Как сделать макет кристаллической решетки
НПК Создание кристаллических решеток в Blender
Подойдёт и взрослым и детям
Конкурс исследовательских работ в рамках
Малой академии наук школьников Республики Башкортостан
3D-визуализация кристаллических решеток различных металлов
Алёшина Анастасия Сергеевна, учитель физики
Демьянова Ольга Александровна, учитель информатики
МБОУ «Лицей №68» городского округа город Уфа РБ
ГЛАВА 1. Кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов ……………………………………………. …………………………. 6
ГЛАВА 2. Значение наглядности на уроках физики…………………………..11
СПИСОК ИПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………16
Современный мир очень сложно представить без информационных и цифровых технологий. Все они значительно облегчают жизнь, благодаря им человечество совершило ряд значительных прорывов в науке и промышленности. На сегодняшний день представлено недостаточно передовых разработок, которые применяют в образовательном процессе.
Современные 3 D технологии не так давно ворвались в нашу жизнь, и совсем малое время назад вошли и в наши дома. Трехмерные визуальные образы стали крайне привлекательными и для образовательных учреждений. Новое оборудование превращает школьные уроки не в скучную зубрежку теории, а в самое настоящее освоение предмета на практике. Оно позволяет обучающимся лучше понимать темы предмета. Школьники могут наглядно увидеть результат своего труда. Всё это обуславливает актуальность проведенного исследования.
Цель работы: способствовать росту качества и эффективности профессионального образования (как гуманитарного, так и естественнонаучного, и инженерно-технического) разработать визуальный объемный образ желаемого объекта на примере создания 3 D моделей кристаллических решеток различных металлов, за счёт объединения интеллектуальных, информационных, технологических ресурсов предметов физики и информатики.
Объект исследования: изучение темы «Кристаллические решетки металлов» с использованием созданных средств наглядности.
Предмет исследования: применение разработанных средств наглядности для формирования познавательного интереса обучающихся при изучении темы с учётом использования современных 3 D технологий.
Гипотеза исследования: изучение темы «Кристаллические решетки металлов» будет более успешным, если принцип наглядности будет реализовываться с использованием современных технологий.
В соответствии с объектом, предметом, целью исследования были поставлены следующие задачи:
Изучить научную и периодическую литературу по теме исследования;
Теоретически обосновать возможности создания 3 D моделей в лицее, познакомить школьников с программой « Blender »;
Разработать рекомендации по работе и наглядное пособие для успешного моделирования кристаллических решеток;
Провести мастер-класс в МБОУ «Лицей №68» по теме исследования.
Методы исследования: для решения поставленных задач и проверки гипотезы используются следующие методы:
теоретические методы: анализ литературы по теме исследования, обобщение полученных результатов, конкретизация основных положений по теме и др.
эмпирические методы исследования: проектирование моделей, беседа, конструирование, наблюдение, анализ.
Новизна исследования заключается в следующем:
Использование 3 D моделирования на уроках физики;
Разработка моделей строения кристаллических решеток металлов, используемых в образовательном процессе;
Разработан и апробирован проект мастер-класса, направленный на формирование у обучающихся познавательного интереса, с использованием созданных средств наглядности.
Разработаны 3 D проекты и экспериментально проверены возможности их распечатки с помощью 3 D принтера;
Проведен мастер-класс по теме «Кристаллические решетки металлов»
Исследование проводилось в несколько этапов, каждому соответствуют наиболее подходящие методы :
самообразование группы учащихся и научного руководителя;
создание наглядного пособия «Создание 3 D моделей кристаллических решеток металлов Алюминия, Меди, и Марганца (Приложение 1);
эксперимент по созданию учебных электронных моделей;
фотографирование и видеосъемка результатов работы с программой и принтером.
ГЛАВА 1. Кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов
Атомно-кристаллическая структура – это взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле. Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы.
Такая связь называется металлической. Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Атомы располагаются закономерно, образуя правильную кристаллическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.
За редким исключением, металлы в твёрдом состоянии представляют собой тела, состоящие из огромного количества мелких, различимых только в микроскоп зёрен кристалликов. В свою очередь эти зёрна состоят из атомов, упорядоченно расположенных относительно друг друга в пространстве. Располагаясь в пространстве, ближайшие друг к другу атомы образуют контур какого-нибудь геометрического тела. Таким образом, каждое зерно металла состоит из множества таких одинаково ориентированных геометрических тел, называемых элементарными ячейками. В соседних зёрнах металла эти ячейки ориентированы по-другому.
Находясь в узлах кристаллической решётки, атомы колеблются относительно своего среднего.
Известно, что атом любого метала, состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его, несущих отрицательный заряд нескольких электронных оболочек. Каждая оболочка заполнена строго определённым количеством сильно связанных с ядром электронов, и только на последней оболочке находятся несколько электронов, слабо связанных с ядром.
По современным научным воззрением, расположенные в узлах кристаллической решётки атомы металла связываются со своими ближайшими соседями при помощи валентных электронов, находящихся на их внешней оболочке. Связь такого вида называется металлической.
Тип кристаллической решётки металла определяется формой того геометрического тела, которое составляет основу его элементарной ячейки (рисунок 1).
Рис.1. Элементарные ячейки кристаллических решеток
Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие:
Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря электронной микроскопии, когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.
Глава 2. Значение наглядности на уроках физики
В системе современного образования актуальной проблемой является развитие познавательного интереса учащихся. Существует проблема снижения интереса учащихся на уроке, нежелание работать самостоятельно. От однообразия уроков учащиеся теряют интерес к занятиям. Эффективность урока могут обеспечить только творческий подход к построению урока, его неповторимость, насыщенность многообразием современных технологий. Чтобы повысить интерес учащих необходимо работать в инновационном режиме.
Построение учащимися компьютерных физических моделей с помощью программы Blender 2.79 требует знаний и умений в области физики, информатики и математики, которые совершенствуются в ходе этой деятельности. При этом осуществляется и обратная связь – для освоения содержания физики целесообразно воспользоваться возможностями информационных технологий, выраженными через обучающие функции компьютерного моделирования, тем более что необходимые знания и умения по нему учащиеся приобретают на уроках информатики.
Учитель создаёт среду, где становится возможной выработка каждым учеником на уровне развития его интеллектуальных и других способностей определённых компетенций, формирования личностных качеств, (развитие трудолюбия, креативности, волевых качеств, целеустремлённости, формирования уверенности в себе, конкурентоспособности, навыков коммуникативной культуры и т. п.), формирования умений самостоятельно принимать решение в условиях неопределённости, выработку умений разрабатывать многовариантные подходы к реализации плана действия, формирования навыков и приёмов всестороннего анализа ситуаций, прогнозирования способов развития ситуаций.
Глава 3. Создание 3D модели кристаллических решеток различных металлов в программе «Blender». Эксперименты с 3 D принтером WANHAO , печать кристаллических решеток
Перед началом работы мы изучили различные источники информации, в том числе литературу по теме исследования и ресурсы сети Интернет. При проведении данной работы мы столкнулись с проблемой, которая заключается в недостатке информации по изучаемой теме. На наш взгляд, это обусловлено новизной 3 D направления в школе, в контексте использования современных конструкторов, а также их разнообразием на рынке. Используемое направление относится к востребованным в современном мире, это отражается в формировании компетенции «Инженерная графика» в движении JuniorSkills (логотип представлен на Рис. 2), целью которого является ранняя профориентация школьников.
Рис. 2. Логотип JuniorSkills
Работа в программе началась со знакомства с интерфейсом.
Рис. 3. Логотип программы BLENDER
Построение кристаллических решёток начиналось с добавления простейших объектов на сцену. Дальше применялись операции добавление объектов, выравнивание, группировка, редактирование, сглаживание, изменение цвета. Простая визуализация и сохранение растровой картинки. Инструмент вращение и базисных знаний по теме система координат помог выставить фигуры в закономерную последовательность атомов молекул металлов.
Рис. 4. Интерфейс программы Blender 2.79
Отчет о последовательной работе представлен в Приложении 1.
В программе Blender готовые модели мы экспортировали в новый формат Wavefront (. obj ) для вывода элементов в программу принтера. Cura 3D, программа для печати, — это инструмент для получения в компьютере цифрового файла для 3D–принтера в таком формате, который понимает аппаратура 3D–печати. Поскольку у каждого принтера своя система настроек, рабочая область, рабочий стол и размер сопла, программе Cura 3D мы узнали эти аппаратные параметры, составляющие профиль устройства, чтобы рассчитать точный набор инструкций для корректной печати на принтере.
Если сравнивать Cura 3D с другими программами-слайсерами, то она кажется очень простой, с ограниченными возможностями и настройками. Однако более сложные настройки тоже имеются.
Работа с 3D графикой – одно из самых популярных направлений использования персонального компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная мультимедийная программа. Образовательную зону «3D моделирование» мы использовали для создания кристаллических решеток металлов «3D графика в среде Blender». Практические задания, выполненные в программе, были интересны и часто непросты в решении, что позволило повысить учебную мотивацию учащихся и развитие творческих способностей.
В своем исследовании мы работали над проектированием кристаллических решеток в программе Blender 2.79. Успешная реализация данных проектов свидетельствует о достижении нами поставленной цели. На пути к цели мы изучили физические основы темы, спроектировали модели кристаллических решеток, особое внимание уделили работе в среде 3D моделирования; мы создали наглядное пособие, которое в дальнейшем облегчит работу не только нам, но и всем желающим работать по данной теме. При проведении данного исследования мы увидели взаимосвязь информатики и физики.
Мы планируем продолжать работать в данном направлении, которое предполагает проектирование и печать различных моделей, которые в дальнейшей используются как средства обучения. При работе мы проявляем творческий подход, реализуем свои идеи и дополняем предложения друг друга. Также мы планируем спроектировать и распечатать конструктор, что позволит нам создавать более сложные модели для использования на уроках.
Инженерное направление, развивающееся в нашем Лицее в этом учебном году, получило большую популярность и результаты проведенного нами исследования свидетельствуют об успехах в данной области.
СПИСОК ИПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Процесс подготовки к печати
Печать элемента модели магния
Напечатанная модель лития
Построение модели меди в цвете
Построение модели магния. Выравнивание по осям. Отцентровка
Проведение мастер-класса в параллели седьмых классов
Как сделать кристаллическую решетку своими руками
Как сделать красивый кристалл: пошаговое описание как сделать кристалл в домашних условиях (видео + 95 фото)
Кристаллы, такие красивые и манящие, на эти камни хочется смотреть бесконечно. Естественная среда обитания, горные породы и пещеры, а вы знали, что их можно вырастить дома? Разобраться в нюансах, как правильно выращивать кристаллы своими руками поможет эта статья.
Разнообразие кристаллов в природе велико и разнообразно: по размерам, цветовой гамме, количеству граней, редкости. Существуют искусственные кристаллы, произведенные в промышленных масштабах. Изумруды, алмазы, аметисты – используются в ювелирной промышленности.
Третий вид кристаллов, кристаллов, выращенных дома, под наблюдением домашнего творца, пусть и неопытным любителем химии. Фото самодельных кристаллов и найденных в природе мы можем увидеть здесь.
Инструкции для выращивания дома
Взращивание кристаллов дома – несложная, занимательная процедура, при условии освоения элементарных требований подобных экспериментов, подготовки необходимых предметов.
Определимся что нужно для выращивания кристаллов своими руками:
Базовый инвентарь
Процесс роста кристалл достаточно долгий, может занять не менее двух месяцев. Кристаллическая решетка, цвет кристалла, на все это влияет сделанный раствор, выбранная емкость, состояние окружающей среды (влажность).
Как сделать кристаллическую решетку своими руками
План изготовления модели кристаллической решетки.
2.Нанизать размягченные горошины на зубочистки.
3.По схеме собрать модель кристаллической решетки поваренной соли и квасцов.
4.Дать высохнуть гороху.
5.По желанию покрыть кристаллическую решетку лаком.
В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества.
Наша задача познакомиться со строением вещества.
При низких температурах для веществ устойчиво твёрдое состояние.
☼ Алмаз, подвергнутый ювелирной обработке – огранке, шлифовке, называют бриллиантом.
При плавлении в результате тепловых колебаний порядок частиц нарушается, они становятся подвижными, при этом характер химической связи не нарушается. Таким образом, между твёрдым и жидким состояниями принципиальных различий нет.
У жидкости появляется текучесть (т. е. способность принимать форму сосуда).
Жидкие кристаллы открыты в конце XIX века, но изучены в последние 20-25 лет. Многие показывающие устройства современной техники, например некоторые электронные часы, мини-ЭВМ, работают на жидких кристаллах.
Если вещество состоит из многоатомных молекул вытянутой или пластинчатой формы и имеющих несимметричное строение, то при его плавлении эти молекулы ориентируются определённым образом друг относительно друга (их длинные оси располагаются параллельно). При этом молекулы могут свободно перемещаться параллельно самим себе, т.е. система приобретает свойство текучести, характерное для жидкости. В то же время система сохраняет упорядоченную структуру, обусловливающую свойства, характерное для кристаллов.
Высокая подвижность такой структуры даёт возможность управлять ею путём очень слабых воздействий (тепловых, электрических и др.), т.е. целенаправленно изменять свойства вещества, в том числе оптические, с очень малыми затратами энергии, что и используется в современной технике.
Типы кристаллических решёток
Любое химическое вещество образованно большим числом одинаковых частиц, которые связаны между собою.
При низких температурах, когда тепловое движение затруднено, частицы строго ориентируются в пространстве и образуют кристаллическую решётку.
Кристаллическая решетка – это структура с геометрически правильным расположением частиц в пространстве.
В самой кристаллической решетке различают узлы и межузловое пространство.
Одно и то же вещество в зависимости от условий ( p , t ,…) существует в различных кристаллических формах (т.е. имеют разные кристаллические решетки) – аллотропных модификациях, которые отличаются по свойствам.
Например, известно четыре модификации углерода – графит, алмаз, карбин и лонсдейлит.
☼ Четвёртая разновидность кристаллического углерода «лонсдейлит» мало кому известна. Он обнаружен в метеоритах и получен искусственно, а строение его ещё изучается.
☼ Сажу, кокс, древесный уголь относили к аморфным полимерам углерода. Однако теперь стало известно, что это тоже кристаллические вещества.
☼ Кстати, в саже обнаружили блестящие чёрные частицы, которые назвали «зеркальным углеродом». Зеркальный углерод химически инертен, термостоек, непроницаем для газов и жидкостей, обладает гладкой поверхностью и абсолютной совместимостью с живыми тканями.
☼ Название графита происходит от итальянского «граффитто» – пишу, рисую. Графит представляет собой тёмно – серые кристаллы со слабым металлическим блеском, имеет слоистую решётку. Отдельные слои атомов в кристалле графита, связанные между собой сравнительно слабо, легко отделяются друг от друга.
вопрос опубликован 17.01.2017 07:46:14
Надо п укнуть на обычную решеточку
Если сомневаешься в правильности ответа или его просто нет, то попробуй воспользоваться поиском на сайте и найти похожие вопросы по предмету Физика либо задай свой вопрос и получи ответ в течении нескольких минут.
Кристаллы
Нужно признаться, что в 10-м номере «Квантика» за 2018 год я вас немножко обманула. Не всех, а только тех, кто слепил из пластилина молекулы поваренной соли (NaCl) и оксида железа (Fe2O3). Дело в том, что таких молекул нет. Соль не состоит из молекул!
Если «посмотреть» на неё в очень сильный электронный микроскоп (в обычный оптический такие мелкие детали не разглядеть), окажется, что вместо того, чтобы попарно разделиться на молекулы — каждому атому натрия свой атом хлора, — все атомы построены, как солдаты на плацу! Да ещё и не на плоскости, а в пространстве. На одинаковых расстояниях друг от друга чередуются Na — Cl — Na — Cl —. Если этот строй и слепился из молекул, уже не различить, где какая, и не понять, с каким атомом хлора мог быть сцеплен этот атом натрия: все соседние атомы Cl находятся от него на равных расстояниях.
Это — ионный кристалл (рис. 1). Помните, что такое ионная связь? Атом хлора «отбирает» у атома натрия электрон, и оба атома становятся ионами — «дефектными» атомами с числом электронов, не равным числу протонов, и оттого заряженными: натрий положительным, а хлор отрицательным. Теперь они притягивают друг друга. Но если рядом много других таких же ионов, то ведь все отрицательные притягиваются ко всем положительным! Правда, от всех других отрицательных при этом отталкиваются. Получается, что им удобно расположиться в таком вот шахматном порядке. И хотя каждый отдельный хлор отобрал электрон у какого-то одного натрия, притягивается он ко всем своим соседям-натриям. Так что число связей-«ручек» оказывается намного больше.
Это соединение получается очень твёрдым и прочным. В магазинах в основном продают мелко помолотую соль, а если взять соль крупного помола или вообще «каменную» — необработанную, то раздробить её можно разве что молотком.
Оксид железа — тоже кристаллическое вещество, но ионы железа и кислорода выстраиваются иначе — кристаллическая решётка другая (рис. 2).
Рис. 2. Кристаллическая решётка оксида железа Fe2O3
Задача 1
Угадайте, каким цветом на рисунке 2 изображены ионы железа, а каким — кислорода. Подсказка: все атомы одного элемента в этом кристалле равноправны, то есть их положение относительно соседей и количество связей с соседями одно и то же.
Кристаллы возникают не только у веществ с ионной связью между атомами. Они могут составляться и из таких атомов, которые делятся электронами друг с другом, а не отдают «насовсем» — это называется ковалентной связью. Так, углерод может образовывать даже несколько разных видов кристаллов, «под настроение» — смотря какие условия вокруг. И в зависимости от того, как построились атомы — одни и те же атомы углерода! — получаются совсем разные вещества. (А если атомы никак не построились, а «валяются» как попало — получается сажа.)
Задача 2
Алмаз и графит (из которого делают стержни для карандашей) — два разных кристаллических вещества из атомов углерода. Вспомните, что вы знаете об этих веществах, и скажите: какое из них справа, а какое слева на рисунке 3?
Рис. 3. Кристаллические решётки графита и алмаза: где чья?
Алмаз — одно из самых твёрдых известных веществ. Это благодаря тому, что атомы в кристаллической решётке «растопыривают» свои палочки-связи почти симметрично во все стороны. В кристалле графита атомы образуют относительно прочную похожую на пчелиные соты структуру в каждой из горизонтальных (на рисунке) плоскостей, а между плоскостями и расстояние почти в 3 раза больше, чем между соседними атомами в шестиугольниках, и связи слабенькие. Поэтому при нагрузке, даже небольшой — например, когда мы проводим карандашом по бумаге, — связи между плоскостями легко разрушаются, и графит «отламывается» целыми слоями — остаётся на бумаге.
А бывает, что в кристаллы строятся не отдельные атомы, а целые молекулы. Например, лёд: это тоже кристаллическое вещество, но решётку образуют молекулы воды (рис. 4). В каждой молекуле воды кислород хоть и «делится» своими электронами с атомами водорода, но при этом «оттягивает» все общие электроны от ядер водорода — поближе к себе. Так что каждый электрон вроде бы вертится вокруг обоих ядер, но вокруг кислорода — больше. Получается, что кислород немножко заряжен отрицательно, а водород — положительно. И вот в результате кислородный «конец» одной молекулы притягивается к водородному «концу» другой. Это притяжение и удерживает их в решётке.
Рис. 4. Кристаллическая решётка льда. Красные шарики — кислород, серые шарики — водород
Большая свобода электронов обеспечивает одно из главных свойств металлов — способность проводить электрический ток. Ток — это упорядоченное (дружное, в одну сторону) движение заряженных частиц. Если присоединить кусок металла к батарейке, ионы решётки стоят неподвижно, а электроны бегут (точнее, дрейфуют — бегая туда-сюда, постепенно сдвигаются) все в одну сторону, к «плюсу» батарейки. Это не значит, что их в металле становится меньше: ведь ток течёт, только когда металлический провод подсоединён к батарейке. И вместо электронов, «убегающих» в батарейку на одном конце провода, из батарейки приходят новые электроны на другой конец. Провод при этом всегда остаётся незаряженным. Но если батарейку присоединить к куску пластмассы, резины или даже к сухой деревяшке — ток не потечёт: нет свободных электронов, все привязаны к своим молекулам, некому бежать.
Задача 3
Не очень чистая вода (и, например, мокрая деревяшка) проводит ток, хотя она и не металл. Что же «бегает» в этом случае?
«Бегают» подвижные заряженные частицы, плавающие в воде. Обычно это растворённые в ней соли: в воде кристалл соли разваливается на куски — отдельные ионы, не спешащие возвращать друг другу отобранные электроны. Чем больше солей — тем лучше вода проводит ток. А через очень чистую воду ток не идёт.
Кристаллическое или аморфное?
Вообще-то все «по-настоящему твёрдые» вещества, хорошо сохраняющие свою форму, — кристаллические. Хотя вот пластилин или глина например, когда засохнут, — вполне твёрдые, а вовсе не имеют кристаллической структуры. Такие вещества называются аморфными (не имеющими формы): молекулы (или атомы) в них не построены в строгом порядке, а «набросаны» более-менее как попало. Часто бывает, что одни и те же молекулы могут образовывать и кристаллическое вещество, и аморфное (вспомните алмаз, графит, уголь и сажу). Чтобы атомы успели «построиться» в кристалл, расплавленное вещество должно остывать достаточно медленно. Если остужать его быстрее — получится аморфное тело.
У кристаллических веществ есть определённая температура плавления, у каждого своя; если нагреть их до этой температуры, они резко меняют свои свойства и плавятся, превращаются в жидкость: кристалл разваливается на отдельные молекулы. У аморфных тел никакой определённой температуры плавления нет — при нагревании они плавно становятся всё более текучими. Молекулы (или атомы) в них и так уже расположены как в жидкости.
Задача 4
При нагревании аморфные тела (например, стекло) становятся более «жидкими», молекулы в них — более подвижными. Почему же глина при обжиге становится не мягкой, а очень твёрдой?
При обжиге из глины испаряется вся вода, которая обеспечивала подвижность глины; идут химические реакции: глина состоит из разных компонентов, и часть из них — органические добавки — сгорает, другая часть «перестраивается». Так что глина до обжига и керамика, получившаяся после, — два разных вещества.
Элементарная ячейка и виды решёток
Например, кристаллическая решётка поваренной соли получается многократным повторением такого кусочка: Na — Cl. Это и есть элементарная ячейка соли, в ней два атома. А в элементарной ячейке полония — всего один атом (рис. 5). Такая кристаллическая решётка называется простой кубической: весь кристалл можно составить из одинаковых кубиков, в каждом — один атом (на рисунке один из этих кубиков выделен синим). Это и есть элементарная ячейка.
Рис. 5. Простая кубическая решётка и её элементарная ячейка
Обратите внимание! Чёрные линии, которыми на этом и следующих рисунках изображены связи между ионами, тоже образуют кубики. Но «разрезать» (даже мысленно) кристалл на ячейки удобнее не по ним — а то атомы попадут на границы разрезов, и мы легко запутаемся, разбираясь, «считается» ли этот атом внутри того или этого кубика. Лучше просто сдвинуть нашу воображаемую (синюю) сетку из элементарных ячеек.
Следующий по сложности тип решётки — такой, в котором атомы расположены не только по вершинам кубиков, нарисованных чёрными палочками-связями, но и в центре каждого кубика (рис. 6, слева). Так устроены, например, кристаллы железа. А другие атомы — например, меди и золота — предпочитают строиться в гранецентрированные решётки, у которых атомы стоят в вершинах кубов и в центрах их граней (рис. 6, справа).
Рис. 6. Кубические решётки: объёмноцентрированная и гранецентрированная
Задача 5
Нарисуйте элементарные ячейки кристаллических решёток железа и золота. Сколько атомов в каждой из них? Если трудно сразу разобраться с объёмной картинкой, нарисуйте сперва «квадратную реброцентрированную» решётку на плоскости и выясните, какая у неё элементарная ячейка.
В квадратной реброцентрированной решётке на плоскости 3 атома в элементарной ячейке: при сдвигах синего квадратика вверх-вниз и вправо-влево из одного получатся все «узловые» атомы, из другого — все центры горизонтальных рёбер, из третьего — центры вертикальных.
В элементарной ячейке железа (объёмноцентрированная решётка) два атома: один — из тех, что стоят в узле чёрной решётки, и один — в центре клетки чёрной решётки. Остальные узлы и центры клеток получатся сдвигом элементарной ячейки.
В ячейке золота (гранецентрированная решётка) 4 атома: «узловой» и 3 центра граней — горизонтальной, фронтальной и боковой.
Как мы видели на примере углерода, бывают и некубические решётки: у графита, например, элементарная ячейка имеет форму шестиугольной призмы.
Задача 6
Один упорный школьник решил сделать из пластилина и спичек точную модель кристаллической решётки железного кубика со стороной 1 мм. Расстояние между атомами железа в соседних узлах решётки всего 3 ангстрема (пишется 3 Å), 1 Å = 10 −10 м (одна десятимиллиардная метра). Какого размера получится модель?
Задача 7
Пусть из атомов одного и того же элемента (то есть одинаковых) удалось сделать два разных кристалла: один с простой кубической решёткой, другой с гранецентрированной. Длина стороны кубика (шаг решётки) первого кристалла при этом получилась в 2 раза меньше шага решётки второго. Взяли два одинаковых по объёму больших куска обоих кристаллов. Какой из них тяжелее и во сколько раз?
Одна элементарная ячейка второго кристалла занимает объём, как 8 элементарных ячеек первого: ведь и длина, и ширина, и высота её в 2 раза больше. В элементарной ячейке второго кристалла помещается 4 атома, потому что она — гранецентрированная. А в таком же объёме первого кристалла, в 8 его элементарных ячейках, помещается 8 атомов. Значит, одинаковые по объёму куски обоих кристаллов отличаются по массе в 2 раза, первый — тяжелее.
Правда, мы не учли «краевые эффекты»: крайний слой атомов не попадает в «подсчитанные» элементарные ячейки. Но даже очень маленький кусочек кристалла содержит миллионы миллионов элементарных ячеек. Число атомов «вдоль границы» по сравнению с этим громадным числом пренебрежимо мало.
Художник Мария Усеинова
1 Или побольше, но у атомов с очень большим количеством электронов, так что на верхних этажах «электронного дома» до ядра уже очень далеко и внешние электроны держатся совсем непрочно. Из-за этого в нижних строках таблицы Менделеева почти все элементы — металлы.
2 Можете проверить это, нагревая один конец вилки или ложки над плитой или опуская их в горячую воду. Только не обожгитесь.
3 Имеются в виду «чистые» вещества, из одинаковых молекул. Смеси разных веществ (как воздух или дерево) мы сейчас не обсуждаем.
4 Самые маленькие — потому что две соседние элементарные ячейки, например, тоже можно копировать, и получится то же самое. Интересно найти самый маленький из всех возможных «кирпичиков». Но всё-таки такой, который «сохраняет симметрии решётки»: если вся решётка симметрична, например переходит сама в себя при повороте на 90°, то и элементарная ячейка должна быть так же симметрична. В частности, если решётка состоит из кубов, то и элементарная ячейка должна иметь форму куба.
Как сделать кристалл: подробная инструкция как вырастить в домашних условиях кристалл (115 фото)
Во все времена кристаллы привлекали человека. Присмотревшись, увидим, практически у всех драгоценных камней есть четкая кристаллическая решетка (хотя есть исключения). Сегодня технологии позволяют выращивать драгоценные камни искусственным способом.
Внешне неотличимы от оригинальных, имеют аналогичную структуру. Однако кристаллы – это не только минералы, даже у крупинок сахара, соли есть кристаллики, способные расти.
Давайте попробуем разобраться, как сделать кристалл в домашних условиях.
Соленый эксклюзив
Сегодня огромное количество людей наблюдают, как растут соляные кристаллы. Этот эксперимент невероятно прост. Вам не потребуются какие-то сверхординарные приспособления. Вырастить красоту можно на чем угодно.
Для подготовки к процессу уйдет не больше часа. Уже свой кристалл увидеть сможете через несколько дней.
Для экспериментаторов, которые решат выращивать на водной основе, надо изучить создание растворов, из которых образуются кристаллические фигуры. Это поистине захватывающее зрелище.
Даже можете влиять на форму решетчатой структуры во время роста.
Итак, приступим
Как сделать кристалл из соли? Чтобы его вырастит надо приготовить следующие компоненты:
Соль. Можете взять любой ее вид, но, как показала практика, лучший вариант – сульфат меди или магния. Хотя ничто не мешает взять за основу кухонную, морскую, розовую и прочую соль.
Внимание! При использовании сульфата меди защитите руки нитриловыми перчатками.
Емкость должна быть шире будущего кристалла на 5 см. Прозрачный сосуд наилучший вариант, вы сможете наблюдать за процессом роста.
Предмет, на котором будет образовываться, расти кристалл. В идеале решетчатые структуры.
Какой-то предмет, на который подвесить изделие в растворе. Это может быть палочка, струна, проволока и т.д.
Объемная кастрюля, в которой будете кипятить воду с солью и ложка.
Правильное создание раствора
Чтобы лишний раз не задаваться вопросом, как сделать чистый кристалл, надо к подготовительному процессу подойти основательно.
Для создания солевого раствора необходимо сначала измерить объем жидкости. После положить предмет в емкость, залить водой, определить нужное количество соли.
Затем замерьте воду, так как на три ее часть понадобиться одна часть соли. Поставьте кастрюлю на огонь, доведите жидкость до кипения. Убавьте пламя, всыпьте соль, помешивайте до полного растворения.
Теперь солевой раствор надо перелить в контейнер с предметом, на котором будет расти твердые тела.
Простота в красоте
Становится понятно, как сделать истинный кристалл. Для простенького варианта в емкость можно положить палочку или даже ложку, предварительно намотав по центру струну, которая должна свисать вниз, погрузившись, минимум на 4 см от дна.
Убрать емкость в место, где вы сможете наблюдать за растущей красотой.
Бумажные кристаллики
Самое интересное, делать кристалл из бумаги вполне реально. Схемы различных конфигураций посмотреть можно на просторах интернета.
Они являются отличной альтернативой елочным игрушкам, декору в помещении при оформлении к празднику, в виде упаковки и т.д.
Сахарные
С использованием сахара вы получите не просто красивые кристаллики, но и вкусное лакомство. Даже звучит заманчиво – съедобные кристаллы!
Сначала сделать сироп. Если хотите получить цветные вариации, используйте пищевые красители. Обмокните палочки в сахар, дайте им просохнуть, чтобы он не осыпался.
Сироп сварить из 2,5 стаканов сахара и 2-х воды. Сахар должен раствориться полностью.
Несколько квадратных листов бумаги проткнуть посередине засахаренными палочками.
Теперь все делать быстро: налить в стаканы сироп, капнуть краситель, положить бумажки с палочками так, чтобы они не соприкасались с дном.
Через пару недель вы получите красивые кристаллы, которым сможете угостить ребятню.
Подытожим
Мы показали вам несколько вариантов приготовления кристаллических тел. Теперь сами можете попробовать включиться в этот увлекательный процесс. Тем более, вы знаете, как сделать много кристаллов, которыми реально угощать, или создать свой, уникальный.