المجالات الرئيسية لتطبيق البلورات الاصطناعية. تزايد بلورات الياقوت في المنزل بلورات اصطناعية
منذ العصور القديمة ، كانت البشرية تستخدم البلورات. في البداية ، كانت هذه بلورات طبيعية تستخدم كأدوات ووسائل للشفاء والتأمل. في وقت لاحق ، بدأت الأحجار النادرة والمعادن الثمينة في العمل كنقد. جعلت الأبحاث والاكتشافات العلمية الأساسية في القرن العشرين من الممكن تطوير طرق للحصول على البلورات الاصطناعية وتوسيع مجالات تطبيقها بشكل كبير.
البلورة المفردة هي بلورة متجانسة لها شبكة بلورية متصلة وتباين في الخصائص. يعتمد الشكل الخارجي للبلورة المفردة على التركيب البلوري الذري وظروف التبلور. أمثلة البلورات المفردة هي البلورات الأحادية من الكوارتز ، الملح الصخري ، الصاري الأيسلندي ، الماس ، التوباز.
إذا كان معدل نمو البلورات مرتفعًا ، فسيتم تكوين بلورات متعددة تحتوي على عدد كبير من البلورات المفردة. بلورات مفردة من مواد عالية النقاوة لها نفس الخصائص بغض النظر عن طريقة التحضير.
يوجد اليوم حوالي 150 طريقة للحصول على بلورات مفردة: مرحلة البخار ، المرحلة السائلة (المحاليل والذوبان) والمرحلة الصلبة.
في قسم المواد ذات درجة الحرارة المرتفعة ومعادن المساحيق ، أستخدم الطريقة الأخيرة لتنمية بلورات مفردة من اللانثانم هيكسابورايد ومختلف السبائك سهلة الانصهار بناءً عليه. تُستخدم بلورات مفردة من هذه المركبات لإنتاج الكاثودات المستخدمة في تكنولوجيا الانبعاث.
بفضل تطور الهندسة الكهربائية والإلكترونيات ، يتزايد استخدام البلورات المفردة من سنة إلى أخرى. يمكن رؤية الأجزاء المصنوعة من مواد أحادية البلورية عالية النقاء في جميع الموديلات الجديدة من الأجهزة الإلكترونية ، من أجهزة الراديو إلى آلات الحساب الإلكترونية الكبيرة.
تفتقر التكنولوجيا إلى مجموعة من خصائص البلورات الطبيعية ، لذلك طور العلماء طريقة تكنولوجية معقدة للإنشاء الكريستالمواد ذات خاصية وسيطة ، عن طريق تنمية طبقات رقيقة للغاية (وحدات لعشرات النانومتر) من البلورات المتناوبة ذات المشابك البلورية المماثلة - طريقة epitaxy. تسمى هذه البلورات البلورات الضوئية.
في البلورات الضوئية توجد مناطق طاقة محظورة - هذه هي قيم طاقة الفوتونات التي لا تستطيع اختراق البلورة وتذوب فيها. إذا كانت طاقة كمية من الضوء لها قيمة مسموح بها ، فسوف تمر بنجاح عبر البلورة. أي أن البلورات الضوئية يمكن أن تعمل كمرشح ضوئي يسمح للفوتونات ذات قيم طاقة معينة بالمرور وتصفية كل الفوتونات الأخرى.
تحتوي البلورات الضوئية على 3 مجموعات يتم تحديدها من خلال عدد المحاور المكانية التي يتغير فيها معامل الانكسار. وفقًا لهذا المعيار ، يتم تقسيم البلورات إلى أحادي وثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد.
أحد الممثلين المعروفين للبلورات الضوئية هو الأوبال ، الذي يتميز بنمط ألوان مذهل ، والذي يظهر على وجه التحديد بسبب وجود مناطق طاقة محظورة.
تعتبر أحادي البلورات من الياقوت الاصطناعي أقل شأناً من صلابة الماس ولديها مقاومة عالية للخدش ، مما يسمح باستخدامها كشاشات واقية في الأجهزة الإلكترونية (الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية وما إلى ذلك). يتيح تطبيق طريقة Czochralski إمكانية الحصول على بلورات مفردة ضخمة من الياقوت الاصطناعي.
في الوقت الحاضر ، يتحدث العلماء بشكل متزايد عن البلورات النانوية. يمكن أن يتراوح حجم البلورات النانوية من 1 إلى 10 نانومتر ، وهذا يعتمد على نوع البلورات النانوية ، وكذلك على طريقة تحضيرها. عادة ما تكون 100 نانومتر للسيراميك والمعادن ، و 50 نانومتر للماس والجرافيت ، و 10 نانومتر لأشباه الموصلات. يؤثر حجم البلورات النانوية على ظهور خصائص غير عادية في المواد المألوفة.
(وزار 1،333 مرات، 1 عدد زيارات اليوم)
فيتيسوف نيكولاي
يتكون العالم من حولنا من بلورات ، يمكننا القول إننا نعيش في عالم البلورات. تتكون المباني السكنية والمنشآت الصناعية والطائرات والصواريخ والسفن ذات المحركات وقاطرات الديزل والصخور والمعادن من بلورات. نحن نأكل البلورات ، ونشفى معها ، وهي مصنوعة جزئيًا من البلورات.
إذن ما هي البلورات؟ ما هي الخصائص التي لديهم؟ كيف تنمو البلورات؟ كيف وأين يتم استخدامها حاليًا وما هي احتمالات استخدامها في المستقبل؟ اهتمت بهذه الأسئلة ، وحاولت أن أجد إجابات لها.
تحميل:
معاينة:
المؤتمر العلمي والعملي الحادي عشر لمنطقة كوزنيتسك "العالم المفتوح"
قسم الفيزياء
المجالات الرئيسية لتطبيق البلورات الاصطناعية
أنجزه طالب في الصف الثامن
فيتيسوف نيكولاي
رئيس Sizochenko A.I. ،
مدرس الفيزياء
التعليم البلدي العام
مؤسسة
"التعليم العام الرئيسي
المدرسة رقم 24 "
نوفوكوزنتسك ، 2014
مقدمة ……………………………………………………………… 2
1. الجزء الرئيسي
1.1 مفهوم البلورة ……………… .. ……… .. …… .. 4
1.2. بلورات أحادية ومتعددة البلورات ........................ 4
1.3 طرق زراعة الكريستال ……… ...….… 5
1.4 تطبيق البلورات ………………… ..… ...… 7
2. الجزء العملي
2.1. تزايد البلورات في المنزل
الشروط ……………………………………… ... 9
3. الخلاصة ……………………………………………… ..… 11
ببليوغرافيا .. …………………………………………………… ... 13
الملاحق …………………………… .. …………………… .. 14-15
مقدمة
مثل النحات السحري
جوانب الكريستال الخفيفة
ينحت محلول عديم اللون.
ن.موروزوف
يتكون العالم من حولنا من بلورات ، يمكننا القول إننا نعيش في عالم البلورات. تتكون المباني السكنية والمنشآت الصناعية والطائرات والصواريخ والسفن ذات المحركات وقاطرات الديزل والصخور والمعادن من بلورات. نحن نأكل البلورات ، ونشفى معها ، وهي مصنوعة جزئيًا من البلورات.
البلورات عبارة عن مواد يتم فيها "تعبئة" أصغر الجسيمات بترتيب معين. نتيجة لذلك ، أثناء نمو البلورات ، تظهر الوجوه المسطحة تلقائيًا على سطحها ، وتتخذ البلورات نفسها أشكالًا هندسية مختلفة.
بيان من الأكاديمي أ. فرسمان "العالم كله تقريبًا بلوري. يسود البلور في العالم وقوانينه المستقيمة الصارمة "تتماشى مع الاهتمام العلمي للعلماء في جميع أنحاء العالم بهذا الموضوع البحثي.
لا يمكن للصناعة الحديثة الاستغناء عن مجموعة واسعة من البلورات. يتم استخدامها في الساعات وأجهزة استقبال الترانزستور وأجهزة الكمبيوتر والليزر وغير ذلك. لم يعد المختبر العظيم - الطبيعة - قادرًا على تلبية متطلبات تطوير التكنولوجيا ، والآن تزرع البلورات الاصطناعية في مصانع خاصة: صغيرة ، تكاد تكون غير مرئية ، وكبيرة - تزن عدة كيلوغرامات.
لقد تعلم الناس الحصول على العديد من الأحجار الكريمة بشكل مصطنع. على سبيل المثال ، محامل الساعات والأدوات الدقيقة الأخرى تُصنع منذ فترة طويلة من الياقوت الاصطناعي. يحصلون على بلورات اصطناعية وجميلة لا توجد في الطبيعة على الإطلاق - زركونيا مكعب. يصعب تمييز الزركونيا المكعبة بالعين عن الماس - فهي تلعب بشكل جميل في الضوء.
إذن ما هي البلورات؟ ما هي الخصائص التي لديهم؟ كيف تنمو البلورات؟ كيف وأين يتم استخدامها حاليًا وما هي احتمالات استخدامها في المستقبل؟ اهتمت بهذه الأسئلة ، وحاولت أن أجد إجابات لها.
عملي عبارة عن بحث ، كما هو الحال في تنفيذه ، يتم استخدام المعرفة بالعديد من الموضوعات الأكاديمية: الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا وعلوم الكمبيوتر. كنتيجة لنشاطي ، قمت بإنشاء عرض تقديمي بعنوان "البلورات وتطبيقاتها" ، والذي يمكن استخدامه في دروس الفيزياء والكيمياء كأداة مساعدة بصرية ، وبلورات نمت من كبريتات النحاس وكلوريد الصوديوم.
استهداف:
تحديد المجالات الرئيسية لتطبيق البلورات الاصطناعية والاختبار التجريبي لإمكانية نمو بلورات كلوريد الصوديوم وكبريتات النحاس دون استخدام معدات خاصة.
لتحقيق هذا الهدف ، وقف ما يلي أمامي
مهام:
- اجمع المواد حول البلورات وخصائصها من المصادر الأدبية والإنترنت.
- إجراء تجارب على نمو بلورات كبريتات النحاس وكلوريد الصوديوم.
- لتنظيم مادة البلورات: استخدام البلورات الاصطناعية وطرق زراعتها.
- أنشئ عرضًا تقديميًا بعنوان "البلورات وتطبيقاتها" للأغراض التعليمية.
- الجزء الرئيسي
- مفهوم الكريستال
كريستال (من اليونانية. krystallos - "الجليد الشفاف") في البداية أطلقوا على الكوارتز الشفاف (البلور الصخري) ، والذي تم العثور عليه في جبال الألب. تم أخذ الكريستال الصخري للجليد ، وتم تقسية من البرد لدرجة أنه لم يعد يذوب. في البداية ، شوهدت السمة الرئيسية للبلور في شفافيته ، واستخدمت هذه الكلمة للتطبيق على جميع المواد الصلبة الطبيعية الشفافة. في وقت لاحق ، بدأ إنتاج الزجاج ، والذي لم يكن أدنى من حيث التألق والشفافية للمواد الطبيعية. العناصر المصنوعة من هذا الزجاج كانت تسمى أيضا "الكريستال". حتى اليوم ، يُطلق على الزجاج ذي الشفافية الخاصة اسم الكريستال ، وتسمى الكرة "السحرية" للعرافين بالكرة البلورية.
الميزة المدهشة للبلور الصخري والعديد من المعادن الشفافة الأخرى هي حوافها الناعمة والمسطحة. في نهاية القرن السابع عشر. لوحظ أن هناك تناسقًا معينًا في ترتيبها ووجد أن بعض المعادن غير الشفافة لها قطع طبيعي منتظم. كان هناك حدس مفاده أن الشكل قد يكون مرتبطًا بالبنية الداخلية. في النهاية ، بدأت تسمى البلورات جميع المواد الصلبة التي لها قطع مسطح طبيعي.
يوجد في مخزن الأسلحة ملابس وتيجان من القياصرة الروس ، وكلها مغطاة بالكريستال - الأحجار الكريمة - الجمشت. في الكنائس ، تم تزيين الأيقونات والمذابح بالجمشت.
أشهر البلورات هي الألماس الذي يتحول بعد قطعه إلى ألماس. كان الناس يحاولون حل لغز هذه الأحجار لقرون عديدة ، وعندما ثبت أن الماس هو نوع من الكربون ، لم يصدقه أحد.
تم إجراء التجربة الحاسمة عام 1772 بواسطة الكيميائي الفرنسي لافوازييه. في الطبيعة ، يتكون الماس في أحشاء الأرض عند درجات حرارة وضغوط عالية جدًا. تمكن العلماء من خلق ظروف في المختبر يمكن بموجبها الحصول على الماس من الجرافيت بعد 200 عام فقط. يتم الآن إنتاج عشرات الأطنان من الماس الاصطناعي. من بينها الماس لأغراض المجوهرات ، لكن معظمها يستخدم لصنع أدوات مختلفة.
- أحادي البلورات والبلورات
يمكن أن تكون الأجسام البلورية عبارة عن بلورات أحادية ومتعددة البلورات. البلورة المفردة هي بلورة مفردة لها شبكة بلورية مرتبة مجهري. لديهم شكل خارجي صحيح هندسيًا ، لكن هذه الميزة اختيارية.
البلورات المتعددة هي بلورات صغيرة متداخلة متداخلة مع بعضها البعض - بلورات.
- طرق زراعة الكريستال
في المختبر ، تُزرع البلورات في ظل ظروف مضبوطة بعناية توفر الخصائص المرغوبة ، ولكن من حيث المبدأ ، تتشكل بلورات المختبر بنفس الطريقة كما في الطبيعة - من المحلول أو الذوبان أو البخار. وهكذا ، تزرع بلورات كهرضغطية من ملح روشيل من محلول مائي عند الضغط الجوي. تتم أيضًا زراعة بلورات كبيرة من الكوارتز البصري من المحلول ، ولكن عند درجات حرارة تتراوح من 350 إلى 450ا ج وضغط 140 ميجا باسكال. يتم تصنيع الياقوت تحت ضغط جوي من مسحوق أكسيد الألومنيوم ، مصهور عند درجة حرارة 2050ا يتم الحصول على بلورات كربيد السيليكون المستخدمة كمادة كاشطة من الأبخرة الموجودة في فرن كهربائي.
أول بلورة مفردة تم الحصول عليها في المختبر كانت الياقوت. للحصول على الياقوت ، تم تسخين خليط من الألومينا اللامائية يحتوي على خليط أكبر أو أقل من البوتاسيوم الكاوية مع فلوريد الباريوم وملح الكروم. يضاف الأخير من أجل إحداث لون الياقوت ، ويتم أخذ الألومينا بكمية صغيرة. يوضع الخليط في بوتقة طينية ويسخن (من 100 ساعة إلى 8 أيام) في أفران عاكسة عند درجات حرارة تصل إلى 1500ا ج- في نهاية التجربة ، تظهر كتلة بلورية في البوتقة ، والجدران مغطاة ببلورات من الياقوت الوردي الجميل.
الطريقة الثانية الشائعة لزراعة بلورات الأحجار الكريمة الاصطناعية هي طريقة Czochralski. ويتكون مما يلي: يتم وضع ذوبان المادة التي من المفترض أن تتبلور منها الأحجار في بوتقة مقاومة للصهر مصنوعة من معدن حراري (بلاتين ، وروديوم ، وإيريديوم ، وموليبدينوم ، أو تنجستن) ويتم تسخينها في محث عالي التردد . يتم إنزال بذرة مصنوعة من مادة البلورة المستقبلية في المصهور على أسطوانة قابلة للسحب ، ويتم بناء مادة اصطناعية عليها بالسمك المطلوب. يتم سحب العمود مع البذرة تدريجياً إلى أعلى بسرعة تتراوح من 1-50 مم / ساعة مع نمو متزامن بسرعة دوران تبلغ 30-150 دورة في الدقيقة. قم بتدوير العمود لموازنة درجة حرارة الذوبان وضمان التوزيع المتساوي للشوائب. يصل قطر البلورات إلى 50 مم ، ويصل طولها إلى متر واحد ، ويتم زراعة الكوراندوم الصناعي والإسبنيل والعقيق والأحجار الاصطناعية الأخرى بطريقة Czochralski.
يمكن أن تنمو البلورات أيضًا أثناء تكثيف الأبخرة - هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على أنماط ندفة الثلج على الزجاج البارد. عندما يتم إزاحة المعادن من المحاليل الملحية بمساعدة معادن أكثر نشاطًا ، تتشكل البلورات أيضًا. على سبيل المثال ، قم بغمس مسمار حديدي في محلول من كبريتات النحاس ، وسيتم تغطيته بطبقة حمراء من النحاس. لكن البلورات النحاسية الناتجة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا تحت المجهر. على سطح الظفر ، يتم إطلاق النحاس بسرعة كبيرة ، لذا فإن بلوراته صغيرة جدًا. ولكن إذا أبطأت العملية ، فستتحول البلورات إلى حجم كبير. لهذا الغرض ، يجب تغطية كبريتات النحاس بطبقة سميكة من ملح الطعام ، ووضع دائرة من ورق الترشيح عليها ، وفي الأعلى - صفيحة حديدية بقطر أصغر قليلاً. يبقى صب محلول مشبع من كلوريد الصوديوم في الوعاء. سوف تذوب كبريتات النحاس ببطء في المحلول الملحي. تنتشر أيونات النحاس (على شكل الأنيونات المعقدة الخضراء) صعودًا ببطء شديد على مدار عدة أيام ؛ يمكن ملاحظة العملية من خلال حركة الحدود الملونة. بعد الوصول إلى الصفيحة الحديدية ، يتم تقليل أيونات النحاس إلى ذرات متعادلة. ولكن نظرًا لأن هذه العملية بطيئة جدًا ، فإن ذرات النحاس تصطف في بلورات لامعة جميلة. في بعض الأحيان تشكل هذه البلورات فروعًا - التشعبات.
- استخدام البلورات.
لطالما أثارت البلورات الطبيعية فضول الناس. أثر لونها وتألقها وشكلها على إحساس الإنسان بالجمال ، وزين الناس أنفسهم وبيوتهم بها. لطالما ارتبطت الخرافات بالبلورات. كتمائم ، كان من المفترض ألا يقتصر الأمر على حماية أصحابها من الأرواح الشريرة ، ولكن أيضًا لمنحهم قوى خارقة للطبيعة. في وقت لاحق ، عندما بدأ قطع المعادن نفسها وصقلها مثل الأحجار الكريمة ، تم الحفاظ على العديد من الخرافات في التعويذات "لحسن الحظ" و "أحجارها" المقابلة لشهر الميلاد. جميع الأحجار الكريمة الطبيعية ، باستثناء العقيق ، بلورية ، والعديد منها ، مثل الماس والياقوت والياقوت والزمرد ، تأتي على شكل بلورات مقطوعة بشكل جميل.مجوهرات كريستالتحظى بشعبية كبيرة الآن كما كانت خلال العصر الحجري الحديث.
بناءً على قوانين البصريات ، كان العلماء يبحثون عن معدن شفاف وعديم اللون وخالٍ من العيوب ، يمكن من خلاله صنع العدسات عن طريق الطحن والتلميع. تمتلك بلورات الكوارتز غير الملونة الخواص البصرية والميكانيكية الضرورية ، والعدسات الأولى ، بما في ذلك النظارات، مصنوعة منهم. حتى بعد ظهور الزجاج البصري الاصطناعي ، فإن الحاجة إلى البلورات لم تختف تمامًا ؛ لا تزال بلورات الكوارتز والكالسيت والمواد الشفافة الأخرى التي تنقل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء تُستخدم لتصنيع المنشورات وعدسات الأجهزة البصرية.
لعبت البلورات دورًا مهمًا في العديد من الابتكارات التقنية في القرن العشرين. تولد بعض البلورات شحنة كهربائية عند تشوهها. أول تطبيق مهم كانتصنيع مولدات الترددات الراديوية مع استقرار بلوري الكوارتز.من خلال جعل لوحة الكوارتز تهتز في المجال الكهربائي لدائرة تذبذب التردد الراديوي ، من الممكن بالتالي تثبيت تردد الاستقبال أو الإرسال.
تُستخدم الثنائيات شبه الموصلة في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الاتصالات ، وقد حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة في هندسة الراديو ، وتحول الألواح الشمسية الموضوعة على السطح الخارجي للمركبة الفضائية الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. تستخدم أشباه الموصلات أيضًا على نطاق واسع في محولات التيار المتردد / التيار المستمر.
تُستخدم البلورات ذات الخصائص الكهرضغطية في أجهزة الراديو وأجهزة الإرسال الراديوية وفي رؤوس الالتقاط وفي السونار. تعدل بعض البلورات الحزم الضوئية ، بينما يولد البعض الآخر الضوء عند تطبيق الجهد. قائمة استخدامات الكريستال طويلة ومتنامية.
بلورات اصطناعية.لوقت طويل ، حلم الإنسان بتركيب أحجار ثمينة مثل تلك الموجودة في الظروف الطبيعية. حتى القرن العشرين. هذه المحاولات باءت بالفشل. لكن في عام 1902تمكنت من الحصول على الياقوت والياقوت الأزرقبخصائص الأحجار الطبيعية. في وقت لاحق ، في أواخر الأربعينيات ، كان هناكالزمرد المركب، وفي عام 1955 أعلنت شركة جنرال إلكتريك ومعهد الفيزياء التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية عن التصنيعالماس الاصطناعي.
حفزت العديد من الاحتياجات التكنولوجية للبلورات البحث عن طرق لتنمية البلورات بخصائص كيميائية وفيزيائية وكهربائية محددة مسبقًا. لم تذهب أعمال الباحثين عبثًا ، وتم العثور على طرق لتنمية بلورات كبيرة من مئات المواد ، وكثير منها ليس لها نظير طبيعي. في الطبيعة ، غالبًا ما توجد المواد الصلبة في شكل متعددات الوجوه العادية. هذه الأجسام كانت تسمى بلورات. أظهرت دراسة الخواص الفيزيائية للبلورات أن الشكل الهندسي الصحيح ليس ميزتها الرئيسية.
إنه يتوافق تمامًا مع الاهتمام العلمي غير القابل للإخماد للعلماء من جميع أنحاء العالم وجميع مجالات المعرفة لهذا الكائن البحثي. في نهاية الستينيات من القرن الماضي ، بدأ اختراق علمي جاد في هذا المجالبلورات سائلةمما أدى إلى "ثورة المؤشر" لاستبدال آليات التبديل بوسائل العرض المرئي للمعلومات. في وقت لاحق ، دخل مفهوم البلورة البيولوجية (DNA ، الفيروسات ، إلخ) العلم ، وفي الثمانينيات من القرن العشرين - بلورة ضوئية.
- الجزء العملي
- تزايد البلورات في المنزل
إن زراعة البلورات عملية ممتعة للغاية ، لكنها طويلة ومضنية.
من المفيد معرفة العمليات التي تقود نموها ؛ لماذا تشكل المواد المختلفة بلورات بأشكال مختلفة ، وبعضها لا يشكلها على الإطلاق؟ ما الذي يجب فعله لجعلها كبيرة وجميلة.
حاولت العثور على إجابات لهذه الأسئلة في عملي.
إذا استمر التبلور ببطء شديد ، يتم الحصول على بلورة واحدة كبيرة (أو بلورة مفردة) ، إذا تم الحصول عليها بسرعة ، ثم العديد من البلورات الصغيرة.
لقد قمت بزراعة البلورات في المنزل بطرق مختلفة.
طريقة 1 ... تبريد محلول مشبع من كبريتات النحاس. مع انخفاض درجة الحرارة ، تقل قابلية الذوبان للمواد ، وتتسارع. أولاً ، تظهر بلورات نواة صغيرة في المحلول وعلى جدران الوعاء. عندما يكون التبريد بطيئًا ، ولا توجد شوائب صلبة في المحلول ، تتشكل العديد من النوى ، وتتحول تدريجياً إلى بلورات جميلة ذات الشكل العادي. مع التبريد السريع ، تظهر العديد من البلورات الصغيرة ، لا يوجد أي منها تقريبًا بالشكل الصحيح ، لأن العديد منها ينمو ويتداخل مع بعضها البعض.
من أجل زراعة بلورة من كبريتات النحاس ، قمت بصنع محلول مفرط التشبع:
1. للقيام بذلك ، تناولت ماءً دافئًا ، وأذابت فيه اللاذع وسكبه حتى توقف عن الذوبان.
2. قمت بسكبها من خلال مرشح (شاش) في وعاء نظيف آخر. صببت الماء المغلي على الحاوية لمنع التبلور السريع للمحلول على الجدران المتسخة.
3. أعدت البذرة.
4. اربطها في خيط ، غمسها في المحلول.
لكي تنمو البلورة بالتساوي من جميع الجوانب ، من الأفضل إبقاء البذور (بلورة صغيرة) في حالة معلقة في المحلول. لهذا ، صنعت قفزًا من قضيب زجاجي. بالمناسبة ، يُنصح بأخذ خيط ناعم أو رقيق أو حريري ، بحيث لا تتشكل عليه بلورات صغيرة غير ضرورية. ثم أضع الحل في مكان دافئ. التبريد البطيء مهم جدا (من أجل الحصول على بلورة كبيرة). يمكن رؤية التبلور في غضون ساعات قليلة. بشكل دوري ، تحتاج إلى تغيير أو تجديد المحلول المشبع ، وكذلك تنظيف البلورات الصغيرة من الخيط. (المرفق 1)
الطريقة الثانية - الإزالة التدريجية للماء من محلول مشبع.
في هذه الحالة ، كلما تمت إزالة الماء بشكل أبطأ ، كانت النتيجة أفضل. تركت الوعاء مفتوحًا بمحلول ملح الطعام (ملح الطعام) في درجة حرارة الغرفة لمدة 14 يومًا ، وقمت بتغطيته بورقة - تبخر الماء ببطء ، ولم يدخل الغبار في المحلول. تم تعليق البلورة النامية في محلول مشبع على خيط رفيع قوي. تبين أن البلورة كبيرة ، لكنها عديمة الشكل - غير متبلورة. (المرفق 1)
تعد زراعة البلورات عملية مسلية ، ولكنها تتطلب موقفًا دقيقًا ودقيقًا تجاه عملك. من الناحية النظرية ، فإن حجم البلورة التي يمكن زراعتها في المنزل بهذه الطريقة غير محدود. هناك حالات تلقى فيها المتحمسون بلورات بهذا الحجم بحيث لا يمكن رفعها إلا بمساعدة الرفاق.
لكن لسوء الحظ ، هناك بعض الخصائص المميزة لتخزينها. على سبيل المثال ، إذا تُركت بلورة من الشب مفتوحة في الهواء الجاف ، فإنها تفقد الماء الذي تحتويه تدريجياً وتتحول إلى مسحوق رمادي لا يوصف. لحمايته من التلف ، يمكنك تغطيته بورنيش عديم اللون. كبريتات النحاس وملح الطعام أكثر مقاومة ويمكنك العمل معهم بأمان.
في العام الماضي ، في الصف السابع ، في درس الكيمياء ، أثناء دراسة موضوع "ظواهر تحدث للمواد" ، زرعنا بلورات ، لم ينجح الكثير منها. في هذا العام ، اقترحت على الأطفال من الصف السابع كيفية التعامل بشكل صحيح مع هذه المهمة وهذا ما فعلوه (انظر الملحق 2).
استنتاج
تعتمد جميع الخصائص الفيزيائية الناتجة عن استخدام البلورات على نطاق واسع على هيكلها - شبكتها المكانية.
إلى جانب بلورات الحالة الصلبة ، تُستخدم البلورات السائلة الآن على نطاق واسع ، وفي المستقبل القريب سوف نستخدم أجهزة تعتمد على البلورات الضوئية.
لقد اخترت الطريقة الأنسب لزراعة البلورات في المنزل وزرع بلورات الملح وكبريتات النحاس. مع نمو البلورات ، قام بعمل ملاحظات ، وسجل التغييرات.
البلورات جميلة ، يمكن للمرء أن يقول نوعًا من المعجزة ، إنها تجذب نفسها ؛ يقولون نفس "رجل الروح البلورية" عن من له نفس نقية. الكريستال يعني السطوع بالضوء ، مثل الماس. وإذا تحدثنا عن البلورات بموقف فلسفي ، فيمكننا القول إن هذه مادة هي رابط وسيط بين المادة الحية وغير الحية. يمكن أن تولد البلورات ، وتتقدم في العمر ، وتتلف. البلورة ، عندما تنمو على بذرة (على جنين) ، ترث عيوب هذا الجنين بالذات. لكن بالحديث بجدية تامة ، الآن ، ربما ، من المستحيل تسمية أي تخصص ، وليس مجالًا واحدًا من العلوم والتكنولوجيا ، والذي يمكن أن يفعل بدون البلورات. يهتم الأطباء بالبيئات التي يحدث فيها تكوين بلورات لحصى الكلى ، والصيادلة في الأقراص عبارة عن بلورات مضغوطة. يعتمد الاستيعاب وحل الأقراص على الوجه المطلي بهذه البلورات الدقيقة. الفيتامينات ، غمد الميالين للأعصاب ، البروتينات ، والفيروسات كلها بلورات.
الكريستال معجزة في خصائصه ؛ يؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف. هذه الخصائص متأصلة في هيكلها ، الذي يحتوي على هيكل شبكي ثلاثي الأبعاد. علم البلورات ليس علمًا جديدًا. يقف M.V. Lomonosov في أصوله. أصبح نمو البلورات ممكنًا بفضل دراسة بيانات علم المعادن حول تكوين البلورات في الظروف الطبيعية. دراسة طبيعة البلورات والتكوين الذي نشأت منه وظروف نموها. والآن يتم تقليد هذه العمليات ، للحصول على بلورات بالخصائص المرغوبة. يشارك الكيميائيون والفيزيائيون في الحصول على البلورات. بينما يطور الأول تقنية للنمو ، يحدد الأخير خصائصه. هل يمكن تمييز البلورات الاصطناعية عن البلورات الطبيعية؟ على سبيل المثال ، لا يزال الماس الاصطناعي أدنى من جودة الماس الطبيعي ، بما في ذلك اللمعان. الماس الاصطناعي لا يسبب بهجة المجوهرات ، لكنه مناسب تمامًا للاستخدام في التكنولوجيا ، وبهذا المعنى فهو على قدم المساواة مع الماس الطبيعي. مرة أخرى ، تعلم المزارعون الوقحون (كما يطلق على الكيميائيين الذين يزرعون بلورات اصطناعية) أن ينمووا أرقى إبر كريستالية متينة للغاية. يتم تحقيق ذلك من خلال معالجة كيمياء الوسط ودرجة الحرارة والضغط وتأثير بعض الشروط الإضافية الأخرى. وهذا بالفعل فن كامل وإبداع ومهارة - لن تساعد العلوم الدقيقة هنا.
موضوع "البلورات" وثيق الصلة بالموضوع ، وإذا تعمقت فيه وتعمق فيه ، فسيكون ممتعًا للجميع ، وسيقدم إجابات على العديد من الأسئلة ، والأهم من ذلك - الاستخدام غير المحدود للبلورات. البلورات غامضة بطبيعتها وغير عادية لدرجة أنني لم أخبرك في عملي إلا جزءًا صغيرًا مما هو معروف عن البلورات واستخدامها في الوقت الحاضر. قد تكون الحالة البلورية للمادة هي الخطوة التي وحدت العالم غير العضوي بعالم المادة الحية. ينتمي مستقبل أحدث التقنيات إلى البلورات والركام البلوري!
بناءً على بحثي ، توصلت إلى ما يليالاستنتاجات:
- تُستخدم البلورات المزروعة صناعياً في مجالات مختلفة: الطب وهندسة الراديو وبناء الطائرات والبصريات وغيرها الكثير.
- مصطلح الحصول على بلورات اصطناعية أقصر بكثير من عملية تكوينها الطبيعي. مما يجعلها أكثر سهولة في الاستخدام.
- في المنزل ، يمكن زراعة البلورات حتى في وقت قصير.
فهرس
- كيمياء. دورة تمهيدية. الصف السابع: كتاب مدرسي. يدوي / O.S. غابريليان ، آي ج. أوستروموف ، أ.ك. أخلبينين. - الطبعة السادسة ، م: بوستارد ، 2011.
- كيمياء. الصف السابع: كتاب مصنف للكتاب المدرسي O.S Gabrielyan et al. "الكيمياء. دورة تمهيدية. الصف 7 "/ O.S غابريليان ، ج. شيباريفا. - الطبعة الثالثة ، - م: بوستارد ، 2011.
- لانداو ل.د ، كيتايغورودسكي أ. الفيزياء للجميع ، الكتاب الثاني. الجزيئات. - م ، 1978.
- قاموس موسوعي لكيميائي شاب. / شركات. V.A. Kritsman ، V.V. Stanzo.-M. ، 1982.
- موسوعة للأطفال. المجلد 4. الجيولوجيا. / شركات. شارع. إسماعيلوفا. ، 1995.
- موارد الإنترنت:
http://www.krugosvet.ru - موسوعة حول العالم.
http://ru.wikipedia.org/ - موسوعة ويكيبيديا.
http://www.kristallikov.net/page6.html - كيف تنمو بلورة.
المرفق 1.
يوميات المراقبة
تاريخ | ملاحظات | صورة فوتوغرافية |
||
ملح | كبريتات النحاس | ملح | كوبروس نحاسي |
|
24.01.14. | قبل إنزال البذرة في المحلول. الطول: 5 مم العرض: 5 مم | نصنع حلقة من الأسلاك ونعلقها ونخفضها في المحلول. | ||
27.01.14. | الطول: 11 ملم العرض: 7 مم | الطول: 12 ملم العرض: 10 ملم | ||
30.01.14. | الطول: 20 مم العرض: 10 ملم | الطول: 18 ملم العرض: 13 ملم | ||
3.02.14. | لقد تجاوز التكوين البلوري حدود الحل | الطول: 25 مم العرض: 15 ملم | ||
6.02.14. | تبين أن البلورة كبيرة ، لكنها عديمة الشكل | الطول: 30 ملم العرض: 20 مم | ||
الملحق 2
بلورات نمت من قبل طلاب الصف السابع
تعليق على الشرائح:
تطبيق البلورات
زينة
العدسات
بذور محضرة
استهداف
: لتحديد المجالات الرئيسية لتطبيق البلورات الاصطناعية واختبار إمكانية زراعة بلورات كلوريد الصوديوم وكبريتات النحاس تجريبياً دون استخدام معدات خاصة.
مهام:
اجمع المواد حول البلورات وخصائصها.
إجراء تجارب على نمو بلورات كبريتات النحاس وكلوريد الصوديوم.
لتنظيم مادة البلورات: الخصائص الفيزيائية للبلورات وتطبيقاتها.
أنشئ عرضًا تقديميًا بعنوان "البلورات وتطبيقاتها".
2. إزاحة المعادن من المحاليل الملحية بمساعدة معادن أكثر فعالية.
مرت الحل من خلال المرشح
شكرا لاهتمامكم
المجالات الرئيسية لتطبيق البلورات الاصطناعية
أنجزه طالب في الصف الثامن
فيتيسوف نيكولاي
مشرف
سيزوتشينكو
أ. و
مدرس الفيزياء
التعليم البلدي العام
مؤسسة
"التعليم العام الرئيسي
المدرسة رقم 24 "
نوفوكوزنتسك ، 2014
الاستنتاجات
تستخدم البلورات المزروعة صناعياً في مجالات مختلفة: الطب ، هندسة الراديو ،
آلة الطائرات
الهيكل والبصريات وغيرها الكثير.
مصطلح الحصول على بلورات اصطناعية أقصر بكثير من عملية تكوينها الطبيعي. مما يجعلها أكثر سهولة في الاستخدام.
في المنزل ، يمكن زراعة البلورات حتى في وقت قصير.
طرق زراعة الكريستال
طريقة
كزوشرالسكي
- بوتقة
طريقة:
إنصهار
مادة منها
من المفترض أن تتبلور
وضع الحجارة في مقاومة للحريق
بوتقة
معدن حراري (بلاتين ، وروديوم ،
إيريديوم
، الموليبدينوم ، أو التنجستن) وتسخينه
تردد عالي
اداة الحث.
(الأحجار الكريمة: الياقوت)
بوتقة من الطين
تزايد البلورات في المنزل
طريقة 1
: التبريد البطيء للمحلول المشبع
تحضير محلول مفرط التشبع
الكريستالات
أحادي البلورات
بلورات نمت من قبل طلاب الصف السابع
بلورات سائلة
بلورات
صلبة
مواد،
وجود طبيعي
شكل خارجي
متعدد السطوح متماثل منتظم
تأسست
على ال
الداخلية الخاصة بهم
بنية
الثنائيات شبه الموصلة ، الترانزستورات ، الخلايا الشمسية
الطريقة الثانية:
الإزالة التدريجية للماء من محلول مشبع
الخامس
في هذه الحالة ، كلما تمت إزالة الماء بشكل أبطأ ، كانت النتيجة أفضل.
بحاجة لمغادرة السفينة
مع محلول الطبخ
ملح،
تغطيتها بورقة - ماء
يتبخر
ببطء ، والغبار في المحلول لا
السقوط.
كريستال
اتضح أنها كبيرة ، لكنها عديمة الشكل - غير متبلورة.
بلورات اصطناعية
لوقت طويل ، حلم الإنسان بتركيب أحجار ثمينة مثل تلك الموجودة في الظروف الطبيعية. حتى القرن العشرين. هذه المحاولات باءت بالفشل. ولكن في عام 1902 ، تم الحصول على الياقوت والياقوت الأزرق ، والتي لها خصائص الأحجار الطبيعية. في وقت لاحق ، في الأربعينيات من القرن الماضي ، تم تصنيع الزمرد ، وفي عام 1955 أعلنت شركة جنرال إلكتريك ومعهد الفيزياء التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية عن إنتاج الماس الاصطناعي.
حفزت العديد من الاحتياجات التكنولوجية للبلورات البحث عن طرق لتنمية البلورات بخصائص كيميائية وفيزيائية وكهربائية محددة مسبقًا. لم تذهب أعمال الباحثين عبثًا ، وتم العثور على طرق لتنمية بلورات كبيرة من مئات المواد ، وكثير منها ليس لها نظير طبيعي. في المختبر ، تُزرع البلورات في ظل ظروف مضبوطة بعناية توفر الخصائص المرغوبة ، ولكن من حيث المبدأ ، تتشكل بلورات المختبر بنفس الطريقة كما في الطبيعة - من المحلول أو الذوبان أو البخار. وهكذا ، تزرع بلورات كهرضغطية من ملح روشيل من محلول مائي عند الضغط الجوي. تزرع أيضًا بلورات كبيرة من الكوارتز البصري من المحلول ، ولكن عند درجات حرارة 350-450 درجة مئوية وضغط 140 ميجا باسكال. يتم تصنيع الياقوت عند الضغط الجوي من مسحوق أكسيد الألومنيوم المصهور عند درجة حرارة 2050 درجة مئوية. يتم الحصول على بلورات كربيد السيليكون المستخدمة كمادة كاشطة من الأبخرة الموجودة في فرن كهربائي.
استخدام البلورات السائلة في الأجهزة
عرض المعلومات
في ذلك الوقت ، بدا وجود البلورات السائلة نوعًا من الفضول ، ولم يكن بإمكان أحد أن يخمن أنه سيكون لها مستقبل عظيم في التطبيقات التقنية خلال ما يقرب من مائة عام. لذلك ، بعد بعض الاهتمام بالبلورات السائلة فور اكتشافها ، تم نسيانها عمليًا بعد فترة.
في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، كان العديد من العلماء المرموقين متشككين للغاية بشأن اكتشاف راينتسر وليمان. الحقيقة هي أنه ليس فقط الخصائص المتناقضة الموصوفة للبلورات السائلة تبدو مشكوكًا فيها للعديد من السلطات ، ولكن أيضًا أن خصائص مختلف المواد البلورية السائلة اتضح أنها مختلفة بشكل كبير. كان لبعض البلورات السائلة لزوجة عالية جدًا ، بينما كان لدى البعض الآخر لزوجة منخفضة. مع مرور الوقت ، تراكمت الحقائق حول البلورات السائلة تدريجياً ، ولكن لم يكن هناك مبدأ عام يجعل من الممكن إنشاء نوع من النظام في مفاهيم البلورات السائلة. يعود الفضل في إنشاء أسس التصنيف الحديث للبلورات السائلة إلى العالم الفرنسي جي فريدل. في العشرينات من القرن الماضي ، اقترح فريدل تقسيم جميع البلورات السائلة إلى مجموعتين كبيرتين. دعا مجموعة نيماتيك ، والأخرى سميكتيك. كما اقترح مصطلحًا عامًا للبلورات السائلة (المرحلة متوسطة الشكل). أراد فريدل التأكيد على أن البلورات السائلة تحتل موقعًا وسيطًا بين البلورات والسوائل الحقيقية ، سواء في درجة الحرارة أو في خواصها الفيزيائية. تضمنت البلورات السائلة nematic في تصنيف فريدل البلورات السائلة الكوليسترول المذكورة بالفعل كفئة. أكثر البلورات "متبلورة" بين البلورات السائلة هي البلورات اللاصقة. الترتيب ثنائي الأبعاد هو سمة من سمات البلورات اللاصقة. يتم وضع الجزيئات بحيث تكون محاورها متوازية. علاوة على ذلك ، فهم "يفهمون" الأمر "متساوٍ" ويوضعون في صفوف منظمة ومعبأة على مستويات مميتة ، وفي صفوف على أسطح نيماتودا.
طلب
يتغير ترتيب الجزيئات في البلورات السائلة تحت تأثير عوامل مثل درجة الحرارة والضغط والمجالات المغناطيسية الكهربائية ؛ تؤدي التغييرات في ترتيب الجزيئات إلى تغيير في الخصائص البصرية ، مثل اللون والشفافية والقدرة على تدوير مستوى استقطاب الضوء المرسل. تعتمد العديد من تطبيقات البلورات السائلة على هذا. على سبيل المثال ، يتم استخدام اللون مقابل درجة الحرارة في التشخيص الطبي. من خلال تطبيق بعض المواد الكريستالية السائلة على جسم المريض ، يمكن للطبيب تحديد الأنسجة المصابة بسهولة عن طريق تغير اللون في المناطق التي تولد فيها هذه الأنسجة كميات متزايدة من الحرارة. يتيح لك اعتماد اللون على درجة الحرارة أيضًا التحكم في جودة المنتجات دون إتلافها. إذا تم تسخين منتج معدني ، فإن عيبه الداخلي سيغير توزيع درجة الحرارة على السطح. يتم الكشف عن هذه العيوب من خلال تغيير اللون المطبق على سطح مادة الكريستال السائل. تستخدم البلورات السائلة على نطاق واسع في صناعة ساعات اليد والآلات الحاسبة. يتم إنشاء أجهزة تلفزيون ذات شاشات مسطحة مع شاشة بلورية سائلة رفيعة. في الآونة الأخيرة نسبيًا ، تم الحصول على ألياف الكربون والبوليمر على أساس مصفوفات الكريستال السائل.
تطبيقات الكريستال السائل المستقبلية
الشفافية الضوئية الموجهة. من المعروف أن الإنشاء الشامل للشاشات المسطحة الكبيرة القائمة على البلورات السائلة يواجه صعوبات ذات طبيعة غير مبدئية وتكنولوجية. على الرغم من أنه تم إثبات إمكانية إنشاء مثل هذه الشاشات من حيث المبدأ ، إلا أنه نظرًا لتعقيد إنتاجها باستخدام التكنولوجيا الحديثة ، فقد تبين أن تكلفتها مرتفعة للغاية. لذلك ، نشأت فكرة إنشاء أجهزة عرض تعتمد على البلورات السائلة ، حيث يمكن عرض الصورة التي تم الحصول عليها على شاشة بلورية سائلة صغيرة الحجم بشكل كبير على شاشة عادية ، على غرار ما يحدث في السينما بإطارات الأفلام. . اتضح أن مثل هذه الأجهزة يمكن تحقيقها على البلورات السائلة باستخدام هياكل شطيرة ، والتي تشمل طبقة موصل ضوئي بطبقة بلورية سائلة. يتم تسجيل الصورة في بلورة سائلة ، بمساعدة موصل ضوئي ، بواسطة شعاع من الضوء. مبدأ تسجيل الصور بسيط للغاية. في حالة عدم وجود إضاءة لموصل ضوئي ، تكون موصليةه منخفضة جدًا ؛ لذلك ، عمليًا ، يقع فرق الجهد الكامل المطبق على أقطاب الخلية الضوئية ، حيث يتم إدخال طبقة موصل ضوئي إضافي ، على طبقة الموصل الضوئي هذه. في هذه الحالة ، حالة الطبقة البلورية السائلة لا تتوافق مع أي جهد عليها. عندما يضيء موصل أشباه ضوئيًا ، تزداد موصليةه بشكل حاد ، لأن الضوء يخلق حاملات تيار إضافية فيه (إلكترونات وثقوب حرة). نتيجة لذلك ، هناك إعادة توزيع للجهد الكهربائي في الخلية - الآن تقريبًا كل الجهد ينخفض عبر طبقة الكريستال السائل ، وتتغير حالة الطبقة ، على وجه الخصوص ، خصائصها الضوئية ، وفقًا لقيمة الجهد المطبق. وبالتالي ، تتغير الخصائص البصرية للطبقة البلورية السائلة نتيجة لعمل الطبقة.
أكواب لرواد الفضاء
بالتعرف على قناع لآلة اللحام الكهربائية ونظارات تلفزيون الاستريو ، لاحظنا أنه في هذه الأجهزة ، يغطي مرشح بلوري سائل يمكن التحكم فيه مجال رؤية عين واحدة أو كلتيهما في وقت واحد. هناك موقف يستحيل فيه التداخل مع مجال رؤية الشخص بالكامل وفي نفس الوقت يكون من الضروري تداخل الأقسام الفردية في مجال الرؤية.
على سبيل المثال ، قد تنشأ مثل هذه الحاجة لرواد الفضاء في ظروف عملهم في الفضاء تحت أشعة الشمس الساطعة للغاية. يمكن لمرشحات الكريستال السائل الخاضعة للتحكم أن تحل هذه المشكلة ، كما في حالة القناع الخاص بلحام كهربائي أو نظارات تلفزيون ستيريو. في هذه النظارات ، يجب الآن تغطية مجال رؤية كل عين ليس بفلتر واحد ، ولكن بعدة مرشحات يتم التحكم فيها بشكل مستقل. على سبيل المثال ، يمكن عمل المرشحات على شكل حلقات متحدة المركز متمركزة في وسط النظارات أو على شكل خطوط على النظارات ، والتي ، عند تشغيلها ، تحجب جزءًا فقط من رؤية العين.
يمكن أن تكون هذه النظارات مفيدة ليس فقط لرواد الفضاء ، ولكن أيضًا للأشخاص من المهن الأخرى ، على سبيل المثال ، لطياري الطائرات الحديثة ، حيث يوجد عدد كبير من الأدوات. ستكون هذه النظارات مفيدة أيضًا في الدراسات الطبية الحيوية لعمل المشغل المرتبط بإدراك كمية كبيرة من المعلومات المرئية.
لا شك أن المرشحات من هذا النوع ومؤشرات الكريستال السائل سوف تجد (وتوجد بالفعل) تطبيقًا واسعًا في السينما ومعدات التصوير. لهذه الأغراض ، فهي جذابة من حيث أنها تتطلب قدرًا ضئيلًا من الطاقة للتحكم فيها ، وفي عدد من الحالات تجعل من الممكن استبعاد أجزاء من المعدات ؛ أداء الحركات الميكانيكية. ما هي الأجزاء الميكانيكية للسينما ومعدات التصوير المقصود؟ هذه عبارة عن أغشية ، مرشحات - مخففات تدفق الضوء ، وأخيراً ، قاطعات تدفق الضوء في كاميرا تصوير ، متزامنة مع حركة فيلم التصوير الفوتوغرافي وضمان تعرضه إطارًا بإطار.
بلورات فوتونيةهي إحدى أغراض تقنية النانو ، وهي مجال متعدد التخصصات يعمل كأساس للتكنولوجيا في القرن الحادي والعشرين. في جميع مجالات النشاط البشري (المعلوماتية ، الطب ، تكنولوجيا المعادن ، إلخ). ظهر مصطلح "البلورة الضوئية" في الثمانينيات من القرن العشرين.
على مدى السنوات العشر الماضية ، كان هناك اهتمام متزايد بالبلورات والأجهزة الضوئية القائمة عليها من جانب الفيزيائيين ومن جانب المؤسسات والشركات الرائدة في مجال التكنولوجيا الفائقة في المجمع الصناعي العسكري. يُقارن الوضع بفترة التطور السريع للإلكترونيات الدقيقة المتكاملة في الستينيات ، ويتم تحديده من خلال إمكانية إنشاء دوائر ضوئية دقيقة عن طريق القياس مع دوائر الإلكترونيات الدقيقة الكلاسيكية. لقد فتحت الفرصة لطرق جديدة بشكل أساسي لتخزين ونقل ومعالجة المعلومات بناءً على مواد من نوع جديد (الضوئيات). من المخطط إنشاء ليزر من نوع جديد ، مع عتبة ليزر منخفضة ، ومفاتيح ضوئية. ومع ذلك ، فإن إنشاء بلورات فوتونية ثلاثية الأبعاد (أي أنها يجب أن تؤدي إلى تغييرات أساسية في التكنولوجيا) هي مهمة صعبة نوعًا ما.
لقد فتحت البلورات الضوئية فرصة رائعة لتخزين المعلومات ومعالجتها - إنشاء مصائد الفوتون. هذه منطقة في البلورة يُحظر منها هروب الفوتونات بسبب عدم وجود شريط توصيل فوتوني في المادة المحيطة. تتم مقارنة الوضع بموصل مشحون محاط بعازل كهربائي. الموقف المتناقض المتمثل في "إيقاف الفوتون" ، الذي تساوي كتلته صفرًا ، لا يتعارض مع قوانين الفيزياء ، لأننا لا نتحدث عن تفاعل فوتون حر مع بنية دورية. لقد أطلق عليه بالفعل اسم فوتون ثقيل. تم التخطيط لاستخدام الفوتونات الثقيلة في عناصر الذاكرة ، والترانزستورات الضوئية ، وما إلى ذلك.
المجال الثاني ، الحقيقي بالفعل في المستقبل القريب ، هو مجال تطبيق البلورات الضوئية هو زيادة كفاءة المصابيح المتوهجة بترتيب من حيث الحجم. في المستقبل ، من المخطط الانتقال إلى أجهزة كمبيوتر تعتمد فقط على الضوئيات ، والتي لها عدد من المزايا على أجهزة الكمبيوتر القائمة على الإلكترونيات.
في عام 2004 ، ظهرت رسالة حول إنشاء ليزر يعتمد على العقيق الاصطناعي المقلوب. تم إدخال الجسيمات الغروية لسيلينيد الكادميوم بقطر 4.5 نانومتر في كرات مجوفة تقع على مسافة 240-650 مم. بمساعدة نبضة ليزر ، تم نقل هذه "الذرات الاصطناعية" إلى حالة الإثارة ، ويمكن التحكم في وقت الانبعاث. لاحظ أنه من المفيد استخدام الليزر مع تأخير انبعاث ، على سبيل المثال ، للخلايا الشمسية ، ومع تسريع الانبعاثات - لليزر الصغير والصمامات الثنائية الباعثة للضوء.
أصل وهيكل الأحجار الكريمة
تنتمي جميع الأحجار الكريمة ، باستثناءات نادرة ، إلى عالم المعادن. دعونا نتذكر أصلهم وهيكلهم. حول شروط تكوين الأحجار الكريمة غير المعدنية بالمعنى الدقيق للكلمة (على سبيل المثال ، الكهرمان والمرجان واللؤلؤ).
يمكن أن تنشأ المعادن بعدة طرق. يتكون بعضها من السوائل النارية المنصهرة والغازات في أحشاء الأرض أو من الحمم البركانية التي اندلعت على سطحها (المعادن الصخرية). يسقط البعض الآخر من المحاليل المائية أو ينمو بمساعدة الكائنات الحية على (أو بالقرب) من سطح الأرض (المعادن الرسوبية). أخيرًا ، تتشكل المعادن الجديدة عن طريق إعادة بلورة المعادن الموجودة تحت تأثير الضغوط العالية ودرجات الحرارة المرتفعة في الطبقات العميقة من قشرة الأرض (المعادن المتحولة).
يتم التعبير عن التركيب الكيميائي للمعادن بواسطة الصيغة. في هذه الحالة ، لا تؤخذ الشوائب في الاعتبار ، حتى لو تسببت في ظهور ظلال لونية ، حتى التغيير الكامل في لون المعدن. تتبلور جميع المعادن تقريبًا في أشكال معينة. أي أنها بلورات ذات تكوين موحد للجسم مع ترتيب منتظم للذرات في الشبكة. تتميز البلورات بأشكال هندسية صارمة وتقتصر بشكل أساسي على الوجوه المسطحة الملساء. معظم البلورات صغيرة ، لكن هناك عينات عملاقة. يحدد التركيب الداخلي للبلورات خصائصها الفيزيائية ، بما في ذلك الشكل الخارجي ، والصلابة والقدرة على التصدع ، ونوع الكسر ، والكثافة ، والظواهر البصرية.
مفاهيم أساسية
جوهرة أو جوهرة.تتميز كل هذه المجموعة من الأحجار بميزة مشتركة واحدة - جمال خاص. قبل ذلك ، كان يُطلق على عدد قليل من الأحجار اسم الجواهر. اليوم زاد عددهم بشكل كبير ويستمر في الزيادة. معظمهم من المعادن ، في كثير من الأحيان أقل - الصخور. يشار أيضًا إلى معادن معينة ذات أصل عضوي على أنها أحجار كريمة: العنبر والمرجان واللؤلؤ. حتى البقايا العضوية الأحفورية (الحفريات) تستخدم كزينة. من حيث الغرض منها ، فإن عددًا من مواد المجوهرات الأخرى قريبة من الأحجار الكريمة: الخشب والعظام والزجاج والمعدن.
حجر شبه كريم -لا يزال المفهوم سائدًا في التجارة ، ولكن ، نظرًا للمعنى المهين المتأصل فيه ، لا ينبغي استخدامه. في السابق ، كان يطلق على الأحجار الأقل قيمة وليست شديدة الصلابة شبه الكريمة ، على عكس الأحجار الكريمة "الحقيقية".
حجر الزينة.هذا مصطلح جماعي يشير إلى جميع الأحجار المستخدمة كزخرفة ولإنتاج نحت الحجر. في بعض الأحيان تسمى الأحجار الأقل قيمة أو غير الشفافة بالزينة.
جوهرة.تُفهم قطعة المجوهرات على أنها زينة تتكون من واحد أو أكثر من الأحجار الكريمة المرصعة في معدن نبيل. في بعض الأحيان ، تسمى الأحجار المصقولة بدون حواف ، وكذلك المجوهرات المصنوعة من المعادن الثمينة بدون أحجار ، بالمجوهرات.
الجواهر والأحجار شبه الكريمة
عرف الإنسان الجواهر منذ أكثر من سبعة آلاف عام. أولها: الجمشت ، البلور الصخري ، العنبر ، اليشم ، المرجان ، اللازورد ، اللؤلؤ ، السربنتين ، الزمرد والفيروز. لفترة طويلة ، ظلت هذه الأحجار متاحة فقط لممثلي الطبقات المميزة ولم تكن بمثابة زخرفة فحسب ، بل كانت ترمز أيضًا إلى الوضع الاجتماعي لأصحابها.
حتى بداية القرن التاسع عشر. تم استخدام الأحجار الكريمة للأغراض الطبية. في بعض الحالات ، كان يُعتبر كافياً أن يكون لديك حجر معين ، وفي حالات أخرى ، تم تطبيقه على المنطقة المؤلمة ، وفي الحالة الثالثة ، تم سحقه في مسحوق وأخذ عن طريق الفم. تحتوي الكتب الطبية القديمة على معلومات "دقيقة" حول الحجر الذي يمكن أن يساعد في مرض معين. يسمى العلاج بالأحجار الكريمة بالمعالجة الحجرية. وأحيانًا يكون ذلك ناجحًا ، لكن لا ينبغي أن يُنسب ذلك إلى الحجر نفسه ، بل إلى اقتراح نفسي كان له تأثير مفيد على المريض. تم تفسير حالات الفشل في العلاج من خلال حقيقة أن الحجر تبين أنه "مزيف". في اليابان ، تُباع الأقراص المصنوعة من مسحوق اللؤلؤ (أي من كربونات الكالسيوم) للأغراض الطبية اليوم.
وفي الأديان الحديثة ، للأحجار الكريمة مكان منفصل. وهكذا ، فإن صدرية رئيس الكهنة اليهودي مزينة بأربعة صفوف من الأحجار الكريمة. تتألق أحجار مماثلة على التيجان وأقواس البابا وأساقفة الكنيسة المسيحية ، وكذلك على السفن وحاملي الوحوش وجراد البحر وإطارات الأيقونات.
الانقسام والكسر
تنقسم العديد من المعادن أو تتحلل على طول الأسطح المسطحة. هذه الخاصية من المعادن تسمى انقسام وتعتمد على هيكل شبكتها البلورية ، على قوى التماسك بين الذرات. يميز بين الانقسام المثالي جدًا (euclase) ، التام (التوباز) والعيوب (العقيق). عدد من الأحجار الكريمة والزينة (على سبيل المثال ، الكوارتز) لا تحتوي عليها على الإطلاق. بشكل منفصل تسمى قدرة البلورة على التصدع في مناطق معينة على طول الأسطح المتوازية الموجهة.
يجب أن يؤخذ وجود الانقسام في الاعتبار عند طحن وقطع الأحجار ، وكذلك عند إدخالها في الإطار. يمكن أن يتسبب الضغط الميكانيكي القوي في حدوث انقسام (صدع) على طول الانقسام. غالبًا ما تكون ضربة خفيفة أو ضغط زائد عند تحديد الصلابة كافية لذلك. في السابق ، كان يستخدم الانقسام في تشريح الحجارة الكبيرة بدقة إلى قطع أو لفصل المناطق المعيبة. يتم تنفيذ هذه العمليات الآن بشكل أساسي عن طريق النشر ، مما يسمح باستخدام أفضل لشكل الحجر ، وكذلك تجنب الشقوق والتشققات غير المرغوب فيها.
يسمى شكل سطح الشظايا التي يتفكك فيها المعدن عند الاصطدام شبك. يمكن أن يكون محاري (مشابه لبصمة الصدفة) ، غير متساوي ، متشظي ، ليفي ، متدرج ، حتى ، ترابي ، إلخ. الكسر القشري هو نموذجي ، على سبيل المثال ، لجميع أنواع الكوارتز وتقليد الزجاج والأحجار الكريمة.
كثافة
كثافة (قبل أن يطلق عليها الجاذبية النوعية) هي نسبة كتلة مادة إلى كتلة نفس حجم الماء. وبالتالي ، فإن الحجر بكثافة 2.6 يكون أثقل عدة مرات من حجم مساوٍ من الماء.
تتراوح كثافة الأحجار الكريمة من 1 إلى 7. تبدو الأحجار ذات الكثافة الأقل من 2 خفيفة (كهرماني 1.1) ، من 2 إلى 4 - من الوزن الطبيعي (كوارتز 2.65) وما فوق 5 - ثقيلة (حجر القصدير 7.0). أغلى الأحجار ، مثل الماس والياقوت والياقوت ، تمتلك كثافة أعلى من المعادن الرئيسية المكونة للصخور ، وخاصة الكوارتز والفلسبار.
مقاييس كتلة الأحجار الكريمة
قيراط -وحدة الكتلة التي تم استخدامها في تجارة الأحجار الكريمة والمجوهرات منذ العصور القديمة. من المحتمل أن تكون كلمة "قيراط" نفسها مشتقة من الاسم المحلي (kuara) لشجرة المرجان الأفريقي ، والتي استخدمت بذورها لوزن الرمال الذهبية ، ولكن من الأرجح أنها مشتقة من الاسم اليوناني (keration) ) لخروب البحر الأبيض المتوسط المنتشر على نطاق واسع ، ثمار كانت تستخدم في الأصل كـ "أوزان" عند وزن الأحجار الكريمة (كتلة وزن واحد في المتوسط تساوي تقريبًا قيراطًا).
غرام -وحدة الكتلة المستخدمة في تجارة الأحجار الكريمة للأحجار الأقل تكلفة ، وخاصة الأحجار الكريمة الخام (مثل مجموعة الكوارتز)
كبير -مقياس كتلة اللؤلؤة. يتوافق مع 0.05 جم ، أي 0.25 قيراط. الآن يتم استبدال الحبوب بالقيراط أكثر فأكثر.
السعر.في تجارة الأحجار الكريمة ، يتم تحديد السعر عادة للقيراط الواحد. لحساب التكلفة الإجمالية للحجر ، اضرب السعر ووزنه بالقيراط.
الخواص البصرية
من بين الخصائص الفيزيائية للأحجار الكريمة ، تلعب الخصائص البصرية دورًا مهيمنًا ؛ تحديد لونها وتألقها ، وتألقها ، و "النار" ، واللمعان ، والنجمة ، والتقزح اللوني وتأثيرات الضوء الأخرى. في اختبار وتحديد الأحجار الكريمة ، يتم التركيز بشكل متزايد على الظواهر البصرية.
اللون
اللون- أول ما يلفت الأنظار عند النظر إلى أي حجر كريم. ومع ذلك ، بالنسبة لمعظم الأحجار ، لا يمكن استخدام لونها كميزة تشخيصية ، حيث أن العديد منها ملون بنفس اللون ، وبعضها يظهر بعدة ألوان.
سبب اختلاف الألوان هو الضوء ، أي التذبذبات الكهرومغناطيسية التي تقع في نطاق معين من الأطوال الموجية. لا ترى العين البشرية إلا موجات من النطاق البصري المزعوم - من حوالي 400 إلى 700 نانومتر. تنقسم هذه المنطقة من الضوء المرئي إلى سبعة أجزاء رئيسية ، كل منها يتوافق مع لون معين من الطيف: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأزرق والبنفسجي. عندما يتم خلط جميع الألوان الطيفية ، يتم الحصول على اللون الأبيض. ومع ذلك ، إذا تم امتصاص مجموعة من الأطوال الموجية ، ينشأ لون معين - لم يعد أبيض - من مزيج الألوان المتبقية. يبدو الحجر الذي ينقل جميع الأطوال الموجية للمدى البصري عديم اللون ؛ على العكس من ذلك ، إذا تم امتصاص كل الضوء ، فإن الحجر يكتسب أحلك الألوان المرئية - الأسود. مع الامتصاص الجزئي للضوء على نطاق الطول الموجي بأكمله ، يبدو الحجر أبيضًا باهتًا أو رماديًا. ولكن على العكس من ذلك ، إذا تم امتصاص أطوال موجية معينة فقط ، فإن الحجر يكتسب لونًا يتوافق مع اختلاط الأجزاء المتبقية غير الممتصة من طيف الضوء الأبيض. الحاملات الرئيسية للون - الكروموفورات التي تحدد لون الأحجار الكريمة - هي أيونات المعادن الثقيلة من الحديد والكوبالت والنيكل والمنغنيز والنحاس والكروم والفاناديوم والتيتانيوم.
يعتمد لون الأحجار الكريمة أيضًا على الإضاءة ، نظرًا لاختلاف أطياف الضوء الاصطناعي (الكهربائي) وضوء النهار (ضوء الشمس). توجد أحجار على لونها يكون للضوء الصناعي تأثير سلبي (الياقوت) ، وتلك التي تستفيد فقط من الضوء (الاصطناعي) المسائي ، مما يزيد من إشراقها (الياقوت ، الزمرد). لكن تغير اللون يكون أكثر وضوحًا في الكسندريت: خلال النهار يبدو أخضر ، وفي المساء يبدو أحمر.
الانكسار
حتى عندما كنا طفلين ، رأينا أكثر من مرة أن العصا لا تُغطس بالكامل في الماء بزاوية حادة ، كما لو كانت "تنكسر" على سطح الماء. يأخذ الجزء السفلي من العصا في الماء منحدرًا مختلفًا عن الجزء العلوي في الهواء. هذا بسبب انكسار الضوء ، والذي يتجلى دائمًا عندما يمر شعاع ضوئي من وسيط إلى آخر ، أي عند حدود مادتين ، إذا تم توجيه الحزمة بشكل غير مباشر إلى السطح البيني بينهما.
كمية انكسار الضوء لجميع بلورات الأحجار الكريمة من نفس النوع المعدني ثابتة (في بعض الأحيان تتقلب ، ولكن في غضون فترة زمنية ضيقة جدًا). لذلك ، يتم استخدام التعبير العددي لهذه الكمية - مؤشر الانكسار (يشار إليه غالبًا باسم الانكسار أو انكسار الضوء) - لتشخيص الأحجار الكريمة. يُعرَّف معامل الانكسار بأنه النسبة بين سرعات الضوء في الهواء وفي البلورة. الحقيقة هي أن انحراف شعاع الضوء في البلورة ناتج على وجه التحديد عن انخفاض سرعة انتشار هذه الحزمة في وسط أكثر كثافة بصريًا.
في الماس ، يسافر الضوء بمعدل 2.4 مرة أبطأ من الهواء. بدون صعوبات وتكاليف تقنية كبيرة ، من الممكن قياس انكسار الضوء بطريقة الغمر - عن طريق غمر الحجر في السوائل بمعامل انكسار معروف ومراقبة الواجهة. من خلال مدى إضاءة وحدة ملامح الحجر أو الحواف بين الأوجه ، وكذلك من خلال العرض الظاهر للواجهات ، يمكن للمرء أن يقدر بدقة معامل الانكسار للأحجار الكريمة.
تشتت
عند المرور عبر بلورة ، لا يخضع الضوء الأبيض للانكسار فحسب ، بل يتحلل أيضًا إلى ألوان طيفية ، نظرًا لأن مؤشرات الانكسار للمواد البلورية تعتمد على الطول الموجي للضوء الساقط. تسمى ظاهرة تحلل الضوء الأبيض بواسطة الكريستال إلى جميع ألوان قوس قزح فرق. قيمة تشتت اللون في الماس رائعة بشكل خاص ، والتي تدين لها بتلاعبها الرائع بالألوان - "النار" الشهيرة التي هي السحر الرئيسي لهذا الحجر.
التشتت جيد فقط للأحجار عديمة اللون. تستخدم الأحجار الطبيعية والاصطناعية ذات التشتت العالي (على سبيل المثال ، fabulite ، rutile ، spharlerite ، titanite ، zircon) في المجوهرات كبديل للماس.
التأثيرات البصرية السطحية:
الأشكال الخفيفة وظلال الألوان
تحتوي العديد من الأحجار الكريمة على أشكال فاتحة على شكل خطوط ضوئية موجهة ، بالإضافة إلى فيض لوني على السطح.
تأثير عين القطمتأصلة في الأحجار التي تكون مجاميع من أفراد ليفية متراصة متوازية أو تشبه الإبرة أو تحتوي على قنوات مجوفة رفيعة متوازية المنحى. ينشأ التأثير كنتيجة لانعكاس الضوء على مثل هذه النتوءات المتوازية ويتكون من حقيقة أنه عندما يتم قلب الحجر ، يمر شريط ضوئي ضيق فوقه ، مما يشير إلى تلميذ الشق المضيء للقط. يتحقق أعظم انطباع عن هذا التأثير إذا كان الحجر مصقولًا على شكل كابوشون ، علاوة على ذلك ، بحيث تكون القاعدة المسطحة للكابوشون موازية للهيكل الليفي للحجر.
النجمية -المظهر على سطح الحجر من الأشكال الخفيفة في شكل خطوط ضوئية تتقاطع عند نقطة واحدة وتشبه أشعة النجوم ؛ يتم تحديد عدد هذه الأشعة وزاوية تقاطعها من خلال تناظر البلورات. بحكم طبيعته ، فهو مشابه لتأثير عين القط مع الاختلاف الوحيد في أن الشوائب العاكسة - الألياف الرقيقة أو الإبر أو الأنابيب - لها اتجاهات مختلفة في مناطق مختلفة. النجوم سداسية الرؤوس على الياقوت وكابوشون الياقوت مؤثرة للغاية.
Adularisation -وميض حجر القمر الأبيض المزرق ، وهو مجموعة ثمينة من Adularia. عندما يتم تحريك كابوشون حجر القمر ، ينزلق هذا التألق ، أو المد ، على سطحه.
تهيج -تلاعب لوني قزحي لبعض الأحجار الكريمة نتيجة تحلل اللون الأبيض الذي ينكسر على فواصل صغيرة وتشققات في الحجر إلى ألوان طيفية.
"الحرير" -تألق ولعب حريري لبعض الأحجار الكريمة بسبب وجود شوائب متوازية المنحى من الألياف الدقيقة أو المعادن الشبيهة بالإبرة أو الأنابيب المجوفة. إنه ذو قيمة عالية بين الياقوت والياقوت المقطوع.
طرق زراعة الكريستال
ربما كانت أول بلورة مفردة تم الحصول عليها في المختبر من الياقوت الأحمر. للحصول على الياقوت ، تم تسخين خليط من الألومينا اللامائية يحتوي على خليط أكبر أو أقل من البوتاسيوم الكاوية مع فلوريد الباريوم وملح الكروم. يضاف الأخير من أجل إحداث لون الياقوت ، ويتم أخذ الألومينا بكمية صغيرة. يوضع الخليط في بوتقة من الطين ويتم تسخينه (من 100 ساعة إلى 8 أيام) في أفران عاكسة عند درجات حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية. في نهاية التجربة ، تظهر كتلة بلورية في البوتقة ، والجدران مغطاة بلورات الياقوت الوردي الجميلة.
الطريقة الثانية الشائعة لزراعة بلورات الأحجار الكريمة الاصطناعية هي طريقة Czochralski. ويتكون مما يلي: يتم وضع ذوبان المادة التي من المفترض أن تتبلور منها الأحجار في بوتقة مقاومة للصهر مصنوعة من معدن حراري (بلاتين ، وروديوم ، وإيريديوم ، وموليبدينوم ، أو تنجستن) ويتم تسخينها في محث عالي التردد . يتم إنزال بذرة مصنوعة من مادة البلورة المستقبلية في المصهور على أسطوانة قابلة للسحب ، ويتم بناء مادة اصطناعية عليها بالسمك المطلوب. يتم سحب عمود البذرة تدريجياً لأعلى بسرعة 1-50 مم / ساعة مع نمو متزامن بتردد دوران يبلغ 30-150 دورة في الدقيقة. قم بتدوير العمود لموازنة درجة حرارة الذوبان وضمان التوزيع المتساوي للشوائب. يصل قطر البلورات إلى 50 مم ، ويصل طولها إلى متر واحد ، ويتم زراعة الكوراندوم الصناعي والإسبنيل والعقيق والأحجار الاصطناعية الأخرى بطريقة Czochralski.
يمكن أن تنمو البلورات أيضًا أثناء تكثيف الأبخرة - هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على أنماط ندفة الثلج على الزجاج البارد. عندما يتم إزاحة المعادن من المحاليل الملحية بمساعدة معادن أكثر نشاطًا ، تتشكل البلورات أيضًا. على سبيل المثال ، قم بغمس مسمار حديدي في محلول من كبريتات النحاس ، وسيتم تغطيته بطبقة حمراء من النحاس. لكن البلورات النحاسية الناتجة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا تحت المجهر. على سطح الظفر ، يتم إطلاق النحاس بسرعة كبيرة ، لذا فإن بلوراته صغيرة جدًا. ولكن إذا أبطأت العملية ، فستتحول البلورات إلى حجم كبير. لهذا الغرض ، يجب تغطية كبريتات النحاس بطبقة سميكة من ملح الطعام ، ووضع دائرة من ورق الترشيح عليها ، وفي الأعلى - صفيحة حديدية بقطر أصغر قليلاً. يبقى صب محلول مشبع من كلوريد الصوديوم في الوعاء. سوف تذوب كبريتات النحاس ببطء في المحلول الملحي. تنتشر أيونات النحاس (على شكل الأنيونات المعقدة الخضراء) صعودًا ببطء شديد على مدار عدة أيام ؛ يمكن ملاحظة العملية من خلال حركة الحدود الملونة. بعد الوصول إلى الصفيحة الحديدية ، يتم تقليل أيونات النحاس إلى ذرات متعادلة. ولكن نظرًا لأن هذه العملية بطيئة جدًا ، فإن ذرات النحاس تصطف في بلورات جميلة لامعة من النحاس المعدني. في بعض الأحيان تشكل هذه البلورات فروعًا - التشعبات.
تكنولوجيا زراعة الكريستال
في البيت
لزراعة البلورات في المنزل ، أعددت محلول ملح مفرط التشبع. اخترت ملح كبريتات النحاس كمواد أولية. تم صب الماء الساخن في كوب نظيف عند درجة حرارة 50 درجة مئوية ، وتم رفع الحجم إلى 500 مجم. تم سكب المادة في الكوب في أجزاء صغيرة ، مع التقليب في كل مرة وتحقيق الذوبان التام. بمجرد تشبع المحلول ، قمت بتغطيته وتركته في غرفة حيث يجب أن تظل درجة الحرارة ثابتة. عندما يبرد المحلول إلى درجة حرارة الغرفة ، يحدث التبلور المفرط. في المحلول ، تظل المادة تمامًا بقدر ما تتوافق مع قابلية الذوبان عند درجة حرارة معينة ، وينخفض الفائض إلى القاع على شكل بلورات صغيرة. هذه هي الطريقة التي حصلت بها على حل الأسهم.
ثم قمت بصب المحلول الأم في طبق آخر ، ووضعت البلورات من الأسفل هناك ، وقمت بتسخين الطبق في حمام مائي ، وحقق الذوبان الكامل ، واتركته ليبرد. في هذه المرحلة ، المسودات والتغيرات المفاجئة في درجة الحرارة غير مرغوب فيها للحل. بعد يومين ، فحصت المحتويات ولاحظت أن بلورات صغيرة متوازية الأضلاع قد تكونت على القاع والجدران. من بين هؤلاء ، اخترت أنسب البلورات.
أعدت مرة أخرى محلولًا مشبعًا يعتمد على الخمور الأم الأصلية ، أضفت أكثر بقليل (0.5 ملعقة صغيرة) من المادة ، ساخنة ومختلطة. يُسكب المحلول في طبق نظيف وساخن ويترك لمدة 20-30 ثانية حتى يهدأ السائل قليلاً. عندما وصل حجم البلورات إلى حوالي 2.5 سم ، وضعتها واحدة تلو الأخرى في قوارير مسطحة القاع مع سائل أم مُصفى مسبقًا ومتحلل بالماء. لقد غسلت وتنظيف البلورات حسب الحاجة.
الاستنتاجات
تعتمد جميع الخصائص الفيزيائية الناتجة عن استخدام البلورات على نطاق واسع على هيكلها - شبكتها المكانية.
إلى جانب بلورات الحالة الصلبة ، تُستخدم البلورات السائلة حاليًا ، وستستخدم في المستقبل القريب أجهزة تعتمد على البلورات الضوئية.
تشمل البلورات أيضًا أحجار المجوهرات التي تُصنع منها المجوهرات. لقد تغير موقف الشخص تجاه الأحجار الكريمة على مدى قرون عديدة: من التأليه والاستخدام في الطب لإثبات قيمته أو تقديم المتعة الجمالية من جمال الحجر وانسجامه.
يمكن استخدام البلورات المزروعة محليًا في دروس الفيزياء لدراسة خصائصها الفيزيائية والكيميائية واستخداماتها.
طحالب صناعية
لزراعة الطحالب الاصطناعية ، قمت بملء دورق سعته نصف لتر بمحلول سيليكات الصوديوم (زجاج مائي) بنسبة 50٪. ثم ألقت بضع بلورات من كلوريد الحديديك وكلوريد النحاس وكلوريد النيكل وكلوريد الألومنيوم في المحلول. بعد فترة ، بدأ نمو "الطحالب" ذات الأشكال الغريبة والألوان المختلفة. في محلول ملح الحديد ، تكون "الطحالب" بنية ، وأملاح النيكل خضراء ، وأملاح النحاس زرقاء ، وأملاح الألومنيوم عديمة اللون.
لماذا يحدث هذا؟ تتفاعل البلورات التي يتم إلقاؤها في المحلول الزجاجي السائل مع سيليكات الصوديوم. تغطي المركبات المتكونة البلورات بغشاء رقيق ، ولكن بسبب الانتشار ، يخترق الماء خلالها ، ويزداد الضغط في البلورات ، وينفجر الفيلم.
من خلال الثقوب ، يخترق محلول الملح السائل المحيط وسرعان ما يتم تغطيته بفيلم مرة أخرى. ثم يكسر الفيلم مرة أخرى. هذه هي الطريقة التي تنمو بها "الطحالب" المتفرعة.
المؤلفات:
- مسابقة
منافسة المنطقة التعليمية-ابحاثالمشاريع بلورات هم طلب... ومع ذلك لوحظ ...
مشاريع تعليمية وبحثية لأطفال المدارس قسم "يوريكا" "الكيمياء"
مسابقةمنافسة المنطقة التعليمية-ابحاثالمشاريعتلاميذ المدارس قسم "يوريكا": "الكيمياء" ... - هؤلاء أبيضون يشبهون الإبر الصغيرة بلوراتأو مسحوق بلوري خفيف. ... السعر ل همالإنتاج ، والأهم من ذلك - للحد من المخاطر طلب... ومع ذلك لوحظ ...
- برنامج
... التعليمية-ابحاثالمشاريع ابحاثالمشاريعو همالنشر. تعليمي-ابحاثالمشاريع... يوجد بلورات. بلورات- ... والفرص همطلبفي حماية الوثائق ...
مشروع بحثي من النظرية إلى التطبيق العملي للمشروع البحثي من النظرية إلى التطبيق
برنامج... التعليمية-ابحاثالمشاريع... في هذه المرحلة ، يتم أيضًا كتابة الملخصات. ابحاثالمشاريعو همالنشر. تعليمي-ابحاثالمشاريع... يوجد بلورات. بلورات- ... والفرص همطلبفي حماية الوثائق ...
أحمدوف ن. كيمياء غير عضوية - التربية ، 1985
فاسيليف في إن ، بيسبالوف ف. تكنولوجيا المعلومات. الكمبيوتر البصري والبلورات الضوئية.
إ.س جيلودوف فيزياء الكريستال والتناظر. M. العلوم ، 1987
جوفينوف ج. متاهات البلورات الضوئية. (النسخة الإلكترونية من المجلة).
أ.ك. زفيزدين ميكانيكا الكم للفوتونات المحاصرة. فجوات دقيقة بصرية ، أدلة موجية ، بلورات ضوئية. Nature 2004 رقم 10.
O.F. قبردين الفيزياء: كتاب مدرسي للصف العاشر للمدارس ذات الدراسة المتقدمة للفيزياء. - م التنوير ، 2001
كورنيلوف إن آي ، سولودوفا يو. أحجار المجوهرات. - م.ندرا 1983
Kosobukin V.A. البلورات الضوئية // نافذة على العالم (النسخة الإلكترونية من المجلة).
أكمله: ديانا موشيفا ، ... جواز سفر Sepich 2012 التعليمية-ابحاثالمشروع: « بلوراتو همطلب "القائد: الطالب 10 "ب" ...
الكيميائيون من العلوم
طوال تاريخ وجودهم ، حاول الناس ليس فقط العثور على معجزة ، ولكن أيضًا لكسب المال منها ، على سبيل المثال ، للحصول على الذهب من الرصاص أو تحويل الكريستال الصخري إلى الماس. أشهر الخيميائيين الأسطوريين هو الفرنسي نيكولا فلاميل ، الذي يُنسب إليه الفضل في الحصول على حجر الفيلسوف (المسحوق الأبيض البلوري) الذي يمكن أن يحول الرصاص إلى ذهب. وعلى الرغم من عدم وصول أعمال فلاميل العلمية إلينا ، فقد تم الاحتفاظ بوثائق في أرشيف باريس تؤكد أن بائع الكتب المتواضع أصبح ثريًا فجأة: فقد اشترى 13 منزلاً ، وقطع أرض كبيرة في باريس وبولوني ، وبنى 12 كنيسة وعدة مستشفيات.
ومع ذلك ، لا يعتقد العلماء ، بالطبع ، أن أي شخص في العصور الوسطى تمكن من الحصول على ذهب حقيقي أو ماس - فهذه كلها حكايات خرافية. حدثت الثورة في القرن العشرين ، عندما وصلت التكنولوجيا والتكنولوجيا إلى التطور اللازم. لا كيمياء ، نهج علمي بحت.
كما تعلم ، فإن الأحجار الكريمة الحقيقية (الطبيعية) هي مجرد أملاح صلبة من معادن مختلفة ، يتم تنظيم جزيئاتها في بنية مرتبة ، ما يسمى. شعرية الكريستال. في الطبيعة ، تشكلت البلورات على مدى ملايين السنين ، في أعماق قشرة الأرض ، في درجات حرارة عالية (تصل إلى 2000 درجة مئوية) وتحت ضغط هائل لمئات الآلاف من الغلاف الجوي. هناك عدد قليل جدًا من الأماكن التي تطورت فيها مثل هذه الظروف ، مما يفسر ندرة الأحجار الكريمة (التي يتم تقييمها في الواقع). لتجميع نظير من المعادن الطبيعية ، كان على العلماء إعادة إنتاج الظواهر الطبيعية في ظروف معملية ، وبنسخة متسارعة. أصبح من الممكن الحصول على درجات الحرارة المرتفعة والضغوط هذه فقط في بداية القرن الماضي.
تبين أن هذه الأعمال عالية التقنية ومكلفة للغاية ، ولكنها ليست خالية من المعنى - لأسباب موضوعية ، لم تستطع شركات التعدين تلبية الطلب على الأحجار ، وطالبت الصناعة النامية بنشاط الماس والياقوت والياقوت الجديد. الآن تقدر السوق العالمية للأحجار المركبة بأكثر من 6 مليارات دولار ؛ يذهب 86٪ تقريبًا إلى البلورات التي يتم الحصول عليها لاحتياجات الصناعة ، ويذهب 14٪ لتلبية احتياجات الجواهريين.
يتم تصنيع جميع أنواع البلورات تقريبًا في روسيا ، ولكن بكميات ضئيلة. في Troitsk بالقرب من موسكو ، يزرع الماس ، في Zelenograd - الياقوت والعقيق والياقوت ، بالقرب من نيجني نوفغورود - الياقوت ، في نوفوسيبيرسك - الزمرد. ميخائيل بوريكباحث أول بالمركز العلمي لمواد وتقنيات الليزر في I.O. صباحا. بروخوروف: هكذا حدث تاريخياً: في أي مدينة في العهد السوفياتي تم تطوير طريقة للحصول على بلورة معينة ، لا يزال يتم تصنيعها هناك. لم يكن هناك عمليا أي إنتاجات جديدة. لكن الطلب على البلورات الاصطناعية يتزايد باستمرار ، ولا يوجد عدد كافٍ من المتخصصين.
Khachik Bagdasarov: "معدات زراعة البلورات تكلف 300-400 ألف دولار وتبدأ في الدفع بالفعل في السنة الثانية"
روبي فيفر
في عام 1902 ، نجح المهندس الفرنسي Verneuil ، بعد عدة محاولات فاشلة ، أخيرًا في تصنيع بلورة ياقوتة صغيرة تزن 6 جم ، وفي الواقع ، أصبحت أول حجر كريم صناعي مطابق للأحجار الطبيعية. من وجهة نظر التجارة ، كانت رغبة Verneuil في الحصول على الياقوت تمامًا مبررة - في الطبيعة يوجد عدد قليل جدًا من الياقوت. الآن في العالم يتم استخراج حوالي خمسة أطنان من الياقوت سنويًا ، في حين أن الطلب يصل إلى مئات الأطنان (في الغالب لا يحتاجها صانعو المجوهرات ، ولكن صانعو الساعات).
مادة البداية ، ما يسمى ب. الشحنة (مسحوق أكسيد الألومنيوم مع خليط من الكروم) ، مرت Verneuil من خلال موقد غاز بدرجة حرارة 2150 درجة مئوية ، وبدأ الذوبان الناتج مع انخفاض درجة الحرارة في التبلور ببطء ، وتحول إلى ياقوت. أدت البساطة والموثوقية الواضحة لطريقة Verneuil إلى التنظيم السريع للإنتاج الصناعي لبلورات الياقوت ، أولاً في فرنسا ، وبعد ذلك في جميع البلدان المتقدمة عمليًا. بفضل الياقوت الصناعي ، أصبح عددًا من الاكتشافات ممكنًا. على سبيل المثال ، على أساس الياقوت ، تم اختراع الليزر ، مما جعل من الممكن قياس المسافة بدقة من الأرض إلى القمر ، واستخدام الفضاء الخارجي للاتصال ، وما إلى ذلك.
اتضح لاحقًا أنه بمساعدة تقنية تصنيع الياقوت ، من الممكن الحصول على بلورات أخرى قيّمة - الياقوت والعقيق: أولاً ، تذوب المادة الأولية في درجات حرارة عالية ، ثم التبريد الفائق ونتيجة لذلك تتبلور. التكنولوجيا بسيطة ، والأكثر إثارة للاهتمام ، يمكن الوصول إليها ، كما يؤكد خاشيك باجداساروف ،رئيس قسم التبلور عند درجات الحرارة العالية ، معهد علم البلورات. أ. أكاديمية شوبنيكوف الروسية للعلوم (تعمل في تصنيع الياقوت والياقوت والعقيق). من الغريب أنه في روسيا ، هناك عدد قليل فقط من الشركات والمختبرات في معاهد البحوث تعمل في تخليق الكريستال. الآن الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة هي طريقة باجداساروف ، التي تم اختراعها في معهد أبحاث علم البلورات التابع لأكاديمية العلوم الروسية. خاشيك باجداساروف: كنت أول من استخدم ما يسمى بالبلورة الاتجاهية الأفقية لتخليق العقيق في عام 1965 ، واتضح أن هذه التقنية أكثر اقتصادا مقارنة بطريقة Verneuil الواسعة الانتشار. يتم شرح كل شيء ببساطة: في سعر تكلفة البلورات ، يتم شغل الجزء الأكبر من الكهرباء بسبب الحاجة إلى الحفاظ على درجة الحرارة والضغط المرتفعين. عندما يتم تصنيع لوحة أفقية ، بدلاً من قضيب عمودي ، يتم إنفاق طاقة أقل بكثير.
ومع ذلك ، وفقًا للخبراء ، لا يزال الطلب العالمي على الياقوت والياقوت الأزرق والعقيق ، مدفوعًا بتطور صناعة الإلكترونيات ، غير راضٍ. تعتبر نظارات الياقوت ضرورية ليس فقط لشركات الساعات (خاصة السويسرية) ، لإنتاج نوافذ لسفن الفضاء ورؤوس الصواريخ الموجهة ، ولكن أيضًا لمصنعي الهواتف المحمولة ، الذين يبلغ طلبهم السنوي حوالي 6 مليارات زجاج! يتم إنتاج أفضل أنواع الليزر بمساعدة العقيق ، الذي يتم تنشيطه بواسطة أيونات النيوديميوم. يقدر الجواهريون الآن بشكل خاص العقيق الأخضر والوردي ، الذي يتم الحصول عليه بفضل إضافة الثوليوم أو الإربيوم ، على التوالي (1 كجم - 20-25 دولارًا).
ومع ذلك ، فإن الطلب على البلورات المقاومة للصهر ينمو فقط من الشركات الغربية ، في روسيا يميل إلى الصفر بسبب انخفاض إنتاج الإلكترونيات. خاشيك باجداساروف: الأهم من ذلك كله ، أن الياقوت مطلوب من قبل الشركات الكورية (لاحتياجات صناعة الساعات) واليابانية (للبصريات). في المجموع ، يتم تصنيع حوالي ألف طن من الياقوت في العالم سنويًا. روسيا هي طرف خارجي واضح في هذه المسألة. على سبيل المثال ، حتى التسعينيات ، إذا تم زراعة حوالي 180 طنًا من الياقوت وحوالي 50 طنًا من الياقوت في الاتحاد السوفيتي ، يوجد الآن 10-20 طنًا فقط من الياقوت وحوالي 20 طنًا من الياقوت و 100-120 كجم من الرمان.
وفقًا لإيجور أليبييف ، نائب مدير شركة "ROKOR" (التي تعمل في إنتاج منتجات الياقوت) ، فإن تكلفة زراعة 1 كجم من بلورات الياقوت تبلغ حوالي 600 دولار ، يمكنك من خلالها الحصول على 100 لوحة تزن 5 جرام وبتكلفة دولار. 12 لكل منهما. تبلغ تكلفة الياقوت الاصطناعي لصناعة المجوهرات حوالي 60 دولارًا للكيلوغرام الواحد (للمقارنة: قيراط واحد (0.2 جرام) من الحجر الطبيعي - 50 دولارًا) ، للأغراض الفنية - من 70 دولارًا للكيلوغرام الواحد. علاوة على ذلك ، فكلما زاد حجم البلورة المفردة ، زادت كلفتها ، وانخفاض تكلفة التركيب. وبالتالي ، فإن بلورة واحدة من الياقوت يصل وزنها إلى 6 كجم تقدر بنحو 5-10 آلاف دولار ، بينما تبلغ تكلفة الكيلوجرام الواحد حوالي 200 دولار (وسعر البيع 1 كجم هو 500 دولار). من السهل حساب ربحية الأعمال ، وينطبق ترتيب الأرقام هذا على البلورات الثلاثة المذكورة أعلاه. يبلغ الحجم العالمي لتخليق الياقوت حوالي ألف طن.
الآن أكبر إنتاج من الياقوت الصناعي (مئات الملايين من القيراط سنويًا) يتركز في سويسرا وفرنسا وألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا العظمى. يتم تصنيع وحدات التبلور الخاصة بواسطة مصنع تاجانروج للمعدات الكهروحرارية. خاشيك باجداساروف: المعدات المحلية تكلف حوالي 50 ألف دولار ، الغربية - 300-400 ألف دولار.نقطة مهمة: من المنطقي إنشاء إنتاج بعشر وحدات على الأقل لأحجام مربحة. تستغرق دورة الإنتاج الواحدة من يومين إلى ثلاثة أيام ، يمكن خلالها إزالة 2 كجم من البلورات من تركيب واحد. المعدات سوف "تتفوق" في السنة الثانية.
تحديد الحجر
كما يؤكد Bagdasarov ، فإن بنية الأحجار الاصطناعية والطبيعية (وكذلك المظهر) متطابقة ، ومن الطبيعي تمامًا أن تكون المعادن الثمينة المُصنّعة في المختبر محل اهتمام المزورين. "منذ عشر سنوات ، جاءني هندوسي ، وطلب مني تصنيع الياقوت الذي لا يمكن تمييزه عن الحجر الطبيعي. ولكن بعد فترة ، اختفى الهندوس ، كما يقولون ، وقام عمال مناجم الأحجار الطبيعية بإزالته. ومع ذلك ، فإن الحجر الكريم مطابق للحجر الطبيعي. ليس صعبًا علينا ولن يميزه المشتري أبدًا عن الطبيعي ".
ميخائيل بوريك: في متاجر المجوهرات ، يوجد ما يكفي من منتجات الياقوت والياقوت الأزرق التي تم الحصول عليها في ظروف معملية. لن يتمكن المشتري العادي من التمييز بينهما بالعين. حتى معظم البائعين في متاجر المجوهرات لا يعرفون بأنفسهم ما يبيعونه. صانعو المجوهرات الحقيقيون والمعروفون ، الذين يقدرون سمعتهم ، لا يخفون أبدًا مكان المواد التركيبية وأين توجد الطبيعة. ومع ذلك ، عند شراء قطعة مجوهرات باهظة الثمن ، يجب أن تطلب دائمًا شهادة تثبت صحة الحجر.
كما يؤكد Khachik Bagdasarov ، عندما اقترب العلم في منتصف الخمسينيات من تخليق الماس ، في إطار وزارات المالية في جميع البلدان المتقدمة ، تم إنشاء أقسام خاصة لرصد تقدم العلماء. تخيل أن الماس الاصطناعي الذي لا يمكن تمييزه عن الماس الطبيعي يندفع إلى السوق - ستنهار اقتصادات عدد من البلدان ببساطة ، وستتحول احتياطيات الماس الاستراتيجية في عدد من البلدان إلى غبار.
أفضل أصدقاء الحفار
في كل عام ، يتم استخراج ما متوسطه 100-110 مليون قيراط (حوالي 20 طنًا) من الماس في العالم ، وفي السوق العالمية ، يكلف قيراط واحد من الماس الطبيعي 55 دولارًا ، ومع ذلك ، فإن معظم أحجار المجوهرات غير مناسبة بسبب العيوب والشقوق والشوائب ، ولكن من ناحية أخرى ، هناك طلب في الصناعة ، وخاصة في صناعة المعالجة ، في حاجة إلى خصائص عالية القوة للمعادن. ومع ذلك ، وفقًا للخبراء ، تحتاج صناعة الأدوات وصناعات معالجة المعادن والحجر إلى ما يقرب من أربعة أضعاف الماس المستخرج ، وفي عدد من المجالات عالية التقنية (في تصنيع العناصر الإلكترونية وأجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية) والمواد الخام الطبيعية يكاد يكون من المستحيل استخدامه بسبب وجود 98٪ من الماس الطبيعي يحتوي على شوائب نيتروجين. الماس الاصطناعي يخلو من كل العيوب الطبيعية ، لأنه كان الإنسان قادرًا على خلق ظروف تركيب مثالية لهم.
في 1953-1954 ، تمكن علماء من مجموعتين بحثيتين مستقلتين - الشركة السويدية ASEA و American General Electric لأول مرة من تصنيع الماس بحجم أقل من 1 مم. لهذا ، تم صهر خليط من الجرافيت والحديد عند درجة حرارة حوالي 2500 درجة مئوية ، ثم تم وضع الذوبان الناتج في وسط صلب قابل للضغط عند ضغط 70-80 ألف ضغط جوي. فاسيلي بوجاكوف ،نائب مدير معهد فيزياء الضغط العالي (ترويتسك ، يعمل في تصنيع الماس): يُقاس الماس الاصطناعي ، مثله مثل الماس الطبيعي ، بالقيراط ، وتكلفته حوالي 10 دولارات للقيراط في السوق العالمية ، أي أرخص بخمس مرات من الألماس الطبيعي. في الوقت نفسه ، تبلغ تكلفة المواد الخام والكهرباء 5 دولارات فقط للقيراط. تحتل روسيا الآن المرتبة الثالثة في إنتاج الماس الصناعي ، وتنتج 25 مليون قيراط سنويًا.
صحيح ، بينما يتم تصنيع الماس فقط لمصالح الصناعة - لا تزال الأحجار ذات جودة الأحجار الكريمة الاصطناعية في تكلفتها أعلى من الأحجار الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجم الماس المركب يقتصر على 3 مم ، لأن بينما لا توجد مواد قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية والضغط في أحجام كبيرة من الغرفة. يمكن شراء وحدة تصنيع 200 كجم من الماس شهريًا مقابل 30000 دولار.
على عكس الماس ، يتم استخدام الزمرد المركب حصريًا لإنتاج المجوهرات ، على الرغم من أنه ، من الناحية الموضوعية ، لا يختلف في جمال معين بسبب عدم التشتت ، أي تحلل أشعة الشمس إلى طيف ، ويتم تقييمها فقط بسبب ندرتها ، فضلاً عن أحجام الإنتاج الصغيرة (يتم استخراج 500 كجم فقط من الزمرد الطبيعي سنويًا في العالم ، منها 300 كجم في جبال الأورال الروسية).
يتم الحصول على الزمرد ، على عكس كتلة البلورات ، ليس من ذوبان المواد الخام (يتحلل الزمرد عند تسخينه) ، ولكن من محلول من أنهيدريد البوريك ، يتم تصنيعه في غرف حرارية مائية خاصة عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا (حوالي 400 درجة مئوية) والضغط (حوالي 500 الغلاف الجوي). يعتبر التركيب المائي الحراري لتخليق الزمرد غير مكلف نسبيًا (5-10 آلاف دولار) ، ولكنه منخفض الإنتاجية (حتى 10 كجم من البلورات شهريًا). التكلفة الأولية للكيلوغرام الواحد من الزمرد هي 100-200 دولار ، وسعر البيع للقيراط الواحد يساوي تقريبًا سعر الحجر الطبيعي - حوالي 2 دولار.
سنويًا في روسيا ، في مؤسسة في نوفوسيبيرسك ، يتم تصنيع ما يصل إلى 100 كجم من الزمرد ، في العالم لا يزيد عن طن واحد.
على عكس الطبيعة
في عام 1968 ، حصل الفيزيائيون الروس على بلورة شفافة لا تحتوي على توأم طبيعي ، وأطلقوا عليها اسم زركونيا مكعب تكريما لمعهد الفيزياء التابع لأكاديمية العلوم (FIAN) ، على الرغم من إجراء التجارب الأولى على تركيب هذه البلورات في عشرينيات القرن الماضي من قبل الكيميائيين الفرنسيين.
كان الغرض من تصنيع الزركونيا المكعبة هو الحصول على بلورة لاستخدامها في الليزر. صحيح أن الزركونيا المكعبة لا يمكنها أن تتفوق على العقيق في خصائصه "الليزرية" ، لكن جماله غير العادي ، ولونه متعدد الألوان ورخص ثمنه كان موضع تقدير من قبل صائغي المجوهرات (ما يصل إلى 98٪ من الزركونيا المكعبة يتم إنتاجها لتلبية احتياجاتهم). بالنسبة للجراحة ، يتم إنتاج مشرط به زركونيا مكعبة (500 دولار) - والحقيقة هي أن بعض الناس لديهم حساسية من المعدن ، وتسمح لك شفرة الزركونيا المكعبة بتجنب الحساسية.
يتم تصنيع الزركونيا المكعبة من خليط من أكاسيد الزركونيوم والألمنيوم والصوديوم. العملية خالية من النفايات عمليا ، لأن يتم إعادة إذابة الشظايا والبلورات الفاشلة. من 100 كجم من المواد الخام يوميًا باستخدام مولد عالي التردد (حوالي 50 ألف دولار) ، يتم الحصول على ما يصل إلى 30 كجم من بلورات الزركونيا المكعبة. تعتمد شفافية الحجر على درجة الانصهار - فكلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت شفافية البلورة. إيلينا لومونوفا ،رئيس مختبر المركز العلمي لمواد وتقنيات الليزر GPI: من السهل والممتع زراعة الزركونيا المكعبة ، وتسمح لك إضافة بعض الشوائب بإنشاء بلورات فريدة من الزهور لا تحدث في الطبيعة ، مثل اللافندر ، أو لتحقيق تأثيرات بصرية غير عادية ، مثل تغير اللون عند الإضاءة التغييرات - ما يسمى ب. تأثير الكسندريت.
لفترة طويلة ، ظل الاتحاد السوفياتي محتكرًا في إنتاج الزركونيا المكعبة ، مما فرض الأسعار ، في البداية وصلت إلى 3 آلاف دولار للكيلوغرام (على الرغم من أن مسألة أولوية إنتاج الزركونيا المكعبة مثيرة للجدل للغاية ، إلا أن الأمريكيين طعنوا في ذلك في المحكمة ). فياتشيسلاف أوسيكو ،مدير المركز العلمي لمواد وتقنيات الليزر في GPI: تم أخذ الزركونيا المكعبة بطريقة احتيالية من الاتحاد السوفياتي ، وتم تمريرها على أنها ماس. لمكافحة الاحتيال على المجوهرات ، تم تدريب ضباط KGB على التمييز بين الأحجار الكريمة والمقلدة.من أجل القدرة على اللعب بكل ألوان قوس قزح ، يطلق الجواهريون على الزركونيا المكعبة حجرًا وقحًا. الآن يتم تصنيع أكثر من ألف طن من الزركونيا المكعبة في جميع أنحاء العالم سنويًا ، وقد انخفض سعرها إلى 60 دولارًا لكل 1 كجم. في الوقت نفسه ، تبلغ تكلفة كيلوغرام مكعب من الزركونيا ، وفقًا للخبراء ، حوالي 30 دولارًا.
بلورة المستقبل
ومع ذلك ، من حيث نمو حجم الإنتاج العالمي والربحية ، فإن السيليكون المركب ، وهو أمر لا غنى عنه في صناعة الإلكترونيات الدقيقة ، والخلايا الشمسية وغيرها من الأجهزة التكنولوجية ، لن يكون قادرًا على مواكبة أي بلورة في المستقبل المنظور. يتم إنتاج أكثر من 30 ألف طن من السيليكون سنويًا في العالم ، ووفقًا للتوقعات ، بحلول عام 2010 سيتضاعف هذا الرقم (الآن تحتل بلورات السيليكون 80٪ من السوق العالمية من جميع البلورات الاصطناعية). ومع ذلك ، وفقًا للخبراء ، فإن السيليكون في العالم ينقصه بشدة بسبب النمو في إنتاج تكنولوجيا الكمبيوتر والمعالجات الدقيقة.
فياتشيسلاف أوسيكو: "في وقت من الأوقات ، تم تصدير الزركونيا المكعبة ، وتم تمريرها على أنها ماس"
في روسيا ، يعتبر استهلاك السيليكون وإنتاجه ضئيلًا للغاية ، ويرجع ذلك كله إلى نفس السبب وراء انخفاض إنتاج الإلكترونيات. وإذا تم زراعة 360 طنًا من السيليكون في عام 1990 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، ففي العام الماضي لم يكن هناك سوى 270 طنًا في الاتحاد الروسي ، منها 50 طنًا فقط للسوق المحلي. الآن 1 كيلوجرام من السيليكون يكلف 100 دولار ، بينما ربحية الإنتاج ، حسب الخبراء ، تتجاوز 100٪.
كما يؤكد Khachik Baghdasaryan ، فإن الاستثمارات في إنتاج السيليكون والمنتجات اللازمة لإنتاجه قد تتحول إلى منجم ذهب ، والمواد الخام لتركيبه (الرمل العادي) هي حرفياً تحت الأقدام: "ثلاث سنوات في ألمانيا ، قابلت رجل أعمال شابًا بدأ في إنتاج الألواح الشمسية حرفياً من حديد لحام واحد ، ويحقق الآن ربحًا سنويًا قدره 20 مليون يورو.لطالما أصبح السيليكون مادة إستراتيجية تحدد التطور العلمي والتكنولوجي للبلد. "
يدعي رئيس مختبر المركز العلمي الحكومي للمعادن النادرة ، ميخائيل ميلفيدسكي ، أن العلماء في جميع أنحاء العالم يعملون على زيادة حجم إنتاج السيليكون ، لأن الطاقة الشمسية رخيصة وصديقة للبيئة ولا نهاية لها مقارنة بالنفط والغاز والفحم. . خاشق بغداسريان: وفقًا لتوقعات العديد من العلماء ، بحلول نهاية القرن الحادي والعشرين ، سيتم توليد ما يصل إلى 80٪ من كهرباء العالم من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. والسيليكون في الحالة الأولى مادة لا يمكن الاستغناء عنها.
صحيح أن اللوبي "الذري" في روسيا غير مهتم بهذا ، وبالتالي ، إذا كان التحرك في العالم نحو طرق آمنة وصديقة للبيئة لتوليد الكهرباء واضحًا منذ فترة طويلة ، فإن عملياتنا تنقلب.
اوليسيا دينيجا ، دميتري تيكوميروف
|
دراسات ميدانيه شيء عن الماس أغلى حجر طبيعي هو الماس ، والذي يتم تعدينه حاليًا في 26 دولة (أكبرها روسيا وبوتسوانا وجنوب إفريقيا). يتم استخراج ما متوسطه 100-110 مليون قيراط (20 طنًا) من الماس في العالم سنويًا. يُفسر ارتفاع سعرها (55 دولارًا للقيراط) ليس فقط بخصائص الأحجار ، ولكن أيضًا بمستوى الاحتكار في التجارة: كما تعلم ، تتحكم شركة De Beers في 70-80 ٪ من الماس الطبيعي الموفر للسوق . وبحسب وزارة المالية فإن حجم إنتاج الماس في روسيا في النصف الأول من عام 2005 بلغ 17.7 مليون قيراط بمتوسط سعر 51 دولارا للقيراط. بلغ حجم تصدير الماس الطبيعي الخام من أراضي الاتحاد الروسي في الفترة من يناير إلى سبتمبر 2005 ، 23.6 مليون قيراط ، منها 20-25٪ من الماس عالي الجودة. إجحاف القوة السرية للحجارة منذ العصور القديمة ، كانت الأحجار الكريمة بمثابة زينة وتعويذات. على سبيل المثال ، ارتدى المصريون عن طيب خاطر مجوهرات مصنوعة من الزمرد والفيروز والجمشت والكريستال الصخري. وضع الرومان الماس والياقوت فوق كل شيء. غالبًا ما يشير الحجر إلى مهنة صاحبه. يعتقد البحارة أن الزمرد يحمي من الأخطار في الرحلات الطويلة ، والفنانين المستوحى من التورمالين ، والجمشت يحمي رجال الدين من الإغراء. يُعتقد أن الحجر الذي تم التبرع به أو الموروث فقط يمكن أن يكون تعويذة. |
اكتسبت الأحجار الاصطناعية شعبية في المجوهرات منذ فترة طويلة. في الواقع ، بالنسبة لصائغ المجوهرات ، لا يتم تحديد قيمة الحجر فقط من خلال عجزه في الطبيعة. يلعب عدد من الخصائص الأخرى دورًا مهمًا:
- اللون؛
- انكسار الضوء
- قوة؛
- وزن قيراط
- حجم وشكل الحواف ، إلخ.
أغلى الأحجار الكريمة الاصطناعية هي زركونيا مكعب (المرادفات: daimonsquay ، dzhevalite ، مكعب الزركونيوم ، شيلبي). سعره منخفض - أقل من 10 دولارات للقيراط الواحد (أي 0.2 جرام). لكن من الجدير بالذكر أن السعر يرتفع بشكل كبير مع زيادة القيراط. على سبيل المثال ، الماس 10 قيراط يكلف 100 مرة أكثر من 1 قيراط الماس.
يمكن زراعة بلورات الأحجار الكريمة الاصطناعية في المنزل. لا تتطلب معظم هذه التجارب تدريبًا خاصًا ، ولا تحتاج إلى تجهيز معمل كيميائي وحتى شراء كواشف خاصة.
لاكتساب الخبرة في زراعة البلورات ، ابدأ صغيرًا. سوف نشارك تقنية لزراعة البلورات الجميلة من كل شيء يمكن أن تجده بالفعل في مطبخك. لا تحتاج إلى أي مخزون إضافي على الإطلاق ، لأن كل ما تحتاجه موجود بالتأكيد على الرفوف. دعونا نفكر أيضًا في تقنية زراعة الياقوت الاصطناعي في المنزل!
كيف تنمو بلورات الياقوت صناعياً؟
يمكن أن تكون بلورات الياقوت المتزايدة خيارًا تجاريًا منزليًا. بعد كل شيء ، هناك طلب كبير بالفعل على الأحجار الاصطناعية الجميلة بين المشترين ، لذلك إذا تم تنفيذ المشروع بنجاح ، فيمكن أن تجلب لك ربحًا جيدًا. يستخدم الجواهريون الأحجار المزروعة صناعياً ، كما أن لها مجموعة واسعة من الاستخدامات في الهندسة.
يمكن زراعة بلورات الياقوت باستخدام الطريقة القياسية باختيار الأملاح الصحيحة. لكن هذا لن يكون بنفس فعالية الملح أو السكر ، وستكون عملية النمو أطول بكثير. وستكون الجودة مشكوك فيها. بعد كل شيء ، يأتي الياقوت الطبيعي على مقياس صلابة موس في المرتبة الثانية بعد الماس ، ويحتل المرتبة التاسعة المشرفة. بطبيعة الحال ، عندما يتعلق الأمر بالأعمال التجارية ، في معظم الحالات ، يتم استخدام طريقة مختلفة ، تم تطويرها منذ أكثر من 100 عام في فرنسا.
ستحتاج إلى جهاز خاص يحمل اسم مخترع هذه الطريقة ، أي جهاز Verneuil. يمكن استخدامه لزراعة بلورات الياقوت حتى حجم 20-30 قيراطًا في غضون ساعات قليلة.
على الرغم من أن التكنولوجيا لا تزال كما هي. يتم وضع ملح ثاني أكسيد الألومنيوم مع خليط من أكسيد الكروم في تخزين موقد الأكسجين والهيدروجين. نذوب الخليط ، ونلاحظ كيف ينمو الياقوت "أمام أعيننا".
اعتمادًا على تركيبة الملح الذي تختاره ، يمكنك ضبط لون البلورات للحصول على الزمرد الاصطناعي والتوباز والأحجار الشفافة تمامًا.
سيتطلب العمل مع الجهاز انتباهك وبعض الخبرة ، ولكن في المستقبل ستتمكن من تنمية بلورات ستبهر بجمالها وشفافيتها ولونها. في المستقبل ، يتم تقديم هذه التحف بشكل جيد عن طريق القطع والطحن ، على التوالي ، يمكن استخدامها للغرض المقصود منها.
تجدر الإشارة إلى أن البلورات المستزرعة ليست أحجار كريمة ، لذلك حتى إذا قررت بدء عمل تجاري لزراعتها ، فلن يتطلب الأمر ترخيصًا إضافيًا منك.
تصميم الجهاز بسيط ، يمكنك بسهولة صنعه بنفسك. ولكن يوجد بالفعل على الإنترنت عدد كافٍ من الحرفيين الذين يقدمون رسومات للتثبيت الأصلي ، بالإضافة إلى إصداراته المحسّنة.
مجموعة لتنمية بلورات الياقوت في المنزل
مبدأ تقنية إنتاج الياقوت نفسه بسيط للغاية ويظهر بشكل تخطيطي في الشكل أدناه:
من خلال فهم مبدأ التشغيل ، لم يعد أي جهاز يبدو معقدًا للغاية. أحد نماذج الرسومات لجهاز Verneuil:
يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية في زراعة أحجار اصطناعية باهظة الثمن أخرى ، مثل "التوباز الأزرق" ، إلخ.
زراعة بلورات الملح في المنزل
أسهل تجربة يمكنك القيام بها وبأسعار معقولة هي صنع بلورات ملح جميلة. للقيام بذلك ، ستحتاج إلى عدة عناصر:
- ملح صخري عادي.
- ماء. من المهم أن يحتوي الماء نفسه على أقل قدر ممكن من الأملاح الخاصة به ، ويفضل أن يكون مقطرًا.
- الحاوية التي سيتم إجراء التجربة فيها (أي علبة ، زجاج ، قدر).
صب الماء الدافئ في الوعاء (درجة حرارته حوالي 50 درجة مئوية). أضيفي ملح المطبخ إلى الماء وقلبي. بعد الذوبان ، أضف مرة أخرى. نكرر الإجراء حتى يتوقف الملح عن الذوبان ، ويستقر في قاع الوعاء. وهذا يدل على أن المحلول الملحي أصبح مشبعًا ، وهو ما نحتاجه. من المهم أثناء تحضير المحلول أن تظل درجة حرارته ثابتة ، ولا تبرد ، حتى نتمكن من إنشاء محلول أكثر تشبعًا.
صب المحلول المشبع في وعاء نظيف ، وفصله عن الرواسب. نختار بلورة ملح منفصلة ، ثم نضعها في وعاء (يمكنك تعليقها على خيط). اكتملت التجربة. بعد بضعة أيام ، ستتمكن من رؤية كيف نما حجم بلورتك.
زراعة بلورات السكر في المنزل
تشبه تقنية إنتاج بلورات السكر الطريقة السابقة. يمكنك غمس قطعة قطن في المحلول ، ثم تتراكم عليها بلورات السكر. إذا أصبحت عملية نمو البلورات أبطأ ، فإن تركيز السكر في المحلول قد انخفض. أضف السكر المحبب إليه مرة أخرى ، ثم ستستأنف العملية.
ملحوظة: إذا قمت بإضافة ألوان الطعام إلى المحلول ، فستصبح البلورات متعددة الألوان.
يمكنك زراعة بلورات السكر على العصي. للقيام بذلك ، سوف تحتاج إلى:
- شراب السكر الجاهز ، المحضر بشكل مشابه لمحلول ملحي مشبع ؛
- العصي الخشبية؛
- بعض السكر المحبب
- تلوين طعام (إذا كنت تريد حلوى ملونة).
كل شيء بسيط للغاية. اغمس عصا خشبية في شراب السكر ولفها في حبيبات السكر. كلما التصقت الحبوب أكثر ، كلما كانت النتيجة أجمل. دع عيدان تناول الطعام تجف تمامًا ، ثم انتقل إلى المرحلة الثانية.
صب شراب السكر الساخن المشبع في كوب ، ضع العصا المحضرة هناك. إذا كنت تحضر بلورات متعددة الألوان ، أضف ألوان الطعام إلى الشراب المحضر ساخنًا.
تأكد من أن العصا لا تلمس الجدران والأسفل وإلا ستكون النتيجة قبيحة. يمكنك تثبيت العصا بقطعة من الورق ، ووضعها في الأعلى. سيعمل الورق أيضًا كغطاء للحاوية ، مما سيمنع أي حطام من دخول المحلول.
في غضون أسبوع تقريبًا ، ستحصل على بعض مصاصات السكر الرائعة. يمكنهم تزيين أي حفل شاي ، ليس فقط الأطفال ، ولكن أيضا الكبار!
تزايد بلورات من كبريتات النحاس في المنزل
يتم الحصول على بلورات من كبريتات النحاس بشكل مثير للاهتمام ، مع وجود لون أزرق غامق. تجدر الإشارة إلى أن كبريتات النحاس مركب فعال كيميائيًا ، لذلك لا ينبغي تذوق البلورات منه ، ويجب توخي الحذر عند العمل مع المادة. للسبب نفسه ، الماء المقطر فقط هو المناسب في هذه الحالة. من المهم أن يكون محايدًا كيميائيًا. كن حذرًا وحذرًا عند التعامل مع كبريتات النحاس.
في هذه الحالة ، يحدث نمو بلورات من الزجاج في الواقع وفقًا لنفس المخطط كما في الحالات السابقة.
عند وضع البلورة الرئيسية للنمو في المحلول ، عليك التأكد من عدم ملامستها لجدران الإناء. ولا تنس مراقبة تشبع المحلول.
إذا كنت قد وضعت بلورتك في قاع الإناء ، فإن الأمر يستحق المشاهدة حتى لا تلمس البلورات الأخرى. في هذه الحالة ، سوف ينموان معًا ، وبدلاً من عينة واحدة كبيرة جميلة ، ستحصل على كتلة ذات شكل غير واضح.
نصيحة مفيدة! يمكنك ضبط حجم جوانب الكريستال بشكل مستقل. إذا كنت تريد أن ينمو بعضها ببطء ، يمكنك دهنها بالفازلين أو الشحوم. وللحفاظ على الرجل الوسيم السماء الزرقاء ، يمكنك معالجة الحواف بالورنيش الشفاف.
هناك 3 فئات وزن للماس:
- صغير. الوزن 0.29 قيراط
- متوسط. الوزن من 0.3 إلى 0.99 قيراط
- كبير. الماس أكثر من 1 قيراط.
يتم قبول الأحجار التي تزن 6 قيراط أو أكثر في المزادات الشعبية. يتم إعطاء أسماء الأحجار التي يزيد وزنها عن 25 قيراطًا. على سبيل المثال: الماس "Winston" (62.05 قيراط) أو "De Beers" (234.5 قيراطًا) ، إلخ.