КРИСТАЛЛЫ β€“ ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ И УЧЕНИКОВ

Элизабет А. Вуд, 1972

По заказу Комиссии по преподаванию кристаллографии при Международном Союзе Кристаллографов

ВВЕДЕНИЕ

Обращение к учителям:

Эта книга написана по заказу Комиссии по преподаванию кристаллографии при Международном Союзе Кристаллографов, организации, созданной для пропаганды и развития кристаллографии во всем мире. Союз Кристаллографов – не профсоюз. Это – группа людей различных национальностей, которых объединяет интерес к кристаллам.

Многие учителя замечают, что детей интересуют кристаллы. Этот интерес необходимо всячески поддерживать. Дети могут ставить с кристаллами простые опыты. Это позволит им испытать, что значит самостоятельно экспериментировать - наблюдать, задавать вопросы, получать на них ответы из собственных опытов. Кристаллы интересны для химиков, физиков, геологов, биологов, математиков. Исследование кристаллов может быть частью всех этих дисциплин. Оно наглядно показывает, что разделение на химию, физику, геологию и биологию искусственно и не существует в природе. Природа едина.

Учителя, работавшие в английских школах в 1970е годы, ничего не знали о кристаллах, когда сами учились в школе или колледже. Цель этой книжки – познакомить их с миром кристаллов, так чтобы они смогли работать с детьми, которых кристаллы привлекают. Это – не систематический курс кристаллографии. Те из школьников, которых кристаллы заинтересуют всерьез, смогут прослушать такие систематические курсы в университете, когда подрастут. А эта книга – для развлечения.

В книге почти не употребляются научные и технические термины. Не для того, чтобы сделать ее проще. Для того, чтобы заучивание новых терминов не заслоняло размышления о причинах наблюдаемых явлений. Детям кажется, что они знают, почему падает яблоко, если они выучили слово β€œгравитация”, в то время как самые компетентные ученые до сих пор размышляют о том, что именно заставляет яблоко и Землю притягиваться друг к другу.

Кристаллография – наука о кристаллах. Большая часть книг по кристаллографии придает огромное значение симметрии кристаллов, в том числе – использованию симметрии для классификации кристаллов. В то же время, форма многих из тех кристаллов, которые дети могут вырастить сами, или же найти в окружающей нас природе, далеко не совершенна и не так симметрична, как можно было бы ожидать. Причина этого – в том, что условия роста были неодинаковы для различных участков кристалла. Необходимы развитое воображение и опыт работы с совершенными, идеально симметричными кристаллами, чтобы научиться угадывать симметрию и в кристаллах менее совершенных, чтобы суметь представить себе, как выглядели бы те же кристаллы, если бы условия роста для любого их участка были бы идентичны.

Пока дети не убедятся на своем собственном опыте в том, что симметрия - действительно полезный инструмент для классификации кристаллов, нет никакого смысла заставлять их заучивать термины из теории симметрии, которые будут лишены для них всякого смысла. Суть науки – в наблюдении и в удивлении от увиденного. Наблюдение должно пробудить любопытство, и желание это любопытство удовлетворить. Узнавать из книг то, что другие узнали раньше тебя, очень важно при изучении любой науки. Но не менее важно – попробовать понять, как получаются знания о природе, убедиться, что знания, описанные в книжках, основаны на многочисленных воспроизводимых наблюдениях и экспериментах.

По этой причине в нашей книжке не рассматриваются вопросы систематики кристаллов в соответствии с их симметрией. Наша цель – заложить прочный фундамент дальнейшего систематического изучения кристаллографии, пробудив интерес к наблюдению за кристаллами и опытам с ними. Через какое-то время, собственные наблюдения за кристаллами, возможно, приведут детей к следующим выводам:

1. При благоприятных условиях некоторые твердые тела принимают форму кристаллов.

2. Кристаллы могут расти за счет добавления новых слоев, если есть приток вешества извне.

3. Кристаллы растут из растворов, когда растворитель испаряется. Кристаллы растут из расплава, если расплав охлаждается. Кристаллы растут из теплого невидимого пара, если пар встречается с более холодной, чем он сам, поверхностью.

4. Кристаллы различных веществ имеют разную форму.

5. Кристаллы различных веществ имеют различные свойства. Одни кристаллы окрашены, другие – бесцветны. Одни кристаллы растут хорошо, другие – плохо. Одни кристаллы хорошо колются (об этом будет подробнее рассказано позже), другие – нет. Одни кристаллы кажутся светлыми и яркими, когда смотришь на них в поляризационный микроскоп в скрещенных николях (см. раздел III-Г), а другие – темными.

6. (Для более старших учеников). В строении кристаллов должен существовать какой-то внутренний порядок, который обеспечивает их характерные формы, их плоские грани, их способность взаимодействовать со светом. Этот порядок должен быть различен для разных веществ.

Если ваши ученики придут к таким заключениям на основании собственных наблюдений и экспериментов, можно считать, что удалось заложить прочный фундамент для последующего систематического изучения кристаллографии.

* * *

Кристалл какого-либо вещества всегда растет таким образом, что углы между его гранями остаются неизменными. Это, а также многие другие свойства кристалла, обусловлено тем, что кристаллы состоят из атомов, ионов или молекул, расположенных строго упорядоченно. Этот внутренний порядок характерен для очень многих твердых тел. В одних твердых телах он больше, в других – меньше. Даже в куске дерева молекулы расположены упорядоченно вдоль волокон, хотя в расположении одних волокон относительно других порядка мало. Можно ли отнести дерево к кристаллам? У него ведь нет блестящих граней. На этот счет даже у профессиональных кристаллографов (людей, изучающих кристаллы) нет единого мнения. Некоторые из них считают, что волокна дерева – кристаллы, другие с этим не согласны.

Кристаллическим веществом называют вещество, состоящее из кристаллов. Иногда используют термин β€œполикристаллический”, чтобы подчеркнуть, что в образце присутствует не один, а много кристаллов. В монокристалле (единственном кристалле) упорядоченность расположения атомных рядов нигде не прерывается, и ряды не изменяют своего направления. Когда два кристалла встречаются при росте, граница между ними обозначает, где упорядоченные ряды атомов одного кристалла образуют угол с упорядоченными рядами атомов другого кристалла. На следующем рисунке схематично показан срез четырех сросшихся кристаллов, разделенных такими границами. Границы раздела (иногда называемые границами зерен) показаны сплошными линиями. Точечным пунктиром обозначены ряды атомов, ионов или молекул.

[4 crystals with grain boundaries]

Многие вещества, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, состоят из очень упорядоченных кристаллов, и тем не мнее мы не видим никаких блестящих граней. Причина этого в том, что в образце присутствует одновременно много кристаллов, которые срослись друг с другом, образуя границы неправильной формы. Из кристаллов состоят почти все минералы в природе. Разные кристаллы в минерале обычно удается различить и разделить. Металлические предметы состоят из множества сросшихся кристаллов. Иногда можно видеть границы между ними, например, если рассматривать цинковое покрытие на железе – скажем, на оцинкованных ведрах или тазах. Иногда границы раздела между отдельными кристаллами можно заметить на латунных дверных ручках.


[Brass door handle]

Вещества, в которых атомы, ионы или молекулы не образуют упорядоченные ряды, называют стеклами. Хорошо знакомый всем пример – оконное стекло. Другим примером может служить вулканическое стекло. Бывает также стеклообразный сахар, он очень хрупкий. Обычно его продают как леденцы с орешками внутри. Стеклообразный сахар получают очень быстрым охлаждением расплава – так, что кристаллы сахара не успевают вырасти прежде, чем жидкость загустеет настолько, что движения молекул в ней будут затруднены, и они не смогут занять положения, необходимые для образования кристалла. На основании этого опыта можно предположить, что резким охлаждением расплавов можно получать и другие стекла. Это оказывается справедливым для вулканического стекла, а также для некоторых видов стекол, выпускаемых промышленностью. В то же время, в промышленности при производстве стекол обычно используют смеси таких составов, что стекла образуются даже при умеренных скоростях охлаждения расплава, и кристализации не происходит. В некоторых очень старинных стеклах, изготовленных тогда, когда искусство избегать кристаллизации еще не было столь хорошо развито, начали расти кристаллики, по мере того как на протяжении десятилетий и веков атомы медленно перемещались в такие положения, чтобы сформировать упорядоченные ряды.

Дети лучше всего усваивают что-то не из слушая, а делая. Лучше всего детей может познакомить с кристаллами их собственный опыт, а не рассказы других о кристаллах. Пусть дети наблюдают, удивляются, задают вопросы. Постарайтесь помочь им искать ответы на эти вопросы. Мы даже не будем пытаться дать строгое определение, что же такое – кристалл, прежде чем дети не приобретут некоторый опыт работы с кристаллами и наблюдения за ними. Очень важно, чтобы Вы, как учитель, тоже участвовали в экспериментах, разделяя со своими учениками радость открытий.

Дальнейший текст пособия адресован ученикам самых разных школ по всему миру, самого разного уровня, с различной начальной подготовкой. Мы просим преподавателей не забывать об этом, если они найдут, что и так знают многое из того, что в нем написано.

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

А. Наиболее необходимо:

Соль (поваренная соль, хлорид натрия, NaCl); чашка, стакан или любой другой сосуд; сахар (сахароза, C12H22O11); мерный стакан (около 250 мл); чайная ложка; нить или тонкий шнур.

Б. Желательно:

Бура (Na2B4O7.7H2O); увеличительное стекло; квасцы (аммонийные, NH4Al(SO4)2.12H2O или алюмокалиевые, KAl(SO4)2.12H2O); предметные стекла (в крайнем случае, можно использовать дно перевернутого стакана); пинцет, медный купорос (пентагидрат сульфата меди, CuSO4.5H2O); пламя свечи или спички; электрочайник или плитка для кипячения воды; английская, или горькая соль (гептагидрат сульфата магния, MgSO4.7H2O); холодильник или снег для охлаждения как минимум до нуля градусов по Цельсию; салол (фенилсалицилат, HOC6H4COOC6H5); поляроидная пленка; висмут (Bi); нафталин (средство от моли, C10H8).

КРИСТАЛЛЫ В КЛАССЕ И В БЫТУ

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ ИЗ (ВОДНОГО) РАСТВОРА

1. СОЛЬ (ПОВАРЕННАЯ СОЛЬ, ХЛОРИСТЫЙ НАТРИЙ, NaCl)

Наши опыты мы начнем с поваренной соли, так как ее проще всего найти. Пока идут эксперименты с солью, можно заняться поиском и сбором остальных реактивов.

А. Наблюдение за ростом кристаллов

Всыпьте небольшими порциями 3 чайных ложки соли в 1/3 стакана воды. Хорошо размешайте. Большая часть соли растворится, однако раствор может оказаться мутным. (Иногда соль, поступающая в продажу, содержит добавки других веществ, препятствующих слипанию крупинок во влажном воздухе). В этом случае для отделения нерастворившегося осадка от раствора используют следующий метод. Оставьте раствор неподвижно стоять какое-то время (лучше всего - на ночь). На следующее утро он будет казаться прозрачным, так как осадок соберется на дне. Осторожно, стараясь не взбалтывать раствор и не взмучивать осадок, слейте прозрачный раствор в мелкую чашку. (Такой способ отделения осадка от раствора называют декантацией). Нерастворившийся осадок можно выбросить, он нам больше не понадобится. Оставьте прозрачный раствор спокойно стоять несколько дней, не закрывая герметично сосуд. Для того, чтобы в стакан не попадала пыль, прикройте его фильтровальной бумагой или (неплотно, оставив щель внизу) другим стаканом большего размера или коробкой.

В определенном количестве любого растворителя, например воды, можно растворить лишь ограниченное количество какого-либо вещества. Когда какое-то вещество больше не может растворяться в жидкости, говорят об образовании его насыщенного раствора. Если раствор содержит меньше растворенного вещества, чем способен принять растворитель, он называется недонасыщенным, или ненасыщенным. Иногда для начала кристаллизации необходима первоначальная затравка (крохотный, уже образовавшийся кристаллик), без которой кристаллизация не происходит. Если такой затравки не оказывается, то при стоянии насыщенного раствора, по мере испарения жидкости, может образоваться пересыщенный раствор, в котором содержится больше растворенного вещества, чем было бы, если бы раствор находился в контакте с кристаллами того же вешества, которое в нем растворено. Добавление самых малых количеств растворенного вещества к пересыщенному раствору вызовет кристаллизацию.

Когда на дне сосуда с раствором соли появятся первые кристаллики, рассмотрите их при помощи лупы. Постарайтесь заметить какой-то определенный кристаллик и наблюдайте за ним последовательно изо дня в день. Если раствор налит в стеклянный стакан, вы можете поставить его на листок бумаги, и обвести на этом листе кружком место под тем кристалликом, за ростом которого хотите наблюдать. При наблюдении попробуйте подсветить раствор сбоку. (На поверхности раствора может образоваться белая корка. Мы обсудим это явление позднее).

Твердые частички, постепенно появляющиеся в растворе, это кристаллики соли. Если вы понаблюдаете за ними с самого начала, вы заметите, что их форма кажется квадратной, если смотреть на них сверху. Если вы посмотрите на те же кристаллы сбоку, они также покажутся квадратными, или, может быть, прямоугольными. Углы между гранями растущих кристаллов очень близки к 90 градусам и сохраняются на всем протяжении роста кристаллов.

Подумайте о своих наблюдениях! Из раствора, который не имеет никакой собственной формы, и принимает форму сосуда, в который налит, вырастают твердые частички такой правильной, совершенной формы! И происходит это независимо от того, где вы проводите свои опыты: в Испании, в Сибири, в Африке, Америке или Австралии, на подводной лодке или в самолете. Всегда из раствора соли вырастают маленькие кристаллики с блестящими гранями, перпендикулярными друг другу. Почему и как это происходит?

Если у вас есть пинцет, вытащите при помощи его один из кристалликов из раствора и обсушите. Лучше сразу промакнуть кристалл фильтровальной бумагой. Можно положить кристаллик в коробочку или небольшую баночку. Если воздух не слишком влажный, кристаллик будет храниться. Во влажном воздухе кристалл может начать растворяться, из-за конденсации влаги на его поверхности. Кристаллики, оставшиеся в растворе, будут продолжать расти. По мере испарения воды, растворенная соль будет добавляться к уже образовавшимся ранее в растворе кристалликам. Каждая плоская грань кристаллика растет слой за слоем, как если бы мы добавляли слои краски на поверхность коробочки. Кристаллик при этом увеличивается в размерах, а углы между гранями сохраняются, так, что грани остяются строго перпендикулярными друг другу.

Что происходит, когда кристаллики, растущие рядом друг с другом, встречаются? Внимательно понаблюдайте за этим. В большинстве случаев, они срастаются вместе, и при этом оставшиеся свободными красивые грани продолжают расти наружу там, где кристаллики не соприкасаются. Через некоторое время вытащите сросшиеся кристаллики пинцетом. Можете ли вы определить, где кончается один кристалл и начинается другой? Иногда это легко сделать, иногда – сложно. Можете ли вы разделить сросшиеся кристаллики?

По мере того, как ваш раствор будет продолжать испаряться, все больше кристалликов на дне сосуда будут срастаться вместе. Белая корка на краях образована как раз таким сросшимися кристалликами, только очень мелкими. Там, где испарение шло очень быстро, одновременно начало расти множество кристалликов, они скоро встречались с соседними, растущими рядом, так что ни один из них не смог далее заметно увеличиться в размерах.

В очень малом пространстве между этими кристалликами, а также между образовавшейся из кристалликов коркой и стенкой сосуда, возникает капиллярный эффект, который заставляет раствор подниматься из сосуда по стенкам. Здесь раствор быстро испаряется и корка нарастает еще больше.

Как можно вырастить еще большие кристаллы, которые сохранят свою совершенную форму, так как не будут при росте соприкасаться с другими кристаллами? Попробуйте сами предложить свой способ, прежде чем читать дальше.

Можно попробовать два способа.

1. Поскольку одновременный рост множества кристаллов вызывается быстрым испарением раствора, наверное, можно попробовать получить меньше кристалликов, расположенных дальше друг от друга, замедлив испарение. Для этого можно прикрыть сосуд крышкой – не абсолютно плотно, например, фильтровальной бумагой, или тканью, или перевернутым сосудом большего диаметра, поставив его на что-то так, чтобы образовалась щель между сосудом с раствором и закрывающим сосудом.

2. Можно выбрать один хороший маленький кристаллик и перенести его в другой сосуд с насыщенным раствором, но без других кристалликов. Может быть, теперь только этот кристаллик будет продолжать расти, а новые не будут образовываться. Маленький кристаллик называют затравкой.

(Важно помнить, что раствор, остающийся на извлекаемом кристаллике, на пинцете или на пальцах, насыщенный. Поэтому при его испарении быстро образуются новые маленькие кристаллики, которые также будут служить затравками при росте новых кристаллов. Поэтому важно быстро промакнуть и обсушить вытащенный кристаллик фильтровальной бумагой или чистым носовым платком, вымыть и высушить пинцет и руки).

Когда кристалл растет лежа на дне, та его часть, которая соприкасается со дном, не может расти полноценно, так как ей не хватает доступа раствора с этой стороны. Для того чтобы кристаллик мог беспрепятственно расти со всех сторон, надо подвесить его в насыщенном растворе на нитке. Подвязать к нитке маленький кристаллик непросто. Вместо этого можно приклеить кристалл к нитке крохотной капелькой подходящего клея. Перед тем как помещать кристалл на нитке в раствор, дайте клею хорошо схватиться.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

1. Можно извлекать кристаллики пинцетом из раствора на разных этапах роста и приклеивать их крохотной капелькой клея на темную бумагу. Последовательность должна показать, как по мере роста сохраняется форма кристалла.

[sequence of crystals by size]

Надо выбирать только отдельные кристаллики, так как наблюдение за сростками не дает такой ясной картины.

[two crystals] два кристалла

2. Попробуйте ломать кристаллики. Осторожно стукните по кристаллу маленьким молоточком или тяжелой рукояткой ножа или отвертки. Кристалл расколется вдоль гладких поверхностей, параллельных его внешним граням.

[one crystal] Этот кристалл может расколоться ... на такие осколки   [many small pieces]

Получившиеся осколки можно расколоть на еще меньшие, снова с гладкими поверхностями (ярко сверкающими на свету), параллельными первоначальным. Всегда, как бы и сколько бы мы ни ломали кристаллы поваренной соли, поверхности осколков будут параллельны друг другу.

Способность кристалла раскалываться предпочтительно по плоскостям определенной ориентации с образованием гладких поверхностей называют наличием у кристалла выраженной спайности. Спайностью обладают не все кристаллы. Некоторые разрушаются подобно куску стекла.

В кристаллах поваренной соли плоскости спайности параллельны растущим граням, определяющим внешнюю форму кристаллов. В кристаллах некоторых других веществ плоскости спайности существуют, но не параллельны внешним граням.

Что заставляет кристаллы хлорида натрия расти в виде параллелепипедов, грани которых взаимно перпендикулярны? Кристаллографы задавались этим вопросом на протяжении многих лет. Только в двадцатом веке, после открытия рентгеновских лучей и использования их дифракции на кристаллах для изучения структуры, оказалось возможным выяснить, каким образом расположение атомов и ионов в кристалле связано с формой растущих кристаллов, со способностью кристаллов к раскалыванию по плоскостям спайности и со многими другими свойствами. Рентгеновские лучи рассеиваются атомами и затем интерферируют. Изучая картину рассеяния и интерференции кристаллографы узнают, как именно кристаллы устроены внутри.

В результате таких исследований было установлено, что в кристаллах поваренной соли, хлористого натрия, ионы натрия и хлора чередуются как показано на рисунке:


[Sodium chloride model]

В одном кубике соли со стороной 1 мм содержится 1017 таких блоков, как показано на рисунке. Это равносильно 100,000,000,000,000,000 ионам. Можно ожидать, что кристаллы с таким внутренним строением будут иметь форму кубиков. Можно также ожидать, что они будут раскалываться параллельно граням.

Каждый кристалл характеризуется своим расположением атомов, ионов или молекул. Именно оно отвечает за форму и свойства кристалла.

3. Отберите самые хорошие кристаллики в маленькую коробочку, баночку или конвертик. Они пригодятся для последующих экспериментов с поляризованным светом (см. раздел III-Г)

4. Положите кристаллик на стеклянную пластинку или на другую чистую поверхность и капните на кристалл каплю воды, наблюдая через увеличительное стекло или в микроскоп, как пойдет процесс растворения. Острые вершины быстро скруглятся, так как здесь сходятся сразу три грани, взаимодействующие с растворителем. Несколько медленнее скруглятся ребра, так как здесь сходятся только две грани. Если выловить кристалл до того, как он полностью растворится, просушить его, промакнув фильтровальной бумагой или чистым носовым платком, а затем поместить снова в насыщенный раствор соли, то кристалл вновь начнет расти и приобретет первоначальную форму с острыми ребрами и вершинами.

5. Можно использовать любые из полученных кристалликов как затравки для выращивания более крупных кристаллов из насыщенного раствора того же самого вещества, однако лучше брать для этой цели более мелкие.

6. Разотрите выращенные кристаллы в порошок и начните весь процесс выращивания кристаллов заново, используя этот порошок в качестве исходного материала. Порошок теперь представляет собой чистую соль, без каких-либо нерастворимых примесей.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Важные уроки, которые следует усвоить после этого раздела:

Кристалл соли растет за счет добавления соли из водного раствора, окружающего кристаллик, к этому кристаллику.

Грани выросшего кристалла гладкие и блестящие, а углы между ними прямые, если росту кристалла ничто не мешает.

Кристалл обладает спайностью, что говорит о том, что различные направления в нем не равнозначны.

Тип атомов и их относительное расположение в кристалле определяют форму и другие свойства кристалла.

Для отделения жидкости от твердого осадка был использован метод декантации.

Для выращивания больших монокристаллов был использован метод использования затравки.

Если кристаллы растут из близко расположенных к друг к другу центров, то они не могут достичь больших размеров. Мы наблюдали это на примере белой корки, растущей на стенках сосуда на поверхности раствора. По мере того, как раствор пропитывал корку за счет капиллярных сил, корка росла.

Мы наблюдали скругление острых вершин и ребер кубических кристалликов в процессе их растворения.

2. БУРА (Na2B4O7.10H2O)

Хотя бура менее доступна, чем сахар, опыты с ней мы предлагаем провести раньше, так как удается легко вырастить хорошие кристаллы. Бура используется как моющее средство, при стирке. Ее продают в бумажных пакетах, как и стиральный порошок. Она ядовита, если ее проглотить внутрь.

Бура гораздо лучше растворима в горячей воде, чем в холодной. Таким свойством обладают далеко не все вещества. Растворимость поваренной соли, например, почти не зависит от температуры воды.

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПРОЦЕССОМ РОСТА

Добавьте одну чайную ложку буры к ½ чашки очень горячей воды, перемешивая смесь, пока бура полностью не растворится. После охлаждения раствора из него вырастут много маленьких красивых кристалликов.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С ЭТИМИ КРИСТАЛЛАМИ?

С кристаллами буры можно проделать все те же опыты, что ранее были описаны для кристаллов поваренной соли. Можно попробовать прерывать рост кристалликов на разных этапах. Можно проверить кристаллы на наличие спайности. Можно извлечь из раствора отдельный кристаллик, высушить, привязать к нитке и использовать как затравку для последующего роста, подвесив в насыщенном растворе. Раствор, в котором присутствуют растущие кристаллы, безусловно является насыщенным. В противном случае, кристаллики растворились бы. Поэтому, если такой раствор перелить в другой сосуд, при той же температуре, на затравке кристаллика буры, подвешенного в нем на нитке, будет идти дальнейшая кристаллизация. Лучше, если затравка будет расположена ближе ко дну сосуда. Причина этого заключается в следующем. Плотность насыщенного раствора почти для всех веществ выше, чем ненасыщенного раствора. По мере того, как бура осаждается из раствора на затравочном кристаллике, раствор вблизи затравки становится менее насыщенным, менее плотным и поэтому поднимается вверх. Более плотный насыщенный раствор (т. е. раствор, единица объема которого весит больше), напротив, перемещается к кристаллу вместо уходящего разбавленного и приносит тем самым дополнительное вещество к растущему кристаллу-затравке. Если затравка расположена близко к верхней части сосуда, менее плотный, ненасыщенный раствор находится около верхней части кристалла. Конечно, на самой поверхности раствора, находящейся в контакте с воздухом, из-за испарения раствора будет идти кристаллизация. Там часто образуются зародыши кристалликов, но они могут расти за счет подпитки только с одной из сторон и поэтому всегда имеют искаженную форму.

Сравните форму кристаллов буры и кристаллов поваренной соли.

Посмотрите на очень маленькие кристаллики буры и на очень маленькие кристаллики поваренной соли через скрещенные поляризаторы (см. раздел III-Г), используя увеличительное стекло. Если использовать более крупные кристаллы, эффект может быть менее заметным, поскольку большие грани или включения могут отражать свет.

В состав кристаллов буры входят молекулы воды. Если кристаллы буры хранить в теплом сухом месте в течение длительного времени, часть молекул воды может их покинуть. Часть кристалла, потерявшая воду, превратится в порошок. Маленькие частицы порошка рассеивают свет и поэтому кажутся белыми. Процесс потери кристаллом воды называется дегидратацией.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Некоторые кристаллы, например бура, имеют форму, при которой углы между соседними гранями не прямые. Кристаллы поваренной соли и буры имеют разную форму. Бура и поваренная соль по-разному взаимодействуют со светом, поэтому они по-разному выглядят, если поместить их между скрещенными поляризаторами. По свойствам кристаллов можно различить два вещества друг от друга. Они различаются растворимостью, формой кристаллов, спайностью, взаимодействием со светом. Ясно поэтому, что рост кристаллов буры из раствора отличается от роста кристаллов поваренной соли.

3. САХАР (САХАРОЗА, C12H22O11)

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Вырастить хорошие кристаллы сахара трудно. При растворении в воде сахар образует очень густую, вязкую, сиропообразную жидкость, в которой молекулы сахара могут двигаться лишь с большим трудом. Поэтому им трудно организовать упорядоченную структуру, которую мы называем кристаллом.

Секрет успешного выращивания кристаллов сахара состоит в том, чтобы поддерживать раствор достаточно теплым, для того чтобы молекулы в нем были подвижными, и, в то же время, предотвратить его быстрое испарение с поверхности, так чтобы на поверхности не образовывалась сплошная корка из мелких кристаликов. Достичь этого можно следующим образом.

Осторожно, при постоянном перемешивании, нагревайте полторы чашки воды с одной чашкой сахара, пока весь сахар не растворится и раствор не станет прозрачным. Поместите раствор в банку для варенья и закройте банку крышкой, но не завинчивайте крышку. Банку надо поддерживать очень теплой в течение многих дней. Испаряющаяся с поверхности вода будет конденсироваться на крышке и капать обратно в сосуд, предотвращая образование поверхностной корки. Небольшое количество воды будет все же испаряться, так как крышка закрыта неплотно. В конце концов вырастут кристаллы очень красивой формы, присущей кристаллам сахара. Рост кристаллов очень медленный и потребует много времени.

Раствор сахара обладает интересным свойством – он вращает плоскость поляризации света (см. Раздел III-Г). Это вращение различно для света с различной длиной волны (разного цвета). Если вы поместите банку с раствором сахара между двумя скрещенными поляризаторами и посмотрите сквозь поляризаторы и раствор на белый свет, то увидите не черное поле (как в случае поваренной соли), но окрашенное. При вращении любого из поляризаторов (в его собственной плоскости, по или против часовой стрелки), наблюдаемая окраска будет изменяться.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

С кристаллами сахара можно проделать все те же опыты, что и с кристаллами поваренной соли или буры. Кроме того, вы можете сравнить форму кристаллов соли, буры и сахара.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Кристаллы сахара отличаются по форме от других кристаллов – соли, буры. Их гораздо труднее вырастить, чем кристаллы соли или других знакомых веществ. Рост кристаллов сахара происходит иначе, чем рост кристаллов других веществ. Кристалл каждого вещества растет по-своему.

Для того чтобы частицы вещества могли образовать кристалл, они должны быть достаточно подвижны в растворе. Раствор сахара (сироп) слишком вязкий, поэтому молекулы в нем движутся медленно и вырастить кристаллы труднее, чем в случае соли или буры.

Водный раствор сахара, в отличие от водного раствора соли или буры, вращает плоскость поляризации света (см. раздел III-Г).

4. КВАСЦЫ [аммонийные квасцы, NH4Al(SO4)2.12H2O или калиевые квасцы, KAl(SO4)2.12H2O]

Вырастить кристаллы квасцов намного легче, чем кристаллы сахара, и легче, чем кристаллы поваренной соли. У них блестящие, отражающие свет грани, маленькие кристаллики красиво искрятся. Порошок квасцов можно приобрести в большинстве аптек или в магазине хозяйственных товаров. Его используют как вяжущее средство, а также как кровоостанавливающее при мелких порезах. Квасцы используют также при дублении кожи.

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Присыпьте 4 чайные ложки порошка квасцов к ½ чашки горячей воды. Перемешивайте для лучшего растворения. Через некоторое время весь порошок растворится и раствор станет прозрачным.

Прикройте сосуд с водой листочком бумаги, чтобы защитить его от пыли. По мере испарения воды будут появляться красивые кристаллы квасцов.

Внимательно рассмотрите кристаллы, сравните их с кристаллами поваренной соли, буры, сахара. Отличаются ли они по своей прозрачности? Заметьте, что кристаллы квасцов, как и кристалы буры содержат в своем составе молекулы воды (H2O). Может быть интересно сравнить легкость выращивания из водного раствора кристаллов, содержащих воду, и кристаллов, ее не содержащих.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

1. Повторите всю последовательность экспериментов по прерыванию выращивания кристалов, которая была описана для поваренной соли.

2. Попытайтесь ломать кристаллы. Вы обнаружите, что в отличие от кристаллов поваренной соли, но подобно кристаллам сахара, квасцы не обладают выраженной спайностью.

3. Сохраните часть кристаллов в коробочке или в конверте (аккуратно подписанных) для будущих экспериментов.

4. Частично растворите и затем вновь начните растить кристалл квасцов, как было описано в разделе 4Б, в котором рассказывается об опытах с поваренной солью.

5. Подвесьте маленький совершенный кристалл квасцов в качестве затравки в насыщенном растворе и вырастите большой красивый кристалл.

6. Рассмотрите маленький кристалл квасцов между скрещенными поляризаторами (раздел III-Г2).

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Кристаллы квасцов отличаются от кристаллов поваренной соли или сахара в нескольких отношениях. Они легче достигают больших размеров. Их форма отличается от формы кристаллов других веществ. Подобно кристаллам сахара, но в отличие от кристаллов поваренной соли, они не обладают выраженной спайностью и раскалываются на осколки неправильной формы. Подобно кристаллам поваренной соли, в отличие от кристаллов сахара, они кажутся темными, если смотреть на них через скрещенные поляризаторы.

5. СУЛЬФАТ МЕДИ (МЕДНЫЙ КУПОРОС, CuSO4.5H2O)

ЯДОВИТ!!!!

Порошок медного купороса можно приобрести в магазине хозяйственных товаров или в магазине для садоводов и огородников. Его используют для борьбы с вредителями и болезнями растений. Иногда медный купорос применяют в плавательных бассейнах для предотвращения образования водорослей в воде. Это вещество ядовито. Нельзя уносить его с занятий домой. Тщательно мойте руки после работы с порошком, растворами или кристаллами медного купороса. (Порошок медного купороса также состоит из мелких кристалликов сульфата меди, но они содержат различное количество воды, а часть вообше безводны).

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Добавьте 4 чайные ложки порошка медного купороса к ½ чашки горячей воды и перемешивайте до полного растворения. По мере испарения раствора на его поверхности начнет образовываться корка, которая будет ползти по стенкам сосуда через его край. Медный купорос в этом отношении еще хуже, чем поваренная соль, поэтому хорошо сразу поставить сосуд, в котором будут расти кристаллы, на поднос или блюдце.

Когда испарится достаточно много раствора, начнут расти красивые блестящие голубые кристаллы. Внимательно рассмотрите их форму и следите за ростом кристаллов день ото дня.

Очень красивый опыт получится, если приготовить смесь порошка квасцов и порошка медного купороса (по 2 чайные ложки) и растворить ее в ½ чашки воды. Из раствора будут расти кристаллы квасцов (такие же, как из раствора, содержащего только квасцы, - бесцветные, той же формы) и кристаллы медного купороса (такие же, как из раствора купороса - ярко–голубые, характерной формы). При росте кристаллы могут встречаться, один может расти вокруг другого, но они не смешиваются. Порядок расположения атомов в кристалле квасцов и в кристалле медного купороса различны, и каждое вещество кристаллизуется независимо. Кристаллизация позволяет разделить смесь веществ.

В. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

НЕ ЗАБЫВАЙТЕ, ЧТО МЕДНЫЙ КУПОРОС ЯДОВИТ!!!!! Маленьким детям работать с ним нельзя. Старших детей следует постоянно предупреждать, что после работы с медным купоросом следует мыть руки.

1. Проделайте все те опыты с кристаллами разных размеров, что были описаны ранее.

2. Рассмотрите форму кристалликов различных размеров, сравните ее с формой кристаллов поваренной соли, квасцов, буры, сахара.

3. Попробуйте зарисовать форму кристалликов всех веществ, с которыми вы работали до сих пор. Зарисовывание помогает в наблюдениях.

4. Попробуйте расколоть кристаллики (медный купорос не обладает спайностью).

5. При длительном хранении в теплом сухом месте медный купорос, подобно буре или квасцам, теряет воду. Происходит дегидратация.

6. Корка, образующаяся на стенках сосуда, состоит, в основном, из безводного медного купороса. Если собрать ее и растворить, вырастут такие же кристалики, как и из исходного порошка медного купороса.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Вновь сравнение кристаллов с ранее полученными показывает, что каждое вещество образует кристаллы со своими индивидуальными свойствами, своей индивидуальной формы. В случае медного купороса добавилось новое свойство – голубой цвет.

Опыт со смесью квасцов и медного купороса показал, что кристалл каждого вещества растет индивидуально, и чужеродные для него частицы в него при росте не встраиваются.

6. АНГЛИЙСКАЯ, ИЛИ ГОРЬКАЯ СОЛЬ, СУЛЬФАТ МАГНИЯ (MgSO4.7H2O)

Английская соль используется как слабительное, а также в составе влажных примочек к синякам, растянутым связкам, местам укусов насекомыми. Ее можно купить в аптеке.

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Английская соль очень хорошо растворима в воде. Можно растворить около 6 чайных ложек соли в ¼ ÷ашки холодной воды. Перемешивайте раствор в течение нескольких минут. Если не вся соль растворится, добавьте совсем немного воды и снова перемешивайте, пока раствор не станет прозрачным.

Кристаллы английской соли растут в виде длинных иголок, сильно отличаясь своей формой от кристаллов веществ, с которыми вы ставили опыты до сих пор – поваренной соли, сахара, буры или медного купороса. Благодаря очень высокой растворимости английской соли, даже одна капля раствора содержит достаточно вещества, чтобы можно было вырастить заметные маленькие кристалики при ее испарении. Если поместить каплю на поверхность, не впитывающую влагу, например, на стекло, поверхность капли быстро покроется кристалликами и дальнейшее испарение воды будет затруднено. Поэтому лучше нанести каплю раствора на впитывающую поверхность, например на картон или на грубую бумагу. Особенно интересно разглядывать группку выросших маленьких кристалликов в увеличительное стекло.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Благодаря игольчатой форме, кристаллы английской соли легко привязывать к ниточке. Подвесив на ниточке затравочный кристаллик английской соли в насыщенный раствор, можно вырастить хороший крупный кристалл в форме палочки.

Английская соль теряет влагу гораздо быстрее, чем любые другие кристаллы из тех, которые вы выращивали до сих пор. Кристаллы сохраняют при дегидратации свою форму, однако их поверхность становится как бы выкрашенной тусклой белой краской. Вы можете сцарапать с поверхности белый порошок, и под ним откроется еще не потерявший воду кристалл. Для того чтобы убедиться, что белый порошок отличается от исходной английской соли только содержанием воды, вы можете растворить его в небольшом количестве воде и вырастить из него точно такие же кристаллы, как из исходной английской соли.

Из всех кристаллов, содержащих воду, которые вы выращивали до сих пор, прочнее всего удерживают воду квасцы. Однако дегидратацию всех кристаллов можно вызвать, если использовать тепло горящей спички. Поместите по одному маленькому кристаллику каждого из веществ на предметное стекло микроскопа или на кусочек алюминиевой фольги. Поднесите снизу зажженную спичку. Скоро все кристаллики начнут выделять воду, которая будет кипеть в тепле от пламени спички. Если нагревание прекратить тогда, когда на стекле или фольге остается еще много воды, то могут вновь образоваться мелкие кристаллики исходных веществ. Однако, если вы продолжите нагревание до тех пор, пока кипение не прекратится, т. е. до тех пор, пока вся вода не покинет кристаллы, образуется белый порошок дегидратированных, обезвоженных веществ.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Английская соль очень хорошо растворима в воде.

Подобно буре, квасцам и медному купоросу, английская соль содержит в своем составе воду и может быть подвергнута дегидратации.

Когда вещество очень хорошо растворимо в воде, даже капля раствора содержит много вещества.

После того как вы вырастили несколько различных видов кристаллов, можно устроить их выставку. На фотографии приведены несколько кристаллов квасцов, выращенных точно так, как описано в этой книжке.


[Crystals of alum]

7. ЧТО ЕЩЕ?

Существует много других веществ, которые можно растворить в воде. Будут ли все они образовывать кристаллы при испарении воды из раствора? Нет, кристаллы будут образовывать не все растворимые в воде вещества, но заранее определить это, не попробовав, вы не сможете. Фиксаж, используемый при закреплении изображения на пленке после ее проявления, дает при испарении водного раствора хорошие кристаллы. Хорошо растут кристаллы сегнетовой соли. Подробные инструкции, как вырастить большие кристаллы сегнетовой соли, можно найти в книжке β€œCrystals and Crystal Growing” авторов Holden и Singer (см. список рекомендованной литературы в конце). Там же описаны некоторые интересные опыты, котрые можно проделать с кристаллами сегнетовой соли.

Б. КРИСТАЛЛЫ ИЗ РАСПЛАВА (В РАСПЛАВЕ НАХОДИТСЯ ТО ЖЕ ВЕЩЕСТВО, ЧТО И В КРИСТАЛЛЕ)

1. ЛЕД (ТВЕРДАЯ ВОДА, H2O)

Лед – одно из немногих веществ, которые называют иначе, после того как оно расплавится. Вода настолько широко распространена в природе и играет такую важную роль, что для различных ее состояний существуют специальные названия: лед, снег, иней, роса, дождь, пар, туман, облако...

Лед – одно из немногих веществ, объем которого уменьшается при плавлении. Определенное количество воды занимает меньший объем, чем эквивалентное по массе количество льда. Другими словами можно сказать, что определенный объем льда весит меньше, чем равный объем жидкой воды. Плотность льда (твердой воды) ниже, чем плотность жидкой воды. Поэтому лед плавает на поверхности воды. Если вода замерзает в сосуде, не позволяющем ей свободно расширяться, сосуд может лопнуть.

Поскольку вода занимает меньший объем, чем лед, можно вызвать превращение льда в воду, приложив давление. В этом состоит одна из причин, почему лед такой скользкий, когда вы пытаетесь идти по нему или катиться на коньках. Под давлением на поверхности льда образуется тонкая пленка воды, разделяющая давящий предмет (ногу, конек) и лед, и эта пленка играет роль смазки.

Превращение льда в воду под действием давления и обратное превращение воды в лед при снятии нагрузки можно показать при помощи следующего эксперимента. Поместите кубик льда на дно перевернутого стакана. Привяжите концы короткой проволочки к двум карандашам. Положите проволочку на ледяной кубик и тяните за два ее конца, как показано на рисунке.

[pulling wire through ice]

Проволочка будет двигаться вниз сквозь лед. Лед будет таять под проволокой, где к нему приложено давление, и вновь кристаллизоваться над проволочкой, т. е. там, где давление снова снято.

А. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Один из способов вырастить кристаллы льда – поместить кастрюльку с водой в морозильную камеру обычного холодильника или, если на улице минусовая температура, вынести кастрюльку на улицу. Примерно через два часа (если температура не выше –10 С) часть воды уже превратится в лед. Некоторые кристаллы будут иметь длинную тонкую форму. Возможно, они будут образовывать сростки с другими кристаллами. Их можно попытаться осторожно отделить и рассмотреть. Хороший способ найти границу между сросшимися кристалликами – рассматривать их между скрещенных поляризаторов (см. ниже).

Другой способ получить кристаллы льда – капнуть каплю воды на предметное стекло микроскопа или на дно перевернутого стакана (или на любую плоскую поверхность) и поместить в морозильную камеру.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Рассмотрите кристаллики между скрещенными поляризаторами, используя для этого приспособление, описанное в разделе III-Г.

Если вы заморозили каплю воды на поверхности стекла, вы можете держать стекло горизонтально между поляризаторами и подсвечивать их снизу. Понаблюдайте, как будет изменяться окраска по мере того как кристаллы будут становиться тоньше при плавлении.

Вращайте слайд с замороженной каплей в своей собственной плоскости между поляризаторами, как стрелки часов. Заметьте, что в определенных положениях кристаллы темные, а в других – яркие. Та часть, которая выглядит одинаково, принадлежит одному и тому же кристаллу. Между этой частью и той, что ведет себя иначе, проходит граница раздела – граница между кристаллитами. В образце могут оказаться кристаллики, которые остаются темными при любых положениях поляризаторов. У этой части кристаллов оптическая ось совпадает с направлением, вдоль которого вы на них смотрите (см. ссылку 3 в разделе V). Если вы немного наклоните стекло, так чтобы оно вышло из ”плоскости часов”, эта часть кристаллов станет светлой.

Если у вас есть пластина льда толщиной два или три милиметра, выращенная на холоду в кастрюльке воды, вы можете наблюдать в скрещенных поляризаторах очень интересные явления. Для того, чтобы не замочить поляризаторы, пластину льда и поляризаторы следует держать вертикально.

[examining crystals with polarisers]

Найдите большую часть куска льда, которая остается темной при вращении в собственной плоскости между скрещенными поляризаторами. Держите ее как можно ближе к ближнему к вам поляризатору и поднесите этот поляризатор как можно ближе к глазам. Вы увидите черный крест на сером фоне. Если лед достаточно толстый, то вокруг креста будет видно желтое кольцо, и далее – красное. В оптической кристаллографии такие картинки называют фигурами интерференции (см. ссылку 3 в разделе V.)

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Кристаллы льда можно вырастить из расплавленного льда (т. е. из воды).

Границы между индивидуальными кристалликами в пластине льда можно обнаружить, разглядывая пластину между скрещенными поляризаторами.

Поскольку плотность воды выше, чем плотность льда, можно вызвать превращение льда в воду, приложив давление. Если температура ниже 0 C, вода вновь превратится в лед после того, как давление будет снято. Заметьте, что лед, как и любое твердое тело, может находиться при более низкой температуре, чем его температура плавления. Иногда бытует странное мнение, что лед всегда имеет температуру 0 C. В действительности, это справедливо только если замерзающий лед находится в контакте с жидкой водой.

2. САЛОЛ (ФЕНИЛСАЛИЦИЛАТ, HOC6H4COOC6H5)

Салол продается в аптеках как лекарство от расстройства кишечника. Он нерастворим в чистой воде, но растворяется в этиловом спирте. Салол плавится при 42 C.

A. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Поместите немного порошка салола на какую-то поверхность, которую можно будет нагревать снизу пламенем спички. Лучше всего подойдет для этой цели стеклышко, но сгодится и кусочек алюминиевой фольги. Порошка надо взять немного, примерно с горошину. Нагревайте салол снизу пламенем спички. Держать спичку надо достаточно далеко, чтобы стеклышко не закоптилось в пламени не сгоревшей сажей. Как только салол начнет плавиться, нагревание прекращайте.

Возможно, вы ожидаете, что салол снова затвердеет, как только его расплав вновь охладится до 42 C. Тем не менее, этого не произойдет. Кристаллизация салола не начнется до тех пор, пока в расплав не будет введен кристаллик-затравка. В качестве такой затравки может служить маленькая частичка салола из порошкообразного образца, если жидкость достаточно охладилась.

Если добавить к расплаву слишком много порошка, одновременно начнут расти слишком много кристаллов, и вскоре их рост будет мешать друг другу. Тогда вы не сможете наблюдать красивую форму, которую кристаллы салола приобретают тогда, когда их росту ничто не мешает. Совершенные кристаллы салола имеют форму ромбов (бубей на игральных картах).

Если вы будете наблюдать за ростом кристаллов через увеличительное стекло, вы сможете увидеть, что форма кристаллов в процессе роста не изменяется: в расплаве образуются маленькие ромбики, которые увеличиваются в размерах так, что углы между гранями остаются неизменными. Слой за слоем к кристаллику салола добавляются новые молекулы, кристалл растет со скоростью тысяч слоев в секунду, и при этом сохраняется такой идеальный порядок, что грани остаются гладкими, ребра – прямыми, а углы между ними – постоянными.

Когда рост кристаллов остановится, внимательно рассмотрите кристаллы через увеличительное стекло. Большая часть кристаллов не будет иметь идеальную форму, поскольку при росте соседние кристаллы мешали друг другу, срастались вместе. Если вы будете поворачивать закристаллизовавшийся салол в ярком свете под разными углами, то увидите, как от их идеально плоских граней отражается свет. Грани кристалла, построенного из самых крохотных строительных кирпичиков, - самые совершенные плоские поверхности, которые вообще возможно получить – они более плоские, чем любая полированная поверхность. Салол можно многократно плавить и кристаллизовать.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Поскольку салол не липкий, не едкий, не ядовитый и не причиняет вреда одежде, стеклышко с замороженными на нем кристаллами салола можно носить в кармане. Если вы приготовите стекло, на один конец которого будет нанесено много кристаллов салола, а на другой – немного, вы можете плавить тот конец, где кристаллов много, оставив холодным другой, на котором кристаллов мало. Тогда можно брать крохотные затравки салола для последующей кристаллизации из расплава с холодного конца стекла. Такой образец удобно носить с собой для того, чтобы показывать, как растут кристаллы, своим друзьям.

Если вы приготовите тонкую пленку расплавленного салола между двумя стеклышками и будете держать стекла крепко сжатыми до тех пор, пока салол не затвердеет (тем самым скрепив стеклышки вместе), вы сможете наблюдать совершенно замечательную картину. Сначала поместите свою слойку стекло-салол-стекло между скрещенными поляризаторами (см. раздел III-Г). Вращайте слойку в своей плоскости, как стрелки часов, между поляризаторами, сохраняя поляризаторы скрещенными. Если вы не будете видеть окраску кристаллов салола, значит приготовленная вами пленка салола слишком толстая. Расплавьте ее и снова охладите, сжав стеклышки друг с другом более плотно, чем в предыдуший раз.

Затем расплавьте немного салола в центре слойки. Как только начнется плавление, сразу остановите нагревание. В противном случае, весь салол расплавится и стеклышки разъединятся. Теперь снова наблюдайте за слойкой через скрещенные поляризаторы. (ОСТОРОЖНО: поляризующая пленка повреждается при нагревании. Ее надо держать на расстоянии от горячего стекла. Для этого используйте специальный держатель, описанный в разделе III-Г).

Жидкий салол выглядит черным в скрещенных поляризаторах, а растущие из расплава кристаллы – светлыми. Понаблюдайте при помощи увеличительного стекла, как яркие кристаллы салола прорастают в черную область расплава, как беспорядочно движущиеся в жидкости молекулы салола встраиваются в строго упорядоченную, организованную структуру кристалла.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Нагревание может привести к тому, что упорядоченный твердый кристалл превратится в неупорядоченную жидкость. Жидкость похожа на воду, но в отличие от воды она не кипит при нагревании в пламени спички, и затвердевает при гораздо более высокой температуре, чем та, при которой затвердевает вода, образуя твердую воду, называемую льдом.

Кристалл может сохранять совершенную форму и сверкающие грани в процессе роста, когда к нему подстраиваются тысячи слоев невидимых частиц в секунду.

Жидкий салол, подобно стеклу или воде, кажется черным, если смотреть на него сквозь скрещенные поляризаторы. Кристаллы салола, напротив, ярко светятся и, если достаточно тонкие, то окрашены.

Жидкий салол не образует кристаллов (не кристаллизуется, не затвердевает), если нет затравочного кристаллика, на котором мог бы начаться процесс.

3. ВИСМУТ (МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, Bi)

Металлический элемент, висмут, плавится при 271 C. Подобно воде, он обладает редким свойством расширяться при затвердевании (кристаллизации). Вы можете попробовать достать висмут на химическом факультете университета или купить в магазине химических реактивов.

A. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Расплавьте висмут в открытой сковородке. Когда он весь полностью расплавится, удалите сковородку от источника тепла. Когда сковорода остынет, на ее охлаждающейся внутренней поверхности начнут образовываться кристаллы висмута. Если вы не сможете их увидеть, вы сможете нащупать их у самой поверхности расплава при помощи химических щипцов. Извлеките кристаллы из горячего расплава при помощи щипцов и аккуратно стряхните с них излишек жидкости. На поверхности кристаллов висмута образуется множество маленьких ступенек.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Поворачивайте кристаллы под разными углами к яркому свету, желательно, чтобы источник света был на некотором удалении. Заметьте, что поверхность многих ступенек ярко отражает свет одновременно друг с другом. Для того, чтобы это было возможно, необходимо, чтобы поверхности всех ступенек образовывали одинаковый угол с источником света, то есть, чтобы ступеньки были параллельны друг другу. Все ступеньки должны быть образованы из одних и тех же строительных блоков, из тех же самых, из которых строятся кристаллы висмута, расположенных параллельно друг другу. Поэтому ступеньки не могут быть разными кристалликами, они все принадлежат одному и тому же кристаллу. В соседнем кристалле другой набор ступенчатых граней будет отражать свет под несколько иным углом.

Рассматривая кристаллы висмута, можно заметить радужные разводы на их поверхности, подобно тем, что наблюдаются на поверхности мыльных пузырей. Причиной является присутствие на поверхности очень тонкой оксидной пленки, которая иногда образуется при охлаждении кристаллов висмута. Пленка настолько тонкая, что свет проходит сквозь нее к поверхности висмута и отражается обратно. Падающий и отраженный лучи света интерферируют. В результате некоторая часть волн белого света, состоящего из волн с разной длиной волны (различных цветов радуги), гасится. В результате свет перестает быть белым, появляется окраска. Поэтому поверхность кристаллов висмута может казаться окрашенной. Таким же образом вызывает появление окраски тонкая пленка масла или бензина на поверхности воды. По этой же причине окрашиваются мыльные пузыри. Окраска, возникающая за счет интерференции волн, называется интерференционной окраской.

В. УРОКИ ИЗ ДАННОГО РАЗДЕЛА

Поверхность грани кристалла может быть ступенчатой и тем не менее оставаться поверхностью одного и того же индивидуального кристалла. То, что все ступеньки ориентированы параллельно друг другу, свидетельствует о том, что все они принадлежат одному и тому же кристаллу.

Лучи белого света, отражаясь от двух поверхностей тонкой пленки, могут интерферировать друг с другом, в результате чего возникает окраска.

В. КРИСТАЛЛЫ ИЗ ПАРА (ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ТОГО ЖЕ ВЕЩЕСТВА)

1. ЛЕД

В природе лед иногда образуется непосредственно из газообразного состояния. В холодную сырую погоду на деревьях появляется иней. Лед может образовываться на холодном оконном стекле из водяного пара, присутствующего в воздухе (морозные узоры на окнах).

A. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

Если воздух в комнате достаточно влажный, вы можете вырастить кристаллы льда из пара, находящегося снаружи от стеклянного или металлического сосуда, заполненного смесью льда со спиртом. Время от времени хорошо перемешивайте смесь в сосуде. Выросшие кристаллы не будут иметь правильной огранки, но в ярком свете вы сможете увидеть блеск отдельных граней.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Освободите сосуд от смеси и наблюдайте за таянием инея на стенках. Иней (твердый лед) образовался не из жидкой воды, но из газообразной. При таянии он превращается тем не менее не в газ, а в жидкость. Если дать сосуду постоять в комнате какое-то время, вода испарится, то есть снова перейдет в газообразное состояние.

В. УРОКИ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА

Водяной пар, то есть вода в невидимом газообразном состоянии, находится в воздухе вокруг нас. Можно вызвать его кристаллизацию в виде льда на очень холодных поверхностях или конденсацию в виде жидкой воды на менее холодных поверхностях.

2. НАФТАЛИН (СРЕДСТВО ОТ МОЛИ, C10H8)

ОСТОРОЖНО: ГОРЮЧ!!!!

Не следует путать это вещество, традиционно используемое для защиты от моли шерстяных вещей, с некоторыми другими веществами, которые начали применять для этой же цели в последнее время (например, с пара-дихлорбензолом).

A. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ИХ РОСТОМ

При мягком нагревании нафталина он переходит сразу в газообразное состояние (сублимирует, возгоняется). Температура плавления нафталина составляет 80 C. Летучесть нафталина, т. е. склонность к переходу в газовую фазу как раз и способствует тому, что он может быть использован для защиты одежды от моли.

НАФТАЛИН ЛЕГКО ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ! С НИМ НЕЛЬЗЯ РАБОТАТЬ ВБЛИЗИ ОТ ИСТОЧНИКА ОТКРЫТОГО ОГНЯ!!!

Кристаллы нафталина удобно выращивать следующим способом. Положите несколько хлопьев нафталина (1/2 чайной ложки) на дно высокой стеклянной банки или бутылки. Сверху закройте банку (бутылку) крышкой, которая для этой банки слишком велика. Можно использовать в качестве крышки листок алюминиевой фольги или бумаги. Нельзя плотно закрывать банку – она может лопнуть, если нагретому пару будет некуда выходить из банки.

Поднесите дно банки к включенной электрической лампочке (например, 100-ваттной). Очень скоро вы увидите, что в верхней части банки начнут образовываться маленькие кристаллики. Там теплый невидимый газ нафталина охлаждается, и притяжение невидимых молекул нафталина друг к другу заставляет их образовывать упорядоченную кристаллическую структуру.

Кристаллы нафталина могут образовывать ветвистые, перистые сростки, напоминающие морозные узоры на оконном стекле. Часть кристаллов имеет форму очень тонких пластинок, дающих интерференционную окраску при отражении света от их обеих поверхностей, подобно тому, как это происходит при отражении света от масляной пленки или от стенок мыльных пузырей (см. раздел, позвященный висмуту).

Нафталин не растворим ни в воде, ни в спирте. Если вы хотите отмыть от него банку, можно использовать жидкость, применяемую для удаления лака с ногтей (содержащую ацетон), или бензол. Оба растворителя очень легко воспламеняются и ядовиты, поэтому работать с ними можно только в хорошо проветриваемом помещении, пользуясь бумажными салфетками, которые затем нужно уничтожить так, чтобы они не могли оказаться доступны огню.

Б. ЧТО ДЕЛАТЬ С КРИСТАЛЛАМИ?

Маленькие тонкие пластинки кристаллов нафталина очень красивы, если рассматривать их в увеличительное стекло в скрещеных поляризаторах. Окраска некоторых кристаллов в скрещенных поляризаторах объясняется не интерференцией света, отраженного от разных поверхностей кристалла. Причина ее появления в том, что внутри кристалла свет расщепляется на два луча, распространяющихся с различной скоростью. Окраска возникает именно из-за интерференции этих двух лучей.

В. УРОКИ ИЗ ДАННОГО РАЗДЕЛА

Непосредственно из газовой фазы может кристаллизоваться не только вода, но и другие вещества.

Г. ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ПОЛЯРИЗОВАННЫМ СВЕТОМ

1. ПРИРОДА ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Представления о свете могут быть различными – в зависимости от явления, которое рассматривают. Нам будет удобно представлять свет, как набор волн – возмущений, распространяющихся вперед в колебательном режиме, подобно тому, как распространяются морские волны по воде. Длина световой волны намного меньше, чем длина волны в море – расстояние между гребнями составляет около 0,0005 мм. (две тысячи гребней волн уместятся на булавочной головке размером 1 мм!)

В отличие от морских волн, световые волны колеблются не только вверх-вниз, но и во все стороны от направления своего распространения. Если заставить свет проходить через какое-то препятствие, то можно ограничить его колебания только одной выделенной плоскостью. Такой свет называют плоско поляризованным, или просто - поляризованным. Препятствие, вызывающее поляризацию света, называют поляризатором. Существуют различные виды поляризаторов. Частичную поляризацию света вызывает любая гладкая неметаллическая поверхность, отражающая свет. Поляризованный свет, отраженный от такой поверхности, колеблется параллельно поверхности (и, конечно, перпендикулярно к направлению распространения света). По-видимому, самым удобным поляризатором для проведения опытов с кристаллами, описанных в этой книге, может служить поляризующая пленка. Можно использовать Поляроид (Polaroid), выпускаемый уже очень давно, но есть и другие марки.

Такая пленка пропускает, в основном, свет осциллирующий в определенном направлении в плоскости пленки. Вы можете сами определить, что это за направление, если будете рассматривать сквозь пленку свет, oтраженный от гладкой неметалической поверхности, например от окрашенного подоконника. Положение, при котором подоконник, на который вы смотрите сквозь пленку, кажется наиболее темным, соответствует тому, что колебания света, проходящего сквозь пленку, происходят в вертикальной плоскости, перпендикулярно к плоскости подоконника.

2. КРИСТАЛЛЫ МЕЖДЫ СКРЕЩЕННЫМИ ПОЛЯРИЗАТОРАМИ

Для рассматривания кристаллов сквозь скрещенные поляризаторы, удобно закрепить поляризаторы с двух сторон маленькой коробочки какой-то резинкой.

[holding polarisers]

Двусторонние стрелочки на рисунке показывают направления, в которых возможны колебания световой волны при прохождении через каждый из поляризаторов (β€œразрешенные направления”). Когда поляризаторы повернуты так, что стрелочки перпендикулярны друг другу, поляризаторы называют β€œскрещенными”. Если бы поляризаторы были идеальными, свет вообще не мог бы проходить через них, когда они скрещены. Не зная, в каком направлении поляризуют свет поляризаторы, вы все же можете найти для них скрещенное положение, подобрав угол поворота поляризаторов друг относительно друга, при котором свет проходит через оба поляризатора хуже всего (самое темное положение).

В этой книжке мы не будем подробно обсуждать взаимодействие кристаллов с поляризованным светом. Заинтересованный читатель может узнать больше из книг, список которых приведен в разделе V.

Далее мы перечислим некоторые конкретные опыты, которые можно выполнить с кристаллами, упоминавшимися в этой книжке.

Все кристаллы, о которых мы говорили, можно разделить на две группы, в зависимости от того, как они выглядят, если рассматривать их сквозь скрещенные поляризаторы.

Кристаллы, которые кажутся темными в любой ориентации.

поваренная соль бура квасцы сахар медный купорос

Кристаллы, которые выглядят яркими в большинстве ориентаций.

английская соль лед салол нафталин

Те кристаллы, которые выглядят яркими в большинстве ориентаций, в некоторых определенных ориентациях становятся темными. Например, иголки английской соли кажутся темными, если иголки вытянуты вдоль разрешенного направления одного из поляризаторов.

[appearance in different orientations]

Любой кристалл, который при рассматривании сквозь скрещенные поляризаторы кажется ярким, становится окрашенным, если его толщина достаточно мала. Когда свет проходит через такой кристалл, он расщепляется на два луча, колеблющихся перпендикулярно друг к другу. Один из этих лучей распространяется через кристалл с большей скоростью, чем другой. Когда лучи выходят из кристалла и попадают на второй поляризатор, они интерферируют друг с другом, подобно тому, как интерферируют два пучка, отраженные от границ тонкой оксидной пленки на кристаллах висмута. Хотя причина интерференции в двух случаях различна, возникающая окраска в обоих случаях называется интерференционной.

Поляризаторы особенно полезны, если требуется определить, присутствует ли в каком-то твердом образце несколько кристалликов, или один единственный. На полурастаявшем кусочке льда в обычном свете можно не заметить никаких границ между кристаллами, однако рассматривая тот же лед сквозь скрещенные поляризаторы, можно увидеть, что часть льда темная в одном положении, а часть – в другом. Ясно, что эти части принадлежат различным кристаллам.

[joined ice crystals]

3. ЛЕД И СЛЮДА

В разделе, посвященном льду, было описано появление интерференционной фигуры, черного креста на сером фоне, который иногда удается наблюдать. Увидеть такую фигуру непросто. Для этого нужен очень толстый кусок льда, с гладкими поверхностями, в котором есть участок, который кажется темным при любой ориентации льда в плоскости, параллельной плоскостям скрещеных поляризаторов.

Другую интерференционную фигуру, с двумя β€œкрестами”, вместо одного, можно наблюдать, если вместо льда поместить между скрещенными поляризаторами большой кусок слюды. Глаз наблюдателя должен быть как можно ближе к поверхности слюды. Поскольку слюда, в отличие от влажного льда, не повреждает поверхность поляризатора, поляризаторы можно прижать к слюде с обеих сторон. Если такую β€œслойку” как целое слегка наклонять и рассматривать под разными углами зрения, можно увидеть два β€œкреста”. Более полное описание различных интерференционных фигур приведено в книге β€œКристаллы и свет”(β€œCrystals and Light”), одной из трех книг, упоминающихся в разделе V.

4. РАСТВОРЫ САХАРА

То, что кристалл кажется ярким сквозь скрещенные поляризаторы, не означает, что он вращает плоскость поляризации света. Если можно найти такую ориентацию кристалла, в которой он станет казаться черным, то кристалл не является оптически активным. Примером оптической активности являются растворы сахара. Они вращают плоскость поляризации света. Это означает, что направление колебаний световой волны постепенно изменяется, как бы поворачиваясь вокруг винта, по мере того, как свет проходит сквозь раствор.

Если бы раствор сахара вращал плоскость поляризации света независимо от длины волны света, то было бы достаточно просто повернуть ближний поляризатор относительно дальнего на определенный угол, для того чтобы раствор стал казаться черным при новом положении поляризаторов. Однако для каждой из волн, составляющих белый свет, в зависимости от длины волны (цвета) плоскость поляризации поворачивается на свой угол при прохождении через слой вещества определенной толщины. Поэтому, если поляризаторы оказываются β€œскрещенными” для одной длины волны, это условие не соблюдается для других длин волн, и они по-прежнему могут проходить сквозь образец. Полное затемнение можно получить, если использовать свет только одной длины волны. Такой опыт можно поставить, если использовать в каестве фильтра цветное (красное, синие, желтое) стеклышко или пластик.

КРИСТАЛЛЫ ВНЕ ДОМА И КЛАССА

A. В МУЗЕЯХ

1. ВЫСТАВКИ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ

В большинстве музеев хранятся образцы горных пород и минералов. Некоторые из них очень красивы. Минералы – это кристаллы, которые встречаются в природе в земной коре. Посещение музея было бы хорошим началом знакомства с кристаллами, которые вы можете встретить за пределами дома и классной комнаты.

2. СОТРУДНИКИ МУЗЕЕВ (ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАГОРОДНЫХ ЭКСКУРСИЙ)

Сотрудники музеев могут подсказать, куда можно отправиться в поисках кристаллов в природе. Кристаллы в горных породах обычно образуют сростки с неправильными границами, но тем не менее остаются при этом кристаллами. Вам следует объяснить сотрудникам музея, что вас интересуют как минералы без правильной огранки, так и образцы максимально совершенной формы.

Б. ЗАГОРОДНЫЕ ЭКСКУРСИИ

Если вы живете в местности, где можно собирать минералы во время прогулок, вам может удасться найти магматические породы вулканического происхождения (кристаллизовавшиеся из расплава), осадочные породы (вынесенные водой), или метаморфические породы (возникшие как первые два вида минералов, но затем претерпевшие изменения под действием температуры и давления).

1. Для магматических (вулканических) пород, возникших при медленном охлаждении расплава, характерны крупные кристаллические зерна, поскольку одновременно начался рост сравнительно небольшого числа кристаллов, и каждый из них успел заметно вырасти, прежде чем встретился с соседним. Эти породы формировались на большой глубине. (Гигантские кристаллы могли образоваться в случаях, когда насыщенный водой расплав проникал в поверхностные породы и причиной медленной кристаллизации было большое содержание воды). К минералам, наиболее часто встречающимся в составе таких пород, относятся кварц (серый, похожий на стекло, без выраженной спайности), полевой шпат (розовый, серый или белый, тусклый, со спайностью), слюда (бесцветная, серая или черная, с идеальной спайностью, расщепляющаяся на тонкие пластинки), роговая обманка (черная, в форме коротких стержней, мелкозернистая, незаметная спайность). Когда расплавленная порода остывает быстро, образуются более мелкие кристаллические зерна, что затрудняет распознавание различных минералов. Наиболее часто, однако, встречаются те же самые минералы.

2. Осадочные породы образуются тогда, когда слои различных фрагментов, переносимых ручьями и реками к морю, откладываются в осадок и затвердевают, окаменевают. Первоначально эти фрагменты могли принадлежать тем же магматическим (вулканическим) породам, поэтому и среди них можно встретить уже знакомые вам минералы. Однако, например, полевой шпат и слюда легко разрушаются, когда их переносит река, причем не только механически, но и химически. Кварц тверже них, и к тому же не обладает спайностью, поэтому он лучше противостоит механическому разрушению, истиранию. Он также более стоек химически. Поэтому кварц выживает. Это самый распространенный минерал в составе осадочных пород, песчаника и глин. В их составе кварц мелко измельчен. Реки могут также переносить растворенные вещества. Один из наиболее распространенных минералов, осаждающихся из растворов – карбонат кальция. Когда карбонат кальция затвердевает, он обычно бывает очень мелким, светло-серого или почти белого цвета. Его называют известняком. Минерал, составляющий основу известняка, называется кальцитом. Кальцит также осаждается из воды в виде множества белых прожилок в различных породах. Его легко распознать по совершенной спайности в трех направлениях, благодаря которой он раскалывается на маленькие кусочки правильной формы. Углы между сторонами образующихся осколков не прямые (как в случае поваренной соли) – осколки имеют форму ромбиков, параллелограммов.

3. Метаморфические породы образуются из магматических (вулканических) и осадочных пород под действием тепла и высокого давления, глубоко под поверхностью Земли. Иногда в их образовании принимают участие растворы различных веществ, проникающие сквозь твердые породы. В результате метаморфизма (превращения) известняка образуется мрамор. Кристаллы кальцита укрупняются, так как одни кристаллики растут за счет других. В результате метаморфизма глины образуется сланец, который далее превращается в аспидный сланец - минерал, содержащий много слюды, ярко блестящей на солнце.

4. Валуны, галька и песок. Если вам не удастся найти никаких крупных камней для исследования, соберите любые, самые мелкие, какие только удастся. Снаружи они могут казаться грязными, иногда их поверхность сильно изменена под влияние окружающей среды, дождей, снега, солнца, ветра... Разломите такой камушек, чтобы открылась свежая поверхность. Если только вы не живете на склоне вулкана, любой камушек, который вы найдете, будет кристаллическим, то есть будет состоять из множества кристаллов, пусть даже мелких и с неправильными границами.

Распознать минералы в составе найденной породы, определить их названия – только часть приятной работы, связанной с их поиском и исследованием. Она не так важна, как изучение родственных взаимоотношений и взаимодействий между минералами. Вы можете определить, является ли порода магматической (вулканической), осадочной или метаморфической. Если это магматическая порода, попробуйте определить, какой минерал закристаллизовался вначале, а какие затем выросли вокруг него, заполняя оставшиеся пустоты.

5. Лед – это кристаллическое вещество, встречающееся в природе, вырастающее без участия человека, поэтому его также можно назвать минералом. Лед, нарастающий на оконном стекле, образует перистые узоры, подобные кристаллам нафталина. Сосулька иногда целиком состоит из одного-единственного кристалла. Рассмотрите ее между скрещенными поляризаторами!

Наверное, самые красивые из всех природных кристаллов - снежинки. Если вы живете в местности, где бывает снег, выйдите на улицу с увеличительным стеклом, когда идет мелкий снег. Каждая снежинка может представлять собой отдельный кристаллик. (Крупные снежинки – это сростки многих кристаллов). Разнообразие форм снежинок всегда удивляло и восхищало тех, кто их наблюдал. По-видимому, причиной такого разнообразия является то, что рост маленьких кристалликов льда очень чувствителен к малым изменениям влажности и температуры. Японский исследователь Ukichiro Nakaya, посвятивший изучению снежинок много времени, научился по своему желанию получать в лаборатории снежинки определенной формы, изменяя влажность и температуру, при которых кристаллизуется водяной пар. В нестабильных условиях метели или снегопада каждый кристаллик-снежинка находится в несколько различных условиях во время своего роста. Две снежинки, которые в первые несколько секунд начинают расти в одинаковых условиях, скоро оказываются разнесенными ветром на такое расстояние друг от друга, что их дальнейший рост продолжается уже в разных условиях. В таких постоянно изменяющихся условиях кристаллизации и при столь высокой чувствительности формы кристалла к условиям его роста создаются все предпосылки для появления огромного разнообразия форм и такой завораживающей красоты.

В. В МАГАЗИНАХ


[Igneous rock]
Полированная магматическая порода, содержащая белый полевой шпат, серый кварц и черную слюду.

1. УКРАШЕНИЕ ЗДАНИЙ

Во многих зданиях (или в метрополитене) полированные камни используются для украшения наружных и внутренних поверхностей стен, пола, прилавков, облицовки пола и ступеней лестниц... Эти полированные поверхности представляют собой срезы кристаллов, из которых состоит порода. На них хорошо видны границы между различными кристаллами. Обычно порода состоит больше, чем из трех различных минералов, однако иногда – лишь из одного. Так мрамор (метаморфический известняк) состоит почти исключительно из минерала кальцита. В то же время, сорта мрамора, декоративные свойства которых ценятся наиболее высоко, обычно содержат включения других веществ, которые за счет своей окраски делают материал более эффектным.

Если срез полированной поверхности проходит через кристалл в направлении, близком к его плоскости спайности, кристалл может ярко отражать солнечный свет, если повернуть срез под определенным углом. Попробуйте поискать такие отражающие участки полированных поверхностей, проходя мимо облицованных стен и полированных прилавков. Скорее всего, все те участки, которые отражают свет под одним и тем же углом (т. е. отблескивают одновременно, когда вы стоите на месте), принадлежат одному и тому же кристаллу.

2. ЮВЕЛИРНЫЕ МАГАЗИНЫ

Почти все драгоценные камни – монокристаллы. Бывают, конечно, и исключения, например, жадеит и тигровый глаз – они поликристалличны, или опал, который вообще не кристалличен. Большая часть драгоценных камней огранена со всех сторон. Свет отражается от верхних граней, а также проходит сквозь камень и отражается обратно от нижних граней. Благодаря этому драгоценные камни так сверкают. Искусство ювелира состоит в том, чтобы создать такую огранку, чтобы данный эффект был наибольшим.

3. АПТЕКИ, МАГАЗИНЫ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТОВАРОВ, МАГАЗИНЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТИВОВ

Некоторые из веществ, упоминавшихся в этой книге, можно купить в аптеке, в магазине хозайственных товаров, в магазинах для садоводов. Перед тем, как начинать любые опыты, узнайте, какую опасность могут представлять вещества. Будьте осторожны!

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЧТЕНИЯ

Если опыты с кристаллами, которые вы вырастили сами или нашли в составе минералов, пробудили в вас интерес и желание побольше узнать о кристаллах, этому могут помочь многочисленные книги. Кристаллам посвящены сотни книг, и вы можете найти их в библиотеке. Новичку иногда бывает сложно ориентироваться среди слишком большого потока информации. Поэтому мы выбрали для начала всего три книжки. Одна посвящена выращиванию кристаллов, вторая – горным породам и минералам, третья – рассматриванию кристаллов через скрещенные поляризаторы. Во всех трех книжках можно узнать о симметрии внешней формы совершенных кристаллов, возникающей благодаря симметрии их упорядоченной внутренней структуры. Каждый кристалл имеет внутренний порядок. Для многих кристаллов можно подобрать условия роста, благоприятные для того, чтобы этот внутренний порядок проявился в красивой форме кристаллов с блестящими гладкими гранями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Holden, A. and Singer, P. Crystals and Crystal Growing, Doubleday-Anchor, Garden City, NY, USA 1960.

2. Pough, Frederick H. A Field Guide to Rocks and Minerals, Houghton Mifflin, Boston, USA, 1960.

3. Wood, Elizabeth A. Crystals and Light, an Introduction to Optical Crystallography, Van Nostrand, Princeton, NJ, USA, 1964.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор благодарит Джованку Кинк, которая просмотрела книгу в июне 1993 года и внесла в нее ряд исправлений.



Copyright 1972, 2001 Международный Союз Кристаллографов
Перевод на русский язык Е.В. Болдыревой, 2001


ОТ ПЕРЕВОДЧИЦЫ:

Часть советов (например, о том, где приобретать реактивы) для русских читателей неприемлема. Почти весь оригинальный текст, за редкими исключениями, тем не менее, я оставила без изменений, опустив только слишком явно несоответствующие нашей действительности советы (например - привлечь аптекаря или продавцов в магазине хозяйственных товаров к подбору веществ для кристаллизации) и добавив совет искать полированные поверхности в метрополитене (а не в магазинчиках, как советовалось в оригинале). Надеюсь, что читатели сами отсеют то, что для нашей жизни не подходит. Лучше всего искать дальнейших советов в школе у учителей, а там, где есть высшие учебные заведения – у преподавателей этих заведений.

На русском языке издано много популярных книг, более доступных для школьников и учителей, чем приведенный выше список. Я привожу далее некоторые из этих книг.

1. П.М. Зоркий. Архитектура кристаллов // Наука: М., 1968.

2. В.И. Рыдник. От ромашки до антимира // Детская лит-ра: М., 1971.

3. А.И. Китайгородский. Порядок и беспорядок в мире атомов // Наука: М., 1977.

4. М. П. Шаскольская. Кристаллы // Наука: М., 1978.

4. М. П. Шаскольская. Очерки о свойствах кристаллов // Наука: М., 1978.

5. Я.Е. Гегузин. Очерки о диффузии в кристаллах // Наука: М., 1970.

6. Я.Е. Гегузин. Почему и как исчезает пустота // Наука: М., 1976.

7. Я.Е. Гегузин. Живой кристалл // Наука: М., 1981.

8. В.В. Болдырев, Н.З. Ляхов, А.П. Чупахин. Химия твердого тела // Изд-во Знание:М, 1982 (Новое в жизни, науке и технике, Серия Химия).

9. А.Е. Ферсман. Рассказы о самоцветах // Детгиз: М., 1952.

10. А.Е. Ферсман. Занимательная минералогия // Детгиз: М., 1953.

11. А.Е. Ферсман. Занимательная геохимия // Детгиз: М., 1954.

12. А.Е. Ферсман. Рассказы о самоцветах // Наука: М., 1974.

13. А.Е. Ферсман. Очерки по минералогии и геохимии // Наука: М., 1977.

14. A. Чуйко, Е. Чуйко. Как живут камни // Детская литература: М., 1964.

15. Б.И. Сребродольский. Загадки минералогии // Наука: М., 1987.

16. Б.И. Сребродольский. Тайны сезонных минералов // Наука: М., 1989.

17. В.П. Петров. Рассказы о поделочном камне // Наука: М., 1982.

18. В. Шуман. Мир камня (Том 1 – Горные породы и минералы, Том 2 – Драгоценные и поделочные камни) // Мир: М., 1986.