورية السائلة، يتم إنشاء مؤشرات لنطاقات درجات حرارة مختلفة ولتصاميم مختلفة. على سبيل المثال، يتم تطبيق البلورات السائلة على شكل فيلم على الترانزستورات والدوائر المتكاملة ولوحات الدوائر المطبوعة للدوائر الإلكترونية. العناصر المعيبة - شديدة الحرارة أو البرودة، ولا تعمل - يمكن ملاحظتها على الفور من خلال بقع الألوان الزاهية. حصل الأطباء على فرص جديدة: يقوم مؤشر الكريستال السائل الموجود على جلد المريض بتشخيص الالتهاب الخفي وحتى الورم بسرعة.
تستخدم البلورات السائلة للكشف عن الأبخرة الضارة مركبات كيميائيةوأشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية الخطرة على صحة الإنسان. تم إنشاء أجهزة قياس الضغط وأجهزة الكشف بالموجات فوق الصوتية بناءً على البلورات السائلة. لكن المجال الواعد لتطبيق المواد البلورية السائلة هو تكنولوجيا المعلومات. لقد مرت سنوات قليلة فقط من المؤشرات الأولى المألوفة للجميع من الساعات الرقمية إلى أجهزة التلفزيون الملونة المزودة بشاشات LCD بحجم البطاقة البريدية. توفر أجهزة التلفزيون هذه صورة رائعة جدًا جودة عالية، تستهلك كمية ضئيلة من الطاقة من بطارية أو بطارية صغيرة الحجم.

في الوقت الحاضر، يمكن اعتبار أنه من الثابت أن السائل لا يمكن أن يتصلب بعد تبريده إلى درجة الانصهار إلا إذا كان هناك "مراكز تبلور" فيه. وفي غيابها، يصبح السائل "شديد البرودة"، أي تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون نقطة انصهار المادة، ولكن تبقى المادة في حالة سائلة. وقد لوحظت إمكانية انخفاض حرارة الجسم للمياه منذ أكثر من مائتي عام، في عام 1724، بواسطة فهرنهايت. شراء العقارات المربحة في أوديسا في ذلك الوقت، كما قد تتخيل، لم يكن متاحا بعد.

وفي وقت لاحق، تم تحديد ودراسة مجموعة متنوعة من الظروف التي ساهمت في تصلب السائل فائق التبريد والحفاظ عليه في شكل سائل. اتضح أن "التلوث" بأي جزيئات صلبة له أهمية كبيرة في بداية التبلور. وبالتالي، إذا كان للماء سطحًا يمكن الوصول إليه من الهواء الجوي مع وجود جزيئات غبار مختلفة معلقة فيه المواد الصلبة، فمن الصعب تبريده. على العكس من ذلك، في أنبوب اختبار مغلق، خاصة عند ضخ الهواء، يصبح الماء شديد البرودة بسهولة.

يمكن أن يحدث تبلور السائل فائق التبريد عادةً عن طريق فرك الجدار الداخلي للوعاء الزجاجي الذي يوجد فيه السائل باستخدام عصا صلبة. في هذه الحالة، في جميع الاحتمالات، تنطلق جزيئات الزجاج المجهرية من الجدار، وتلعب دور البذور.

الحقائق المأخوذة من الملاحظات العملية تؤدي إلى نفس الاستنتاجات. كتب قبطان السفينة "Dnscovery" آر إف سكوت في 12 سبتمبر 1902 في سجل السفينة أن الشباك والحبال التي تم إنزالها تحت الماء (من الواضح أنها شديدة البرودة) تبين أنها كانت مغطاة ببلورات الجليد بعد رفعها، وفي إحدى الحالات حول تم تشكيل سمك 1 بوصة (2.54 سم) من الجليد الأسطواني المتقشر وقطره حوالي 25 سم، وكانت بلورات الجليد على شكل منشورات متعامدة مع الحبل، وتتقاطع مستوياتها مع بعضها البعض بزاوية 60 درجة. "كل هذا"، وفقا لسكوت، يشبه الدانتيل الجميل؛ بتعريضه للضوء نرى من خلاله ألوان الطيف الفاخرة كما لو كان من المنشور. عند لمسه، ينقسم الجليد إلى قطع، ويمكن تقسيم كل ورقة إلى طبقات رقيقة.

وفي الوقت نفسه، لا ينبغي للمرء أن يغيب عن باله حقيقة أن تبلور السائل يكون مصحوبًا بإطلاق الحرارة، وإذا لم تتم إزالة هذه الحرارة، فإن درجة حرارة السائل سترتفع إلى الحد الذي لن يعود فيه التبلور يكون ممكنا. لذلك، من الملائم مراقبة نمو البلورات من نواتها في سائل فائق التبريد. وهذا ما فعله أبرز الباحثين المعاصرين في هذه القضايا، تامان، مؤسس مذهب مراكز التبلور ومرجع معترف به في هذا المجال. قام هو ومعاونوه بدراسة العديد من السوائل، وحددوا لها كميتين: معدل تكوين النوى اعتمادًا على درجة التبريد الفائق، ثم معدل نموها مع النوى الناتجة.

ومع ذلك، من بين السوائل التي درسها تامان، لم يكن هناك ماء. وفقا لتامان، فإن مراكز التبلور الأولى بالقرب من الماء تنمو بسرعة كبيرة أنه بعد وقت قصير، يمتلئ الوعاء بأكمله بإبر جليدية رقيقة، وبالتالي من المستحيل مراقبة معدل تكوين النوى البلورية.

تمكنت من التغلب على الصعوبات التقنية التي منعت تامان من مراقبة المرحلة الأولية من تبلور الماء، واتضح أن التغلب على هذه الصعوبات لا يتطلب تقنيات معقدة للغاية.

في عملي على دراسة خصائص تبلور الماء بشكل عام ونواة التبلور بشكل خاص، انطلقت من استنتاج منظري الكيمياء الفيزيائية بأن معدل تطور النوى منخفض جدًا عند درجات التبريد الفائقة المنخفضة، وكذلك من البيانات التجريبية الذي أكد هذا الاستنتاج.

لذلك، اعتبرت رأي تامان أنه مع التبريد الفائق الطفيف للمياه، من المفترض أن تتطور نوى التبلور بسرعة كبيرة بحيث يكون من المستحيل دراستها من الناحية الفنية، وهو غير صحيح، وأثبتت ذلك تجريبيًا، من خلال العمل في مجال التبريد الفائق الصغير حقًا (أعشار) وأجزاء من المئات من الدرجة أقل من 0 درجة)، حيث يمكن تقليل معدل تطور النوى إلى الحدود التي تسمح بإمكانية دراسة النوى بسهولة وحرية.

وهكذا تمت إزالة الحاجز الذي كان يمنع تامان وغيره من الباحثين سابقًا من دراسة نوى تبلور الماء.

لتنفيذ مثل هذا التثبيت، كانت السفينة التي تحتوي على مياه فائقة التبريد محاطة بمزيج تبريد من محلول الملح في الماء مع الثلج؛ تعتمد نقطة تجمد المحلول على تركيز الملح فيه.

وأظهرت الدراسة أن درجات الحرارة بين 0 و -1 درجة مئوية هي الأكثر ملاءمة لمراقبة تكوين بلورات الجليد. في حالة انخفاض درجات الحرارة، فإن الصعوبة التي لاحظها تامان تجعل نفسها محسوسة بقوة بالفعل. علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار الصعوبات الأخرى: إطلاق الحرارة أثناء تكوين البلورات وحقيقة أنها تميل إلى الطفو للأعلى وبالتالي تفلت من المراقبة.

يوضح الشكل أحد خيارات التثبيت التي استخدمتها، حيث لم يعد يحدث هذا التداخل. يشير الحرف I هنا إلى بلورة ثلجية تطفو إلى الأعلى. يأتي نحوه تيار من الماء مدفوعًا بمسمار دوار. يتم الحفاظ على سرعة حركة الماء للأسفل بحيث تظل البلورة دون تغيير تقريبًا. يهدف الأنبوب الخارجي الذي يتدفق من خلاله المحلول الملحي إلى الحفاظ على درجة حرارة ثابتة.

من خلال تطبيق التحكم الدقيق في التبريد الفائق للمياه، كان من الممكن تسريع أو إبطاء السرعة، أو التوقف أو التوقف حسب الرغبة. حتى عكس عملية نمو البلورة المرصودة، بحيث يكون من الممكن تقليل البلورة المزروعة بالفعل مرة أخرى وحتى تدميرها بالكامل.

اتضح من هذه التجارب أن شكل جنين الجليد البلوري هو قرص عادي، والذي، مع مزيد من النمو، يتحول إلى لوحة سداسية منتظمة من الجليد الشفاف، وهذا الأخير ينمو بالفعل إلى نجم سداسية الأشعة. مزيد من النمو للنجم، الذي يصل قطره إلى 2-3 سم، يعطي هيكلًا مخرمًا يشبه ندفة الثلج في المظهر.

ترتبط صعوبات هائلة بتصوير البلورات. نظرًا لشفافيتها، لا يمكن رؤيتها إلا من الزاوية التي يكون فيها الضوء الساقط عليها كاملاً انعكاس داخلي. يتم تغليف البلورات المأخوذة من الماء بالسائل، وعندما تتم إزالتها، تتعطل بنيتها الدقيقة والدقيقة.

يانا سولوفيوفا (توركوفا)
مشروع طالب في الصف الرابع "كل ما هو غير معروف مثير للاهتمام للغاية! عالم البلورات المذهل"

مرحبًا!

أقدم انتباهكم إلى العرض التقديمي "كل ما هو غير معروف مثير للاهتمام للغاية!" حول دراسة عالم البلورات.

تم تجميع العرض التقديمي من قبل ابني، وهو طالب في الصف الرابع في مدرسة ألكسينسكي في منطقة لينينغراد، دانييل توركوف.

الفرضية: الكريستال جوهرة.

هدف:ابحث عن دحض لحقيقة أن البلورات ليست سوى أحجار كريمة.

مهام:

1. اكتشف ما هي البلورة.

2. اكتشف ما هي البلورات من حولنا.

3. تعلم حقائق مثيرة للاهتمام حول البلورات.

4. زراعة البلورات في المنزل.

ما هي البلورة؟

البلورات هي إبداعات مذهلة من الطبيعة. نحن سعداء بألوانها الزاهية وشفافيتها، وحتى حوافها الناعمة، والأهم من ذلك، الشكل الصحيح. تبدو البلورات كما لو أن شخصًا ما قام بقطعها وصقلها ورسمها خصيصًا. وهذه "المعجزة" التي خصص لها العمل...

كريستال من krystallos اليونانية، الجليد في الأصل، ولكن في وقت لاحق اكتسب الكريستال اسم آخر - الكريستال الصخري.

وهي أجسام صلبة لها الشكل الطبيعي لمتعددات الوجوه المنتظمة. هذا الشكل هو نتيجة للترتيب المرتب للذرات في البلورات، مما يشكل ترتيبًا مكانيًا دوريًا ثلاثي الأبعاد - شبكة بلورية.

ما هي البلورات من حولنا؟

هناك المئات من المواد في الطبيعة التي تشكل البلورات. الماء هو واحد من أكثر هذه الأشياء شيوعًا. يتحول الماء المتجمد إلى بلورات ثلجية أو رقاقات ثلجية.

من حولنا، معظم الأشياء العادية مثل السكر والملح عبارة عن بلورات.

تتشكل البلورات المعدنية أيضًا أثناء عمليات معينة لتكوين الصخور. إن الكميات الهائلة من الصخور الساخنة والمنصهرة الموجودة في أعماق الأرض هي في الواقع محاليل معدنية. عندما يتم دفع كتل هذه الصخور السائلة أو المنصهرة نحو سطح الأرض، فإنها تبدأ في البرودة. أنها تبرد ببطء شديد. تتحول المعادن إلى بلورات عندما تتحول من الحالة السائلة الساخنة إلى الحالة الصلبة الباردة. منذ ملايين السنين، كان الجرانيت عبارة عن كتلة منصهرة من المعادن في حالة سائلة. حاليا في قشرة الأرضهناك كتل من الصخور المنصهرة التي تبرد ببطء وتشكل بلورات من أنواع مختلفة.

الأحجار الكريمة هي أيضا بلورات! هذه هي المعادن التي لها خاصيتان رئيسيتان "للثمينة": الجمال والندرة. أنت تعرف أسماء كثيرة: الماس، الجمشت، الياقوت، الياقوت، الزمرد، التوباز، الخ.

1. هل تعلم أن البلورات تتكاثر بنفسها وتنمو بهذه الطريقة؟ يمكن أن يطلق عليهم بحق مخلوقات الطبيعة "الحية".

تم اكتشاف أكبر البلورات في عام 2000 في كهف البلورات في مجمع منجم نايكا، في ولاية تشيهواهوا المكسيكية. يصل طول بعض بلورات الجبس الموجودة هناك إلى 15 مترًا وعرضها مترًا واحدًا.

2. يُعرف معدن السبودومين أيضًا ببلوراته العملاقة التي يبلغ طولها مترًا.

3. متحف عوالم الكريستال في النمسا.

تم افتتاح متحف الكريستال المذهل في عام 1995 بمناسبة الذكرى المئوية

الذكرى السنوية لسواروفسكي. المتحف عبارة عن معرض تفاعلي لمنتجات الكريستال، حيث يمكن مشاهدة المعروضات والشعور بها وسماعها وحتى شمها. المتحف عبارة عن متاهة تحت الأرض حيث ترتبط قاعات العرض بالممرات والسلالم. عند المدخل، يتم استقبال الزائرين برأس عملاق، عيناه مصنوعتان من بلورات خضراء، ويتدفق من فمه شلال. وفقًا للأسطورة، عاش عملاق في هذه الأجزاء، وكان يحرس بعناية كنوزه التي لا تعد ولا تحصى، وهو الآن يحمي ثروات عوالم كريستال سواروفسكي. يضم المتحف أكبر وأصغر بلورات في العالم، والمدرجة في موسوعة غينيس للأرقام القياسية. أكبر كريستال سواروفسكي يبلغ قطره 40 سم ويزن 310 ألف قيراط. ويبلغ قطر أصغر بلورة 0.8 ملم فقط ولا يمكن رؤيتها إلا من خلال المجهر. يعد Swarovski Crystal Worlds الآن ثاني أكثر المتاحف شعبية في النمسا.

4. توربورنيت.

على الرغم من جمال هذا المعدن الساحر، إلا أنه مميت أيضًا. تحتوي منشورات توربرنيت البلورية على اليورانيوم ويمكن أن تسبب السرطان لدى البشر. بالإضافة إلى ذلك، عند تسخينها، تبدأ هذه الحجارة في إطلاق غاز الرادون ببطء، وهو أمر خطير للغاية على الصحة.

5. فئة إسفين.

تحتوي بلورة الكلينوكلاز النادرة على سر واحد صغير - عند تسخينها، تنبعث من هذا المعدن الجميل الرائع رائحة الثوم.

6. الباريت الأبيض مرصع ببلورات الفانادينيت.

حصل الفنادينيت على اسمه تكريما لإلهة الجمال الاسكندنافية فاناديس. يعد هذا المعدن من أثقل المعادن على هذا الكوكب لأنه يحتوي على نسبة عالية من الرصاص. يجب تخزين بلورات الفنادينيت بعيدا عن أشعة الشمسلأنها تميل إلى أن تصبح داكنة تحت تأثيرها.

7. ستيبنيت فضي مع الباريت.

ستيبنيت هو كبريتيد الأنتيمون، ولكن يبدو أنه يتكون من الفضة عالية الجودة. وبفضل هذا التشابه، قرر أحد الأشخاص ذات يوم أن يصنع أدوات مائدة فاخرة من هذه المادة. وكانت هذه فكرة سيئة للغاية. بلورات الأنتيمون تسبب تسمما شديدا، حتى بعد ملامسة الجلد فمن الضروري غسله جيدا بالصابون.

8. كالكانثيت.

يخفي الجمال الساحر لهذه البلورات خطرًا مميتًا: بمجرد وجوده في بيئة سائلة، يبدأ النحاس الموجود في هذا المعدن في الذوبان بسرعة، مما يهدد جميع الكائنات الحية التي تعترض طريقه. يمكن لحصاة زرقاء صغيرة واحدة فقط أن تدمر بركة بأكملها بكل ما فيها من نباتات وحيوانات، لذا يجب عليك التعامل معها بحذر شديد.

9. كوبروسكلودوفسكايت.

تجذب بلورات kuprosklodovskite ذات الشكل الإبري انتباه الإعجاب بعمق وتنوع ألوانها الخضراء، فضلاً عن شكلها المثير للاهتمام. ومع ذلك، يتم استخراج هذا المعدن من رواسب اليورانيوم وهو شديد الإشعاع ويجب إبعاده ليس عن الكائنات الحية فحسب، بل حتى عن المعادن الأخرى.

10. نيزك بلاسيت.

في عام 1777، سلم العالم الألماني بالاس إلى متحف كونستكاميرا عينات من معدن نادر اكتشف في كراسنويارسك في موقع سقوط نيزك. وسرعان ما تم نقل الكتلة الكاملة من أصل خارج كوكب الأرض والتي تزن 687 كجم إلى سان بطرسبرج. وتسمى هذه المادة "حديد بالاس" أو بلاسيت. ولم يتم العثور على مادة مشابهة لها من تلك المستخرجة من كوكبنا. وفقًا للخبراء، فإن هذا النيزك عبارة عن قاعدة من الحديد والنيكل تحتوي على العديد من شوائب بلورات الزبرجد الزيتوني.

11. مريض.

بلورات مكعبة صغيرة من اللون الأزرق– بوليت – تحظى بتقدير خاص في بلدان أمريكا الجنوبية والشمالية. في روسيا، لم يلاحظ بعد استخدام هذا المعدن النادر.

12. كروكويت.

يأتي اسم "الكروكويت" من الكلمة اليونانية القديمة التي تعني "الزعفران"، حيث أن تشابه السطح البلوري مع هذه التوابل يمكن ملاحظته بالعين المجردة. يعتبر خام الرصاص الأحمر الموجود في هذا المعدن ذو قيمة خاصة لهواة الجمع والخبراء.

13. بيلدونيت.

يعود لون كريستال البيلدونيت النادر إلى النحاس الذي يحتوي عليه وتألقه نسبة عاليةيقود

14. البزموت.

تتمتع بلورات البزموت المزروعة صناعيًا بلمعان قزحي الألوان يمكن التعرف عليه على سطحها الداكن. يحدث هذا التأثير بسبب طبقة الأكسيد التي تغطيها. بالمناسبة، يستخدم كلوريد أكسيد البزموت في صنع طلاء الأظافر كوسيلة لمنحها اللمعان. لذا فإن البلورات المزروعة صناعيًا تساعد النساء أيضًا على أن تكون جميلات ومهذبات جيدًا.

15. كاكوكسينيت.

بصفته مادة متضمنة، يمكن لهذا المعدن النادر أن يمنح الكوارتز والجمشت لونًا فريدًا وقيمة أعلى. كممثل للبلورات على شكل إبرة، فإن الكاكوكسينيت هش بشكل لا يصدق.

تزايد البلورات في المنزل.

سوف تحتاج:الماء والملح والسكر والأكواب والكرتون والعصي والدهانات.

لصنع البلورات، يتم غمس العصي أولاً في الماء، ثم في الملح/السكر وتجفيفها لمدة 24 ساعة.

تحضير محلول لصنع بلورات الملح/السكر. قم بإذابة الملح/السكر في الماء الساخن، واصنع محلول ملحي مشبع (الذي نلونه بالألوان المائية الزرقاء) وشراب السكر.

صب الحلول الناتجة في النظارات.

نضع العصي المعدة بعناية في المحاليل المعدة. من الأعلى، اثقبي الورق المقوى بالعصا وغطي به الأكواب. يعد الورق المقوى الموجود على العصا ضروريًا لمنع تبخر السائل بسرعة.

نترك الفراغات في مكان هادئ لمدة أسبوع لتنمو البلورات.

نتائج التجربة

تحولت بلورة السكر بشكل جيد!

ولكن البلورة لم تخرج من الملح، ولكن لماذا؟

لماذا لم تظهر بلورة الملح!

خلال هذه التجربة، لم تتحول بلورات الملح، واستقر الطلاء ببساطة في الجزء السفلي من الكأس. لم أتمكن من حل المشكلة بنفسي واتجهت إلى الإنترنت. وهذه هي المعلومات التي وجدتها:

"نعم، لا ينبغي عليك تلوين المحلول الذي تنمو فيه البلورة، على سبيل المثال بالطلاء أو شيء مشابه - فهذا لن يؤدي إلا إلى إفساد المحلول نفسه، لكنه لا يزال لن يقوم بتلوين البلورة! أفضل طريقةللحصول على بلورات ملونة هو اختيار اللون المناسب للملح! كريستال هو كذلك

فيرتب أن تقع كل ذرة في مكانها.. وهكذا

اتضح أنها بلورة. إذا كنت ترسمه، ثم بنفسك

سوف تفشل فكرتك - أولاً وقبل كل شيء سوف تغطيها

الطلاء ولن تكون قادرة على النمو. ثانيا إذا

استخدم الصباغ في شكله النقي ثم ستحضر

هناك عيوب في البلورة ولن تكون جميلة. في

مبدأ. العديد من البلورات الطبيعية لها لون

بفضل هذه العيوب، ولكن عليك أن تعرف بالضبط ما

سوف تقوم المواد بتلوين البلورة دون إزعاجها

شعرية الكريستال، أو بما فيه الكفاية

سوف تتناسب بشكل متناغم معها."