Яковишин Л. А.

зАнимАтеЛьные Опыты

с кристАЛЛАми

Практическое руководство

ХарьковИздательство «Ранок»

2008

2 �

информация для родителей (учителей) и детей!Правила техники безопасности

(обязательно прочитайте и запомните!!!)Предлагаемые опыты предназначены для детей 10 лет и старше, инте-

ресующихся естественными науками. Опыты предназначены для проведе-ния в домашних или школьных условиях.

1. Все опыты необходимо проводить в присутствии взрослых! Проведе-нию опытов ни в коем случае не должны мешать маленькие дети и до-машние животные!

2. Вещества из набора нельзя употреблять в пищу. Оборудование для экспериментов не предназначено для приготовления, хранения и при-ема пищи, в том числе и используемая для опытов чайная ложка, кас-трюлька и баночки из-под майонеза.

3. Набор храните в месте, недоступном для маленьких детей и домашних животных и вдали от пищевых продуктов. Эксперименты проводите в специально предназначенном для этого месте.

4. Перед проведением каждого опыта внимательно прочитайте инструк-цию до конца и только потом начинайте эксперимент. Используйте только те количества веществ, которые указаны в инструкции. Не проводите экспериментов, не указанных в данном руководстве.

5. Во время проведения опытов категорически запрещается принимать пищу.

6. Избегайте попадания реактивов в рот и глаза. Если это все-таки про-изошло, промойте рот и глаза большим количеством водопроводной воды. При необходимости обратитесь к врачу.

7. Для работы используйте защитный халат и перчатки. Берите горячие предметы рукавицами или используйте тряпочку. Будьте осторожны при обращении с горячей водой.

8. Не нюхайте горячие растворы. Для определения запаха вещества со-суд с этим веществом нельзя подносить прямо к носу. Необходимо расположить его на расстоянии 15-20 см от носа и, помахивая рукой к носу, осторожно нюхать.

9. Остатки реактивов перелейте в баночки с этикетками. Этикетки сде-лайте из бумаги и приклейте их скотчем. Если вдруг вы забыли подпи-сать сосуд и у вас возникли сомнения, что в нем находится, то содер-жимое необходимо вылить в канализацию.

10. Для экспериментов лучше использовать дистиллированную воду. Ее можно приобрести в аптеке или магазине хозтоваров. В противном случае используйте кипяченую воду.

11. При горении газовой плиты помещение нужно хорошо проветривать. Электроплита должна находиться на негорючей поверхности и вдали от легковоспламеняющихся предметов. После работы с электрической или газовой плитой не забудьте ее выключить.

12. После проведения опытов вымойте оборудование и посуду, уберите ра-бочее место и протрите поверхность стола. Затем тщательно помойте руки с мылом.

набор содержит необходимые химические вещества и материалы для проведения опытов

№ п/п

Название веществаХимическая

формула

1 Алюмокалиевые квасцы Al2(SO

4)

3⋅K

2SO

4⋅24H

2O

2Сульфат меди(II) пентагидрат (медный купорос)

CuSO4⋅5H

2O

3 Хлорид аммония NH4Cl

4 Хлорид кальция гексагидрат СаCl2⋅6Н

2О

5Сульфат магния гептагидрат (горькая соль)

MgSO4⋅7H

2O

6 Хлорид калия KCl

7Сульфат натрия декагидрат (глауберова соль)

Na2SO

4⋅10H

2O

8 Сульфат калия К2SO

4

9 Нитрат калия KNO3

10 Алебастр (строительный гипс) CaSO4⋅0,5H

2O

11 Пищевые красители

12Жидкое стекло (силикатный клей)

Na2SiO

3

№ п/п

МатериалыПримерное количество

Мерный стакан (на 100—200 мл) 1

Термометр до 100 °С (не ртутный) 1

Фильтровальная бумага размером 5 ×5 см

1

Медная проволока

� �

список необходимого оборудования и материалов

№ п/п

НаименованиеПримерное количество

1 Химический стакан (емкостью 50—100 мл) 1

2 Пищевая соль NaCl

3 Чашка Петри 1

4 Стеклянная пластинка размером 10 ×10 см 1

5 Стеклянный шпатель 1

6 Мерная пробирка (на 10 мл) 1

7Стеклянная палочка с надетым кусочком резиновой трубки

1

8 Желатин (быстрорастворимый)

9 Камфорный спирт С10

Н16

О

10Небольшой стеклянный пузырек с хорошо закрывающейся крышкой

1

11 Баночка из-под майонеза Несколько

12 Бумажные салфетки Несколько

13 Ножницы 1

14 Карандаш 1

15 Газета Несколько

16 Ветка сосны или ели 1

17 Канцелярская скрепка Несколько

18 Марля (бинт) 1

19Капроновые нитки (их можно вытянуть из ста-рого чулка или колгот), шерстяные нитки

Приблизи-тельно метр

20Консервная банка или старая кастрюля для водяной бани

1

21Небольшая жестяная консервная банка или жестяная банка из-под кофе

1

22 Наждачная бумага или напильник 1

23 Стальные гвозди Несколько

24 Прозрачный мебельный лак 1

№ п/п

НаименованиеПримерное количество

25 Кисточка для лака 1

26Небольшой камешек с трещинами или от-верстиями

1

27 Лупа 1

28 Микроскоп 1

29 Чайный пакетик 1

30 Линейка 1

31Баночка из-под йогурта (сметаны) или пласт-массовый стаканчик

2

32 Кипяченая или дистиллированная вода Н2О

33 Лист плотной бумаги 1

34 Пинцет 1

35 Тряпка 1

36Защитные перчатки (рукавицы) для обраще-ния с горячими предметами

Пара

37Баночка с хорошо закрывающейся крышкой для хранения кристаллов квасцов и медного купороса

2

38 Универсальный водостойкий клей 1

39 Скотч 1

40Емкость или коробочка для хранения по-крытых лаком кристаллов квасцов и медно-го купороса

2

41Емкости для хранения обычного и подкра-шенных растворов квасцов, раствора CuSO

4

Несколько

42Узкий строительный шпатель (металличес-кий или пластмассовый)

1

43 Чайная ложка 1

Если реактив из набора израсходован, его можно приобрести в магазинах химических реактивов.

� �

кАк устрОены кристАЛЛы?

Открывая эту книгу, вы начинаете знакомство с крис-таллами. Что же это такое? Загляните на кухню. Сахар и соль — это кристаллические вещества. Откройте хо-лодильник. Там вы увидите замерзшую воду — лед. Это тоже кристаллы. Они окружают нас повсюду. В пере-воде с греческого krystallos означает лед. Этот термин применяли по отношению к горному хрусталю — одной из разновидностей кварца. Раньше даже считали, что если лед очень долго находится при низкой температу-ре, то он становится каменным и уже не может растаять (см. фото 1,2).

Кварц — это один из самых распространенных минералов, он имеет состав SiO

2. Его разновидностями являются горный

хрусталь, аметист, морион, цитрин, раухтопаз и другие ми-нералы. Римский писатель и ученый Плиний Старший в сво-ем труде «Естественная история» утверждал, что горный хрусталь получается при сильном холоде. Горный хрусталь считался камнем совершенства. По преданиям, боги на Олим-пе пользовались кубками, сделанными из горного хрусталя (см. приложение, фото 3—7).

Кристаллы — это твердые тела, обладающие «повторяющейся», так называемой периодической, структурой и имеющие при опре-деленных условиях форму правильных многогранников (правиль-ную форму). Т. е. частицы, образующие кристалл (ионы, молеку-лы, атомы), располагаются в пространстве в определенном порядке (очередности), которая периодически повторяется. Расположение частиц представляют в виде кристаллической решетки. Это трехмер-ная (пространственная) модель расположения частиц в кристалле. Наименьшую часть кристаллической решетки, повторяя которую по трем направлениям пространства можно получить кристалл, на-зывают элементарной ячейкой. Например, как видно на рисунке, в кристаллической решетке пищевой соли (хлорида натрия NaCl) элементарной ячейкой является куб. Если соединять такие кубики, состоящие из ионов натрия Na+ и хлора Cl–, то получится кристал-лическая структура, в которой каждый ион натрия окружен шес-тью ионами хлора.

Элементарная ячейка

Cl–

Na+

NaCl

Элементарная ячейка

Повторяя по трем направлениям пространства элементарную ячейку пищевой соли (хлорида натрия NaCl), можно мысленно пост-роить кристаллическую структуру этого вещества

Если в узлах кристаллической решетки находятся атомы, то ее называют атомной, если ионы (заряженные частицы) — ионной, а если молекулы — молекулярной. Атомная решетка характерна, например, для алмаза, графита и кварца. Молекулярная кристал-лическая решетка встречается у сахара. Ионной решеткой обладают пищевая соль, сода, квасцы, медный купорос. Существуют еще ме-таллические кристаллические решетки. Они характерны для всех металлов. Такие решетки в узлах содержат положительные ионы (катионы), между которыми перемещаются электроны.

Кристаллические вещества могут образовывать один моно-кристалл. Однако чаще всего кристаллические вещества состо-ят из множества небольших кристаллов, т. е. являются поликрис-таллическими. Монокристаллы обычно получают искусственно.

8 �

Монокристаллы образуют, например, алмаз и кварц. Причем мо-нокристаллы алмаза небольшие, а вот горный хрусталь (который является разновидностью кварца) способен образовывать очень большие кристаллы. Он дает монокристаллы весом несколько тонн и высотой несколько метров. Хотя обычно в природе большие мо-нокристаллы встречаются редко.

Настоящим рекордсменом среди кристаллов по массе и раз-мерам является сподумен (алюмосиликат лития LiAl[Si

2O

6]).

В Южной Дакоте (США) был найден его кристалл весом при-мерно 90 т и длиной 14 м!

Если кристаллы срастаются на общем основании, то они обра-зуют друзы (от нем. druse). Образование друз характерно, напри-мер, для гипса, кварца, кальцита, аметиста и других минералов (см. приложение, фото 39).

Некоторые кристаллические вещества способны образовывать кристаллогидраты. Они содержат в своем составе воду. Вода в этом случае называется кристаллизационной. Например, медный купо-рос имеет строение [Cu(H

2O)

4](H

2O)SO

4, хотя обычно его обозначают

формулой CuSO4· 5H

2O:

H2O

H2O

OH2

OH2

Cu

2H

H

O

O

O

O

O

O

2

Водородные связи

Как видно из схемы, одна из молекул воды посредством четы-рех водородных связей (показаны пунктиром) связывает между со-бой ион [Cu(H

2O)

4]2+ и сульфат-ион SO

42–. В определенных условиях

кристаллогидраты постепенно теряют кристаллизационную воду. Этот процесс называют выветриванием.

При нагревании кристаллогидраты разрушаются и образуются безводные вещества. Так, процесс частичной потери воды медным купоросом начинается уже при 100° С. Полностью вода удаляется при 250° С и выше.

кАк пОЛучАют кристАЛЛы?

Кристаллы получают в процессе кристаллизации из рас-плава, раствора или газообразного состояния. В лаборатор-ных условиях кристаллы обычно получают из растворов.

При помещении твердого вещества в воду происходит взаимодействие молекул растворителя с поверхностью кристаллической решетки и ослабление связей между ее частицами. Кристаллическая структура разрушается (рас-пад ионных кристаллов на отдельные ионы называют дис-социацией). При этом поглощается энергия. Образующи-еся частицы взаимодействуют с молекулами воды. Этот процесс химики называют гидратацией. Вокруг частиц разрушенной кристаллической решетки образуются так называемые гидратные оболочки. Они мешают частицам снова объединиться в кристаллическую структуру. Гидра-тация сопровождается выделением энергии. В зависимос-ти от соотношения энергии, затраченной на разрушение кристаллической решетки, и энергии, выделившейся при гидратации, в общем процесс растворения может быть эк-зотермическим (т.е. идти с выделением тепла) или эндотер-мическим (с поглощением тепла). При кристаллизации из расплавов и газов тепло всегда выделяется.

схемА рАствОрениЯ иОннОгО кристАЛЛА

Существуют вещества, которые могут смешиваться с водой в лю-бых отношениях или имеют ограниченную растворимость в воде. Для веществ с ограниченной растворимостью различают насыщен-ный, ненасыщенный и пересыщенный раствор. Насыщенный рас-твор — это раствор, содержащий максимально возможное при дан-ной температуре количество растворенного вещества. Обычно рас-творимость вещества при повышении температуры увеличивается.

10 11

При охлаждении насыщенного раствора из него начинают выпадать кристаллы растворенного вещества, поскольку с понижением темпе-ратуры растворимость уменьшается. При этом снова получается на-сыщенный раствор, но уже с меньшим содержанием растворенного вещества. Например, при 15° С в насыщенном растворе будет нахо-диться 197 г сахара в 100 г воды, а при повышении температуры до 100° С в том же количестве воды может раствориться уже 487 г саха-ра. Однако у некоторых веществ (таких как гипс CaSO

4⋅2H

2O и гид-

роксид кальция Са(ОН)2) наблюдается обратная зависимость. Встре-

чаются вещества, растворимость которых практически не зависит от температуры. Это, например, обыкновенная пищевая соль.

Если при данной температуре в растворе содержится вещества меньше, чем может раствориться, то такой раствор считают нена-сыщенным. В пересыщенном растворе содержание растворенно-го вещества оказывается больше, чем в насыщенном растворе при определенной температуре. Такой раствор может возникнуть при охлаждении нагретого насыщенного раствора, в котором не поя-вились центры кристаллизации, поэтому пересыщенный раствор иногда называют еще переохлажденным.

Для получения кристаллов совсем необязательно охлаждать насыщенный раствор. Наоборот, его можно нагревать с целью упа-ривания. При выпаривании количество растворителя постепенно уменьшается, и растворенное вещество начинает выпадать в оса-док, т. е. выкристаллизовываться.

Растущий кристалл

Рост кристаллов чем-то напоминает строительство дома

зАнимАтеЛьные Опыты

Опыт № 1. Обратимое обезвоживание медного купороса

Для опыта понадобятся: небольшая жестяная консервная банка или банка из-под кофе (если на банке имеется бумажная этикетка, обя-зательно удалите ее!), медный купорос CuSO

�⋅ �H

2O, стеклянный

шпатель, защитные перчатки или рукавицы, электрическая или га-зовая плита, вода, пипетка из домашней аптечки.

1. В небольшую жестяную консервную банку или бан-ку из-под кофе насыпьте 2-3 шпателя медного купороса CuSO

4 ⋅ 5H

2O.

2. Поставьте банку на газовую или электрическую плитку. Включите плитку.

Будьте осторожны! При работе газовой плиты помещение нуж-но хорошо проветривать, а электроплита должна находиться на негорючей поверхности и вдали от легковоспламеняющихся пред-метов!

Вскоре вы увидите, что синяя окраска медного купороса изме-нится. Кристаллы начнут бледнеть.

Причиной изменения окраски кристаллов является разрушение кристаллогидрата при нагревании — он теряет кристаллизацион-ную воду. При этом образуется безводный сульфат меди (II), име-ющий белый цвет:

CuSO4⋅5H

2O →  CuSO

4 + 5H

2O.

3. Прекратите нагревание. Дождитесь, пока банка остынет, осто-рожно снимите ее с плиты (на всякий случай пользуйтесь защит-ными перчатками или рукавицами) и поставьте на негорючую поверхность.

4. Теперь добавьте к обезвоженному сульфату меди (II) несколько капель воды. Вы увидите восстановление синей окраски, а, сле-довательно, кристаллогидрат образуется снова:

CuSO4 + 5H

2O → CuSO

4⋅5H

2O.

t °Ct °C

12 1�

Опыт № 2. Охлаждение при растворении

Для опыта понадобятся: мерный стакан, химический стакан (ем-костью �0–100 мл), кипяченая (дистиллированная) вода, хлорид аммония NH

�Cl, стеклянный шпатель, стеклянная палочка с рези-

новой насадкой.

1. В химический стакан налейте примерно 50 мл воды и добавьте к ней несколько шпателей хлорида аммония NH

4Cl.

2. Смесь перемешайте стеклянной палочкой с резино-вой насадкой.

3. Прикоснитесь рукой ко дну сосуда. Вы почувствуете, что он стал холодным. Причина состоит в том, что при растворении некоторых веществ, к которым относится и хлорид аммония, затрачивается очень много энергии на разрушение кристаллической решетки.

Нитрат аммония — один из рекордсменов по поглощению тепла при растворении. Так, если на стеклянную пластинку или фанерку налить несколько капель воды, поставить на нее химический стакан с 50 мл воды, в которой растворить 35 г нитрата аммония NH

4NO

3, то произойдет примерзание ста-

кана.

Опыт № 3. выращиваем кристаллы квасцовДля опыта понадобятся: мерный химический стакан, две баночки из-под майонеза, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка без этикетки, алюмокалиевые квасцы K

2SO

�•Al

2(SO

�)

�•2�H

2O,

кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резино-вой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, бумажные салфетки, газета, термометр, емкости для хранения раствора квасцов и кристаллов, универсальный водо-стойкий клей, капроновые нитки, ножницы, пилочка, скотч, каран-даш, канцелярская скрепка, лупа.

В этом опыте мы будем получать кристаллы квасцов. Квасцы — это двойные соли серной кислоты, имеющие состав XY(SO

4)

2•12H

2O или X

2SO

4•Y

2(SO

4)

3•24H

2O, где

X — ион натрия Na+, калия K+, рубидия Rb+, цезия Cs+, ам-мония NH4+ или другой однозарядный катион, а Y — ион алюминия Al3+, хрома Cr3+, железа Fe3+ или другой трех-зарядный катион. Мы будем использовать алюмокалие-

вые квасцы (кристаллогидрат сульфата алюминия-калия КAl(SO

4)

2•12H

2O или K

2SO

4•Al

2(SO

4)

3•24H

2O). Почему вы-

браны именно эти кристаллы? Дело в том, что алюмока-лиевые квасцы нетоксичны, хорошо растворяются в воде (особенно при нагревании), очень легко кристаллизуются и могут образовать достаточно большие кристаллы. Рас-творимость алюмокалиевых квасцов приведена в прило-жении. Квасцы дают октаэдрические кристаллы.

Октаэдр

Квасцы издавна использовали в качестве протравы при кра-шении тканей, о чем упоминал еще около 2000 лет назад римс-кий писатель и ученый Плиний Старший в своем труде «Естес-твенная история». Квасцы помогали и на войне. Так, во время войны с персами (начало нашей эры) римляне обрабатывали квасцами деревянные оборонительные башни. Древесина ста-новилась огнестойкой, и ее нельзя было поджечь.

Алюмокалиевые квасцы применяют для дубления кожи, для проклеивания бумаги, как кровоостанавливающее и прижига-ющее средство, а также в процессе водоочистки. Они также являются еще и пищевой добавкой (Е 522). Их применяют для регуляции кислотности пищевых продуктов и в качестве ста-билизатора.

1. Приготовьте насыщенный раствор квасцов. Для это-го налейте в мерный стакан 100 мл воды и перелейте воду в небольшую баночку из-под майонеза.

2. Поместите ее в небольшую кастрюлю или подходя-щего размера жестяную консервную банку, в которую тоже налейте воду.

3. Кастрюлю поставьте на электрическую или газовую плиту на ма-лый нагрев. При пользовании газом помните, что помещение должно проветриваться! Вы получили водяную баню, с помо-щью которой будете нагревать воду в баночке.

1� 1�

4. Помешивайте воду в баночке стеклянной палочкой с резиновой насадкой. Как только вода в ней нагреется до 50-60° С (для опреде-ления температуры используйте термометр), плиту выключите.

5. Периодически включайте плиту, если раствор будет остывать. Поддерживайте его температуру примерно 50—60° С.

6. Теперь в баночку начинайте добавлять небольшими порциями квас-цы, помешивая смесь палочкой. Делайте это до тех пор, пока вновь добавленное количество вещества не перестанет растворяться. На-сыщенный раствор квасцов готов (см. приложение, фото 9,10).

Теперь его необходимо быстро профильтровать через несколько слоев бинта или марли в новую баночку. Баночка для фильтрата (фильтратом называют жидкость, прошедшую через фильтр) долж-на быть горячей, поэтому перед фильтрованием ее необходимо ос-торожно ополоснуть горячей водой. Будьте осторожны, пользуй-тесь резиновыми перчатками! Если баночка будет холодной, то кристаллизация уже может произойти в процессе фильтрования при ее контакте с горячим раствором. Поместите марлю (бинт) на баночку и осторожно профильтруйте через нее раствор. Чтобы не обжечься, баночку с насыщенным раствором держите перчатками или оберните тряпочкой. После окончания эксперимента не забудь-те выключить плиту.

После фильтрования накройте баночку с фильтратом бумажной салфеткой и оберните газетой. Все это необходимо проделать для того, чтобы раствор остывал как можно медленнее — это создаст условия для роста больших кристаллов. Оставьте раствор охлаж-даться.

Примерно через сутки вы обнаружите, что в баночке появились кристаллы квасцов (см. приложение, фото 11,12). 1. Перелейте раствор из баночки в другой сосуд (этот раствор вам

еще пригодится для последующих опытов) и сделайте на нем эти-кетку «раствор квасцов».

2. Кристаллики перенесите на бумажную салфетку. Если они срос-лись, то аккуратно разъедините их.

3. Высушите кристаллы между двумя бумажными салфетками или листами фильтровальной бумаги.

4. После этого поместите их в какой-либо сосуд и хорошо его закрой-те. Сделать это необходимо, т. к. квасцы легко выветриваются на воздухе — теряют кристаллизационную воду и превращаются в порошок. На сосуд наклейте этикетку «кристаллы квасцов». Выращенные кристаллы пригодятся для получения больших кристаллов, а также для других опытов.

Выберите наиболее крупный из полученных кристаллов и об-вяжите его капроновой ниткой. Если нитка будет соскальзывать, то с помощью пилочки сделайте небольшие пазы по бокам крис-талла. Кристалл при этом изменит свою форму, но это не страшно. В процессе роста кристалл сам «залечит» полученные «раны». Ведь известно, что правильные грани растут быстрее. Если у вас нет пи-лочки, то нитку можно приклеить и универсальным водостойким клеем. Работайте с клеем в хорошо проветриваемом помещении и вдали от огня.1. Возьмите раствор квасцов, который остался у вас от предыдуще-

го эксперимента, и перелейте в баночку.2. Добавьте в баночку еще примерно 50—70 мл воды. Смесь пере-

мешайте палочкой. 3. Баночку с полученным раствором нагрейте на водяной бане, как

описано выше. Будьте осторожны! Чтобы не обжечься, пользуй-тесь защитными перчатками или тряпкой.

4. Теперь раствор необходимо сделать насыщенным уже при более высокой температуре. Для этого насыпайте небольшими порция-ми порошок квасцов и помешивайте его стеклянной палочкой.

5. Горячий насыщенный раствор профильтруйте. Вы уже умеете это делать.

6. В профильтрованный раствор поместите кристаллик квасцов на ниточке так, как это показано на рисунке. Нитку можно за-вязать на карандаше или раскрученной канцелярской скрепке и закрепить ее с помощью скотча.

Так можно вырастить большие кристаллы

7. Учтите, что кристалл начнет расти, следовательно, увеличится в размерах. Поэтому расположите его в растворе примерно посе-редине от дна баночки и уровня жидкости в ней.

8. Баночку накройте салфеткой и оберните газетой (вспомните, для чего это необходимо). Через 1-2 суток вы увидите, что кристалл увеличится в размерах. Если на основном кристалле появятся на-росты других кристаллов, то их можно осторожно соскрести лез-вием и опять опустить в раствор (см. приложение, фото 13—15).

1� 1�

Теперь вы можете снова повторить все действия, но уже с этим под-росшим кристаллом. Так вы сможете получить достаточно большой эк-земпляр. Выращенный кристалл внимательно рассмотрите под лупой.

Чтобы кристалл, который вы в итоге получили, со временем не рассыпался, покройте его прозрачным мебельным лаком. При ра-боте с лаком помещение нужно хорошо проветривать!

Оставшийся раствор перелейте в сосуд с этикеткой «раствор квас-цов» и закройте крышкой. Выращенный кристалл квасцов помес-тите в подходящую емкость или коробочку и сделайте на ней над-пись «кристаллы квасцов, покрытые лаком».

Опыт № 4. «раскрашиваем» кристаллы квасцовДля опыта понадобятся: небольшие выращенные кристаллики квас-цов, мерный химический стакан, несколько баночек из-под майоне-за, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, алюмока-лиевые квасцы, раствор квасцов, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешива-ния, бинт или марля, бумажные салфетки, газета, капроновая нить, пищевые красители, емкости для хранения подкрашенных раство-ров квасцов, лупа.

Часто мы используем выражение «кристально чистый». Однако кристаллы очень часто содержат различные при-меси, которые придают им особые свойства. Например, могут изменить их цвет. Так, примесь хрома в бесцвет-ных кристаллах корунда Al

2O

3 придает ему красный цвет

— так получается драгоценный камень рубин. А примесь титана и железа придаст корунду синий цвет и превратит его в прекрасный сапфир.

Кристаллы квасцов, которые вы получили, бесцветные. Но их можно подкрасить обычными пищевыми красителями, которые используются для окраски кондитерских изделий и яиц (см. при-ложение, фото 19). В процессе роста кристалла краситель попада-ет в его структуру и придает ему цвет. Цветные кристаллы будем выращивать по той же методике, которую использовали для полу-чения больших кристаллов квасцов (см. опыт 3).

1. Возьмите кристаллик квасцов и обвяжите его нит-кой.

2. Приготовьте горячий насыщенный раствор квасцов из раствора, оставшегося после предыдущих опытов, и добавьте в него 3–5 шпателей красителя.

3. Смесь необходимо тщательно перемешать, а затем профильтро-вать через марлю или бинт в банку, которую необходимо пред-варительно ополоснуть горячей водой. Для чего это делают, вам уже известно. Если у вас осталось много раствора, то можете его разделить на несколько частей и приготовить из них растворы с несколькими красителями.

4. В подкрашенный раствор аккуратно опустите кристалл на нит-ке. Стакан закройте салфеткой, оберните газетой и оставьте при-мерно на сутки.

Имея красители различных цветов, вы можете вырастить разно-цветные кристаллы. Оставшиеся подкрашенные растворы квасцов не нужно выливать. Перелейте их в подходящие сосуды и сделай-те на них надпись «раствор квасцов с красителем». Их можно ис-пользовать для дальнейших экспериментов (см. опыт 15). Подкра-шенные кристаллы высушите и покройте лаком (см. приложение, фото 20,22). Рассмотрите кристаллы под лупой. Сложите их в ко-робочку, где у вас хранятся выращенные большие кристаллы квас-цов, покрытые лаком.

Пищевые красители, как и прочие пищевые добавки, обозначают буквой «Е» с цифрой. Некоторые из них приведены в таблице.

ТаблицаНекоторые пищевые красители

Пищевой краситель Название и цвет

Е 102 Тартразин (краситель желтого цвета)

Е 110 Желтый «солнечный закат» FCF, оранжево-желтый S

Е 122 Кармазин, азорубин (краситель крас-ного цвета)

Е 124 Понсо 4R (краситель красного цвета)

Е 132 Индигокармин (краситель синего цвета)

Е 133 Бриллиантовый синий FCF

Смесь Е 102 и Е 133 Зеленый краситель

Смесь Е 102, Е 122 и Е 132

Коричневый краситель

18 1�

Опыт № 5. выращиваем большие кристаллы медного купороса

Для опыта понадобятся: мерный химический стакан, две баночки из-под майонеза, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, медный купорос CuSO

�•�H

2O, кипяченая (дистиллированная) вода,

стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, бумажные салфет-ки, газета, термометр, емкости для хранения раствора CuSO

� и его

кристаллов, универсальный водостойкий клей, капроновые нитки, ножницы, пилочка, лупа.

Медный купорос CuSO4·5H

2O образует красивые синие

кристаллы. Как и кристаллы квасцов, их можно получить из насыщенного раствора (см. приложение, фото 22,23).

1. Налейте в баночку 100 мл воды и нагрейте ее на во-дяной бане до 50—60° С.

2. В нагретую воду добавляйте медный купорос до по-лучения насыщенного раствора так, как это вы делали с квасцами в опыте 3.

3. После фильтрования раствора оставьте его на несколько суток. Вы увидите, что на дне баночки появились синие кристаллики.

4. Раствор перелейте в сосуд с надписью «раствор сульфата меди CuSO

4», а кристаллы разложите для сушки на салфетке.

5. Рассмотрите кристаллы под лупой. Они отличаются по форме от кристаллов квасцов.

Медный купорос кристаллизуется в триклинной сингонии. Он встречается в природе в виде минерала халькантита. На-звание этого минерала происходит от греческих слов, означа-ющих в переводе «медь» и «цветок». Медный купорос применя-ют при ожогах белым фосфором, он входит в состав поливита-минных комплексов, его также используют при выделке кож, как протраву при крашении тканей, как красящий пигмент и для других целей.

6. Сложите кристаллы медного купороса в подходящую емкость с хорошо закрывающейся крышкой и сделайте к ней этикетку с надписью «кристаллы медного купороса».Для получения крупных кристаллов медного купороса проделай-

те такие же действия, как и с квасцами (см. опыт 3).

Опыт № 6. игольчатые кристаллыДля опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, стаканчик (емкостью �0—100 мл), хлорид калия KCl, стеклянная палочка с ре-зиновым наконечником для перемешивания, кипяченая (дистилли-рованная) вода, стеклянный шпатель, термометр.

Очень красивые бесцветные кристаллы в форме иголо-чек можно получить из насыщенного раствора хлори-да калия KCl.

1. Налейте 15—20 мл теплой воды (30—40° С) и рас-творите в ней хлорид калия (как готовить насыщенный раствор смотрите в опыте 3).

2. Оставьте раствор остывать. Вскоре вы увидите, что на дне ста-канчика появилось много игольчатых кристаллов (см. прило-жение, фото 49-51).

Хлорид калия встречается в природе в виде минерала силь-вина. Его используют как калийное удобрение, а также для по-лучения гидроксида калия КОН и различных солей калия.

Кристаллы хлорида калия также обладают способностью «полз-ти» по поверхности. Если вы оставите стакан с выпавшими кристал-лами на несколько дней, то увидите, что он покрылся белым крис-таллическим налетом. Это хлорид калия «выполз» из сосуда.

Опыт № 7. выращиваем кристаллы меди

Для опыта понадобятся: небольшой стаканчик (емкостью �0— 100 мл), емкость для приготовления насыщенного раствора пи-щевой соли, медный купорос CuSO

�·�H

2O, раствор сульфата меди

(II), пищевая соль, несколько железных гвоздей, наждачная бума-га или напильник, стеклянная палочка с резиновым наконечником, ножницы, лупа, кипяченая (дистиллированная) вода, кружок филь-тровальной бумаги.

В земной коре найдено много минералов, содержащих медь. Латинское название меди — cuprum — произош-ло от названия острова Кипр, где издавна добывали мед-ную руду. К медным минералам относится и всем извест-ный малахит, представляющий собой основный карбонат меди (II) Cu

2(OH)

2CO

3. В природе встречается и самородная

медь. Самый большой из медных самородков весил при-мерно 420 т.

20 21

Медь, серебро и золото являются лучшими проводниками электричества и тепла. Медь известна человечеству еще с древних времен. Алхимики обозначали медь символом ♀.

На изделиях из меди или ее сплавов со временем появляется зе-леный налет. В этом случае также происходит образование соли Cu

2(OH)

2CO

3:

2Cu + H2O + CO

2 + O

2 → Cu

2(OH)

2CO

3.

1. Для получения кристаллов меди возьмите раствор сульфата меди (II) и перелейте его в небольшой стакан-чик.

2. Опустите в раствор железный гвоздь. Через некото-рое время вы увидите, что гвоздь покрылся медью, а рас-твор изменил свой цвет на зеленоватый. Это произошла химическая реакция замещения:

CuSO4 + Fe → Cu ↓ + FeSO

4.

Однако образующиеся при этом кристаллики меди очень малы. Как известно, при быстрой кристаллизации получаются маленькие кристаллы, а при медленной — большие. 1. Чтобы получить большие кристаллы меди, насыпьте медный ку-

порос в стакан так, чтобы он покрыл дно сосуда, а сверху добавь-те поваренную (пищевую) соль, чтобы она полностью покрыла купорос.

2. Положите сверху на соль кружок фильтровальной бумаги диа-метром, соответствующим размеру горлышка сосуда.

3. Затем на бумагу поместите железный гвоздь (можно положить несколько гвоздей), предварительно зачищенный наждачной бу-магой или напильником.

4. Теперь налейте в сосуд насыщенный раствор пищевой соли. При-готовьте его в воде комнатной температуры. Раствор должен по- крыть гвоздь.

Через несколько дней вы увидите, что на дне стакана под фильтровальной бумагой появились блестящие крас-ные кристаллы меди. Образование меди обусловлено про-теканием следующих химических реакций:

CuSO4 + 4NaCl → Na

2[CuCl

4] + Na

2SO

4,

Na2[CuCl

4] + Fe → 2NaCl + Cu ↓ + FeCl

2.

Рассмотрите полученные кристаллы под лупой. Для меди харак-терна кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка (см. приложение, фото 55—57).

Кристаллическая решетка меди

Опыт № 8. зимние узоры в любое время года

Для опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, небольшой стаканчик (емкостью �0—100 мл) или баночка, сульфат магния (MgSO

�•�H

2O), хлорид аммония NH

�Cl, пищевой краситель, рас-

твор сульфата меди, стеклянная палочка с резиновым наконечни-ком для перемешивания, кипяченая (дистиллированная) вода, стек-лянный шпатель, термометр, чашки Петри (полиэтиленовые крыш-ки для банок).

1. Налейте в стакан 10—20 мл теплой воды (30-40° С) и добавляйте к ней сульфат магния (MgSO

4·7H

2O) при

помешивании палочкой до тех пор, пока новая порция вещества уже не будет растворяться. Насыщенный рас-твор готов.

2. Вылейте приготовленный раствор тонким слоем на чашку Петри или крышку от банки (чашку или крыш-ку предварительно ополосните теплой водой). Осадок нерастворившейся соли не должен попасть в чашку.

Через некоторое время вы увидите, что в чашке обра-зовался ледяной узор, подобный тому, какой образуется зимой на оконных стеклах. Это после охлаждения раство-ра и испарения воды кристаллизовался сульфат магния. Чтобы ускорить получение узоров, можно поставить чаш-ку в теплое место.

Кристаллогидрат MgSO4 ·7H

2O называют горькой солью.

Он встречается в природе в виде минерала эпсомита, назва-ние которого происходит от английского города Эпсома, вблизи которого он был впервые обнаружен. Горькую соль применяют в медицине как слабительное и желчегонное средство.

22 2�

Зимние узоры можно получить и из раствора хлорида аммония NH

4Cl. Для его получения к 10—20 мл теплой воды добавьте NH

4Cl

до насыщения. Если вылить полученный насыщенный раствор тон-ким слоем на чашку Петри, то через некоторое время вы обнаружи-те в ней кристаллы NH

4Cl. В отличие от сульфатов меди (II) и маг-

ния, хлорид аммония кристаллогидратов не образует. По внешнему виду они будут отличаться от кристаллов сульфата магния, но тоже будут напоминать зимние узоры на оконном стекле.

Хлорид аммония встречается в природе, однако люди научи-лись получать его еще до нашей эры. Хлорид аммония — лету-чее вещество. Это свойство древние египтяне использовали для его извлечения из сажи, которая образовывалась при сжигании верблюжьего помета. Нагревая сажу, они получали хлорид ам-мония, который тогда называли «нушадир». От этого слова впоследствии появилось другое название хлорида аммония — «нашатырь». Прихожане древнеегипетского храма бога Аммо-на во время религиозных обрядов нюхали нашатырь.

Раньше нашатырь всегда был спутником женщин на ба-лах. Тугие корсеты затрудняли дыхание дам, и они часто па-дали в обморок. В этом случае им давали понюхать нашатырь. При взаимодействии хлорида аммония с парами воды, кото-рые всегда присутствуют в воздухе, выделяется аммиак. По этой причине нашатырь всегда немного пахнет аммиаком. Ам-миак, как известно, дают понюхать человеку для выведения из обморочного состояния. Поэтому нашатырь называли еще и нюхательной солью.

Кристаллы сульфата магния и хлорида аммония можно подкра-сить. Если вы добавите к насыщенным растворам MgSO

4 и NH

4Cl не-

сколько крупинок пищевого красителя, то после испарения воды получите ледяные узоры различных цветов. Цветные узоры можно также получить, вылив тонким слоем в чашку Петри раствор суль-фата меди. Через 1–2 дня в ней обнаружатся красивые кристалли-ки медного купороса (см. приложение, фото 42—44).

Опыт № 9. кристаллические узоры в желатине

Для опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, мерная пробирка, � небольших баночки или стакана, медный купорос CuSO

�•�H

2O, хлорид аммония NH

�Cl, быстрорастворимый желатин,

пищевой краситель, стеклянная палочка с резиновым наконечником

для перемешивания, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклян-ный шпатель, чашка Петри (2 полиэтиленовые крышки для банок).

Очень красивые кристаллические узоры можно полу-чить из медного купороса.

1. Половину чайной ложки быстрорастворимого жела-тина поместите в 50 мл теплой воды и растворите при перемешивании.

2. К 10—15 мл полученного раствора добавьте 2—3 шпа-теля кристаллов медного купороса. Смесь перемешайте стеклянной палочкой до растворения купороса.

3. Полученный раствор вылейте в чашку Петри (подойдет и обык-новенная металлическая или пластмассовая крышка от банки) тонким слоем (2—3 мм) и оставьте на день. После испарения воды образуется пленка желатина, в которой можно увидеть красивые ветвистые сине-голубые кристаллы медного купороса.Если использовать смесь 10—15 мл полученного раствора же-

латина и другой соли — хлорида аммония NH4Cl (2—3 шпателя),

то можно получить желатиновую пленку с бесцветными кристал-лами в форме игл.

Ну, а если вам захочется получить пленку с кристаллами, ок-рашенными в разнообразные цвета, то можно к смеси желатина с хлоридом аммония добавить несколько крупинок пищевого кра-сителя (см. приложение, фото 52,53).

Опыт № 10. «ползающие» кристаллы

Для опыта понадобятся: мерный стакан, небольшая баночка из-под майонеза, сульфат калия K

2SO

�, кристаллогидрат сульфата натрия

Na2SO

�•10H

2O, кипяченая (дистиллированная) вода, термометр,

чайная ложка.

1. В баночку из-под майонеза налейте 100 мл горячей воды (60-70° С) и растворите в ней 20 г (примерно две чайные ложки) сульфата калия K

2SO

4 и такую же массу

(примерно три чайные ложки) кристаллогидрата суль-фата натрия Na

2SO

4 ·10H

2O. Соблюдайте осторожность,

пользуйтесь защитными перчатками или тряпочкой!2. Раствор оставьте для охлаждения и кристаллизации двойной

соли Na2SO

4 ·2K

2SO

4 ·10H

2O. Понаблюдайте за ним.

Через несколько дней вы увидите, что кристаллы постепенно «выползут» из раствора, в результате чего стенки сосуда покроются красивым белым налетом (см. приложение, фото 40,41).

2� 2�

Кристаллогидрат Na2SO

4 ·10H

2O кристаллизуется в моно-

клинной сингонии. Его называют глауберовой солью в честь немец-кого химика И. Р. Глаубера (1604-1668 гг.), который обнаружил ее в воде одного из источников и разработал метод ее получения. Из-за слабительных свойств И. Р. Глаубер назвал эту соль «sal mirabile», что в переводе с латинского означает «удивительная (чудесная) соль». Отсюда и название минерала мирабилита, име-ющего тот же химический состав. Глауберову соль до сих пор ис-пользуют в медицинской практике как слабительное средство.

Сульфат калия дает кристаллы ромбической сингонии. При-сутствует в природе (например, минерал арканинт).

Опыт № 11. кристаллы предсказывают погодуДля опыта понадобятся: мерная пробирка, чайная ложка, хлорид аммония NH�Cl, нитрат калия KNO�, камфорный спирт, кипяченая (дистиллированная) вода, небольшой стеклянный пузырек с хоро-шо закрывающейся крышкой.

Кристаллами можно не только любоваться. Они могут еще и предсказывать погоду. Так считали старинные море-плаватели. Они узнавали погоду по кристаллам камфоры различной формы, образование которых могли наблюдать в запаянной ампуле с раствором.

Камфора — это вещество состава С10

Н16

О, относящееся к терпе-ноидам. Камфора малорастворима в воде, растворяется в спирте, имеет характерный резкий запах. Камфора содержится в эфирном масле камфорного лавра, камфорного базилика, розмарина, шалфея и полыни. Она находит применение в медицине для стимулирова-ния центральной нервной системы и как кардиотоническое средс-тво, а также в качестве антисептика и местного раздражителя.

Камфора

CH�

H2C

H2C

HC

CH2

C

H�C—C—CH

�

OC

H�C CH

�

H2C

CH�

CH2

C

C

CH2 C

O

HC

или

Для проведения опыта вам потребуется терпение и достаточно много времени.

1. В прозрачном сосуде (это может быть небольшой стеклянный пузырек с хорошо закрывающейся крыш-кой) смешайте по 2 г (примерно по половине чайной ложки) KNO

3 и NH

4Cl с 2,5 мл дистиллированной воды

(пользуйтесь мерной пробиркой).

2. Добавьте к полученной смеси 9 мл камфорного спир-та и герметично закройте сосуд. Поставьте его на подо-конник.

Понаблюдайте за изменениями, происходящими в сосуде в тече-ние месяца. В зависимости от погодных условий вы увидите образо-вание кристаллов камфоры различной формы — веточек, звездочек, пластинок. Почему камфора так реагирует на изменения погоды, до сих пор точно не известно. Считают, что это, возможно, вызвано влиянием магнитного поля Земли.

Опыт № 12. корона в «бриллиантах»Для опыта понадобятся: небольшая баночка, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, раствор квасцов, квасцы, медная проволока, шерстяные нитки, капроновые нитки, кипяченая (дистил-лированная) вода, бумажные салфетки, стеклянная палочка с рези-новой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, термометр.

1. Приготовьте насыщенный раствор квасцов. Для это-го можно использовать как чистую воду, так и раствор квасцов, оставшийся у вас после предыдущих опытов. При необходимости добавьте в него воду, чтобы объема раствора хватило для погружения каркаса короны, как показано на рисунке. В раствор, нагретый на водяной бане, добавьте квасцы до насыщения.

2. Сделайте из медной проволоки небольшой каркас короны и об-мотайте его шерстяными нитками. Основа будущей короны го-това.

3. Подберите соответствующую баночку для роста кристаллов на каркасе. Учтите, что каркас должен легко поместиться в баноч-ку и что он увеличится в объеме за счет наросших кристаллов. Иначе, если корона получится слишком большая, вы просто не сможете ее достать из банки.

2� 2�

4. Каркас подвяжите капроновыми нитками и опустите в теплый насыщенный раствор алюмокалиевых квасцов.

5. Сосуд закройте бумажной салфеткой и оберните газетой. Через 1–2 суток корона обрастет кристаллами (см. приложение, фото 17,18).

Каркас будущей короны, на котором вырастут кристаллы квасцов

6. Выньте корону из раствора и аккуратно промокните кристалли-ки салфеткой. После того, как кристаллы на короне высохнут, покройте их лаком. При обращении с лаком работайте в хорошо проветриваемом помещении. Оставшийся после опыта раствор перелейте в сосуд с надписью «раствор квасцов».Таким образом можно покрыть «драгоценными камнями» не

только корону, но и другие изделия.

Опыт № 13. снег из солиДля опыта понадобятся: небольшая баночка, пищевая соль, стек-лянная палочка с резиновым наконечником для перемешивания, ветка ели или сосны.

Какой же Новый год без снега? Однако если снег не вы-пал, его можно сделать и самим. Конечно, он будет не-настоящим. Но зато такой «снег» и не растает. Возьми-те ветку сосны или ели и опустите ее в раствор пищевой соли. Раствор нужно приготовить из расчета на 100 мл воды 30—35 г соли (примерно 3 столовых ложки). Спус-тя несколько дней на ветках появится «снег». Это крис-таллики соли, образовавшиеся после испарения воды.

Опыт № 14 . выращиваем силикатные «сталактиты» и «сталагмиты»

Для опыта понадобятся: мерный стакан, химический стакан (на �0–100 мл), две небольших баночки, силикатный клей (жидкое стекло), медный купорос CuSO

�•�H

2O, кристаллогидрат хлорида кальция

CaCl2•�H

2O, кристаллогидрат сульфата магния MgSO

�•�H

2O, але-

бастр (строительный гипс), коричневый пищевой краситель, квасцы, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резино-вой насадкой для перемешивания, стеклянный шпатель, емкость для замешивания алебастра (например, пластиковый стаканчик), сосуд для роста сталактитов и сталагмитов (например, пластиковый ста-канчик), лист плотной бумаги, ножницы, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, бинт или марля, электрическая или га-зовая плита, термометр, узкий строительный шпатель (металличес-кий или пластмассовый).

Если вам приходилось бывать в пещерах, то вы могли видеть там причудливые «сосульки», которые растут не только сверху, но и снизу. Первые называют сталакти-тами, а вторые — сталагмитами. Очень часто сталакти-ты соединяются со сталагмитами, образуя подобие колонн. Как же они появились? Горная порода, в которой образо-вались такие пещеры, состоит из известняка. Это минерал, представляющий собой в основном карбонат кальция. Его формула CaCO

3. Вода, проходя через известняк, приводила

к его частичному растворению. Этот процесс можно изоб-разить следующей реакцией:

СаСО3 + СО

2 + Н

2О → Са(НСО

3)

2.

При уменьшении содержания углекислого газа СО2 в воде про-

исходит обратный процесс и выделяется осадок СаСО3:

Са(НСО3)

2 → СаСО

3 ↓ + СО

2 ↑ + Н

2О.

Этот осадок называют кальцитом (от греч. calc — жженая из-весть). Он и образует сосульки в пещерах. Причем если капли воды задерживаются на потолке пещер, то постепенно появляется на-рост — сталактит. Сталагмит появляется из капель, которые упали на пол пещеры. Так и растут известковые сосульки: одни — свер-ху вниз, а другие — снизу вверх. Самый длинный сталактит име-ет длину 59 м (пещера Де-Нарья около г. Малага в Испании), а са-мый высокий сталагмит вырос до 29 м в пещере Л’Авен (Франция) (см. приложение, фото 27,28).

Эти процессы протекали много тысячелетий, происходят они и сейчас. Мы, однако, не будем ждать так долго и попытаемся по-лучить сталактиты и сталагмиты примерно за полчаса. Правда, они будут не известковыми, но внешне очень на них похожими. Для этого вам понадобится обычное жидкое стекло (силикатный клей), кристаллогидраты сульфата магния MgSO

4 · 7H

2O и хлорида каль-

ция CaCl2

· 6H2O, а также медный купорос CuSO

4 · 5H

2O. Последний

необходим нам для получения голубых сосулек.

28 2�

1. Налейте в химический стакан из-под майонеза жид-кое стекло и кипяченую (дистиллированную) воду в со-отношении 1:1 по объему и хорошо перемешайте стек-лянной палочкой. Общий объем должен быть пример-но 30—40 мл.

2. В полученный раствор насыпьте кристаллики выше-перечисленных веществ. Некоторые кристаллики ос-танутся на поверхности и не упадут на дно. Они могут соединиться с сосульками, растущими со дна стакана. Это придаст опыту дополнительный эффект.

Через 20—40 минут в стакане появятся осадки, напо-минающие сталактиты и сталагмиты (из сульфата магния и хлорида кальция они получатся белые, а из медного ку-пороса — светло-голубые). Это образовались осадки сили-катов, например:

CaCl2 + Na

2SiO

3 → CaSiO

3 ↓ + 2NaCl.

Так же образуются кремниевая кислота и гидроксид металла (или его основная соль):

CuSO4 + Na

2SiO

3 + 2H

2O → Сu(OH)

2 ↓ + H

2SiO

3 ↓ + Na

2SO

4.

Теперь осторожно вылейте раствор из сосуда и внимательно рас-смотрите свои творения. Почему же растут наши силикатные «ста-лактиты» и «сталагмиты»? Из кристалла соли, помещенной в раствор силиката натрия, вытягивается тоненькая полая трубочка, стенки которой состоят из образующегося осадка. Трубочка представляет со-бой полупроницаемую мембрану, через которую вода проникает вов-нутрь. Наблюдается осмос — одностороннее перемещение вещества через полупроницаемую мембрану. В результате этого в некоторых местах трубочка рвется. Вновь образуется осадок. Так растут наши «сталактиты» и «сталагмиты» (см. приложение, фото 29—31).

Теперь, когда вы знаете, как можно вырастить искусственные сталактиты и сталагмиты, попытайтесь сделать это уже в пещере. Конечно, пещера тоже будет ненастоящей и маленькой, но очень на нее похожей. Пещеру будем делать из гипса. Мы воспользуемся строительным гипсом — алебастром.

Гипс — это кристаллогидрат сульфата кальция CaSO4 · 2H

2O. Он

кристаллизуется в моноклинной сингонии. В переводе с греческого gэpsos означает мел, известь. Слово «алебастр» (от греч. alabastros) происходит от названия древнеегипетского города Алебастрона, рядом с которым его издавна добывали. Алебастр — это разновид-ность гипса (жженый гипс) CaSO

4 · 0,5H

2O. Как видно из формулы,

он содержит меньше кристаллизационной воды. Если нагреть гипс, то он потеряет часть воды и даст алебастр:

CaSO42H

2O → CaSO

4· 0,5H

2O + 1,5H

2О.

При застывании смеси алебастра и воды происходит обратная химическая реакция и образуется достаточно прочная масса:

CaSO4 · 0,5H

2O + 1,5H

2О → CaSO

4 · 2H

2O.

Гипс начали использовать в качестве вяжущего средства еще в древнем мире. В Древнем Египте его применяли для скреп-ления блоков при постройке пирамид фараонов. Знаменитые киевские Золотые ворота были также построены на гипсо-вом растворе. В Древней Руси месторождения гипса стали ак-тивно разрабатывать в XII–XIII вв. В настоящее время гипс не утратил своего значения и широко используется в строи-тельстве (гипсокартон, малые архитектурные формы и др.) и медицине.

Итак, приступим к изготовлению «пещеры».

1. Сначала сделайте из плотной бумаги каркас будущей пещеры размером примерно 5–7 см (см. рисунок).

2. Потом замешайте в пластиковом стаканчике или другом сосуде (после его придется выбросить) немного алебастра с небольшим количеством воды до получения вязкой однородной смеси. Используйте узкий строи-тельный шпатель. Чтобы придать пещере цвет, можно добавить в смесь пищевой краситель коричневого цвета.

3. Пока алебастр не застыл, обмажьте им все стороны пещеры снаружи и изнутри. Через несколько часов алебастр окончательно затвердеет. Пещера готова.

Так можно сделать «пещеру»

�0 �1

Теперь необходимо вырастить в ней сталактиты и сталагмиты. 1. Приготовьте смесь силикатного клея и воды в соотношении 1:1

в сосуде, в который поместите пещеру так, чтобы уровень воды не доходил до ее свода. Кроме того, сосуд подберите такой, что-бы к верхнему своду пещеры был доступ (см. рисунок). Можно взять пластиковый стаканчик из-под сметаны или йогурта и при необходимости обрезать его.

2. Теперь с помощью шпателя внесите в раствор кристаллогидрат сульфата магния. Некоторые его кристаллики останутся на по-верхности и не упадут на дно. Попытайтесь утопить их с помо-щью шпателя.

3. Таким же образом внесите в раствор кристаллогидрат хлорида кальция (для получения голубоватых «сталагмитов» можно до-бавить кристаллики медного купороса). Через несколько минут вы увидите, что в пещере выросли «сталагмиты» (время их роста будет зависеть от объема сосуда) (см. приложение, фото 35—38).

Пещера в растворе для роста «сталактитов» и «сталагмитов»

4. Осторожно выньте пещеру из раствора, переверните ее на 180° и снова опустите в него.

5. Внесите в пещеру кристаллогидраты сульфата магния и хлорида кальция (можно добавить и медный купорос), как и в предыдущем случае. Вскоре вы опять обнаружите в пещере причудливые на-росты. Выньте пещеру из сосуда, осторожно промойте водой и ос-тавьте сушиться. Теперь в ней есть «сталактиты» и «сталагмиты».

Опыт № 15. Друзы из квасцов

Для опыта понадобятся: две небольших баночки, алебастр (строи-тельный гипс), квасцы, подкрашенные растворы квасцов (после опы-та № �), кристаллы квасцов (после опыта № �), пищевой краситель коричневого цвета, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, стеклянный шпа-тель, емкость для замешивания алебастра (например, пластиковый стаканчик), небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, бинт или марля, электрическая или газовая плита, термометр, ка-

мешек с отверстиями или трещинами, пинцет, бумажные салфетки, узкий строительный шпатель (металлический или пластмассовый).

Напомним, что друза — это кристаллы, сросшиеся на общем основании. В природе они могут появиться в по-лостях или трещинах горных пород. Воспользуемся и мы этим условием. Найдите какой-нибудь небольшой каме-шек с отверстиями или трещинами. Если его нет, сделай-те его из алебастра с подмешанным пищевым красителем коричневого цвета. Замешайте алебастр с водой (см. опыт 14) и слепите из него подобие камня с трещиной. Пока але-бастр полностью не застыл, вставьте в трещину несколько кристалликов квасцов, полученных в опыте 3. Если есть настоящий камешек, тоже поместите в его трещину (от-верстие) несколько кристалликов квасцов.

Можно вырастить бесцветные или окрашенные друзы. Снова приготовьте горячий насыщенный раствор квасцов или используйте для этих целей подкрашенные растворы, оставшиеся после выполнения опыта 4. Приготовление насыщенного раствора описано в опыте 3. В банку, пред-назначенную для профильтрованного горячего раствора квасцов, после споласкивания горячей водой поместите камешек с кристаллами (пользуйтесь пинцетом). В банку осторожно прилейте раствор квасцов. Закройте его бу-мажной салфеткой и оберните газетой. Через несколь-ко дней вы обнаружите друзу. Достаньте ее, высушите и покройте бесцветным лаком (см. приложение, фото 39).

Опыт № 16. кофеин из чаяДля опыта понадобятся: небольшая консервная банка или жестяная банка из-под кофе (без бумажной этикетки), чайный пакетик, стек-лянная пластинка, защитные перчатки, электрическая или газовая плита, лупа, микроскоп.

Кофеин относят к группе природных веществ, называ-емых алкалоидами. Тонизирующие свойства чая связаны с наличием в его составе кофеина и прочих алкалоидов. Содержание кофеина в чае может достигать 5%. Кофеин также присутствует в зернах кофе, орехах кола и какао-бо-бах. Содержание алкалоидов кофеина и родственного ему теобромина в шоколаде может достигать 1–1,5 % (теобро-мина — до 0,4 %). Эти вещества используют в медицине в качестве тонизирующих агентов.

�2

CH�

CCH

�C

CH�

CH2

O

CC

N

O

N

NN

Кофеин

Кофеин легко возгоняется (сублимируется) — переходит из крис-таллического состояния в газообразное, минуя жидкое. Это проис-ходит при температуре ниже температуры его плавления (t

пл 235—

237° С). Если полученный газ охладить, то появятся кристаллы. Кофеин дает бесцветные игольчатые кристаллы.

В качестве источника кофеина мы будем использовать обыкновенный чай.

1. Возьмите чайный пакетик и пересыпьте его содержи-мое в небольшую пустую консервную банку (или банку из-под кофе) без этикетки и сверху прикройте стеклян-ной пластинкой.

2. Банку поставьте на газовую или электрическую плитку на ма-лый нагрев. Опыт обязательно проводите в хорошо проветри-ваемом помещении, т. к. при нагревании чая будет ощущаться неприятный запах.

3. Нагревание продолжайте примерно минуту. Вскоре на поверхнос-ти стекла можно увидеть образование белого кольца. Это появи-лись кристаллики кофеина и сконденсировались пары воды.

4. Выключите газ или электроплитку и после того, как баночка с пластинкой остынут, рассмотрите кристаллы кофеина под лу-пой. В этом случае отдельных кристалликов вы не увидите. Но если пользоваться микроскопом, то можно увидеть красивые кристал-лики в виде небольших иголочек (см. приложение, фото 58, 59). Если у вас дома нет микроскопа, то кристаллики можно рассмот-реть в школе (микроскоп всегда имеется в кабинете биологии).

Кристаллы кофеина под микроскопом

�2