Лабораторная работа №5, страница 393 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

№ 5. Наблюдение процесса роста кристаллов из раствора

Оборудование: микроскоп школьный с 80-кратным увеличением, насыщенные растворы хлорида натрия, хлорида аммония, гипосульфита, предметные стёкла, стеклянные палочки.

Задание: пронаблюдайте процесс роста кристаллов различных веществ в пересыщенном водном растворе.
Содержание и метод выполнения работы.

Для получения пересыщенного водного раствора любого вещества необходимо создать условия для испарения воды соответствующего насыщенного раствора. Для этого, например, можно небольшое количество насыщенного раствора поместить на обезжиренную стеклянную пластину. Капля растекается по стеклу тонким слоем, вода быстро испаряется, раствор становится пересыщенным, начинается интенсивный процесс кристаллизации.

Для растворов некоторых веществ степень пересыщения при этом так велика, что образуются необычные для данного вещества ветвистые древовидные формы, называемые дендритами. Рост дендритов происходит следующим образом. Вершина кристалла соприкасается с раствором большей концентрации, чем боковые грани растущего кристалла. За счёт этого создаются условия для более интенсивного роста вершины кристалла, она быстрее внедряется в пересыщенный раствор и обгоняет рост боковых граней.

Порядок выполнения работы.

1. Поместите на столик микроскопа предметное стекло (рис. Л.10, а), не дотрагиваясь до его поверхности. Отрегулируйте освещение и добейтесь чёткого изображения верхней поверхности предметного стекла. Наведение на резкость можно облегчить нанесением на верхнюю поверхность стекла метки карандашом или чернилами.

Внимание! При наведении на резкость вращение микрометрического винта микроскопа следует производить осторожно! Наблюдая сбоку, тубус микроскопа необходимо сначала опустить, не доводя его до соприкосновения с предметным стеклом, а затем, наблюдая в окуляр, осторожно перемещать вверх до получения чёткого изображения.

Примечание. В последнее время в школы поступают цифровые микроскопы, которые дают дополнительные возможности при проведении лабораторных работ. Так, с помощью цифрового микроскопа, представленного на рисунке Л.10, б, можно не только наблюдать процесс зарождения и роста кристаллов, но и сделать фото- и видеосъёмку.

2. Выньте предметное стекло, нанесите на него с помощью стеклянной палочки каплю насыщенного раствора хлорида аммония. Палочкой распределите каплю по стеклу.

3. Поместите стекло с каплей под объектив микроскопа так, чтобы в поле зрения находился край капли, так как первые кристаллы образуются обычно на её краю.

4. Пронаблюдайте процесс зарождения и роста кристаллов.

5. Результаты наблюдений занесите в отчёт, который должен содержать краткое описание процесса роста кристаллов и зарисовку картины, видимой в микроскоп.

6. Пронаблюдайте аналогичные процессы с другими растворами.

Рис. Л.10

В ходе выполнения лабораторной работы по наблюдению за ростом кристаллов из пересыщенного раствора были получены следующие результаты. Общий принцип наблюдения заключается в нанесении капли насыщенного раствора на предметное стекло. За счет испарения воды концентрация растворенного вещества увеличивается, раствор становится пересыщенным, и начинается процесс кристаллизации, который наблюдается под микроскопом.

Наблюдение роста кристаллов хлорида натрия ($NaCl$)

При испарении воды из капли насыщенного раствора поваренной соли на краях капли, где испарение происходит наиболее интенсивно, начинают появляться центры кристаллизации. Они имеют вид очень маленьких, почти идеальных кубиков. По мере дальнейшего испарения воды эти зародышевые кристаллы начинают расти, сохраняя свою кубическую форму. Рост происходит относительно медленно и равномерно. Новые кристаллы появляются как по периферии, так и ближе к центру капли. В итоге поле зрения микроскопа заполняется отдельными кристаллами-кубиками разного размера, а также их сростками (друзами), где несколько кристаллов нарастают друг на друга.

Ответ: Кристаллы хлорида натрия растут медленно, имеют правильную кубическую форму и образуют отдельные кристаллы или их сростки.

Наблюдение роста кристаллов хлорида аммония ($NH_4Cl$)

Процесс кристаллизации хлорида аммония (нашатыря) носит совершенно иной характер. Он протекает очень быстро и эффектно. Почти сразу после нанесения капли на стекло по ее краям начинается бурный рост кристаллов. Они имеют сложную ветвистую, древовидную форму и называются дендритами. Рост напоминает образование морозных узоров на стекле зимой. Дендриты стремительно "пробегают" по капле от краев к центру. Можно наблюдать, как основная "ветвь" кристалла быстро удлиняется, а от нее под определенными углами начинают расти боковые отростки. Это объясняется тем, что вершина растущего кристалла оказывается в области с максимальной концентрацией вещества (наибольшим пересыщением), что обеспечивает ей преимущество в скорости роста.

Ответ: Кристаллы хлорида аммония растут очень быстро в виде ветвистых древовидных структур (дендритов), напоминающих морозные узоры.

Наблюдение роста кристаллов гипосульфита (тиосульфата натрия $Na_2S_2O_3$)

Раствор тиосульфата натрия обладает способностью к сильному пересыщению, поэтому кристаллизация может начаться не сразу. Часто для ее запуска требуется "затравка" в виде пылинки или царапины на стекле. Но как только процесс начинается, он протекает лавинообразно и очень быстро. Из одного или нескольких центров во все стороны начинают расти длинные, тонкие, игольчатые или призматические кристаллы. Они переплетаются, создавая сплошной ковер, который за считанные секунды может заполнить все поле зрения микроскопа. Скорость роста настолько велика, что порой сложно уследить за отдельным кристаллом.

Ответ: Кристаллизация тиосульфата натрия начинается скачкообразно и протекает с очень высокой скоростью, образуя массу длинных игольчатых или призматических кристаллов, растущих из нескольких центров.