Тот, кто побывал в музее минералогии или на выставке минералов, не мог не восхититься изяществом и красотой форм, которые создала «неживая» природа. А кто из нас не любовался снежинками: их разнообразие поистине бесконечно! Ещё в XVII в. знаменитый немецкий астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках», а в XX столетии были изданы альбомы, где представлены тысячи увеличенных фотографий "снежинок, причём ни одна из них не повторяет другую.
Особое место среди кристаллов занимают драгоценные камни, которые с древнейших времён привлекают внимание человека. Невозможно оторвать взгляд от сверкающих всеми цветами радуги алмазов, рубинов, изумрудов, сапфиров, аметистов... Теперь многие драгоценные камни люди научились получать искусственно. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. А можно создать и такие кристаллы, которых в природе вообще не существует.
Многие видные химики, минералоги и другие учёные начинали свои первые школьные опыты именно с выращивания кристаллов. Опыты эти относительно просты, но их результаты порой могут вызвать удивление и восхищение.
Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.
Форма кристалла зависит от формы и размера частиц данного вещества (атомов, ионов или молекул), а также от того, как они друг с другом взаимодействуют. Представьте себе, что вы укладываете паркет, а товарищ подаёт вам плитки. Легче всего работать с плитками квадратной формы — такую как ни поверни, она всё равно подойдёт к своему месту. Труднее выложить паркет из прямоугольных дощечек и особенно сложно, если у них имеются пазы и выступы, — тогда каждую можно уложить на место лишь единственным способом. А теперь вообразите, что ваш помощник очень торопится и подаёт плитки быстрее, чем вы успеваете укладывать. Тут уж правильного узора не получится: где-то плитку перекосит, и дальше всё пойдёт криво, где-то появятся пустоты (как в известной компьютерной игре «Тетрис», когда «стакан» заполняется деталями слишком быстро, и вы не успеваете уложить их без пропусков). Ничего хорошего не выйдет и в том случае, когда паркет начнут укладывать сразу десяток мастеров, каждый со своего места. Даже если они будут работать не спеша, крайне сомнительно, что соседние участки окажутся хорошо состыкованными. Скорее всего в разных местах плитки расположатся в разном направлении, а между отдельными участками ровного паркета будут зиять дыры.
Примерно то же происходит и при росте кристаллов, только здесь всё ещё сложнее: частицы должны выстраиваться не в плоскости, а в объёме. Но ведь никакого «паркетчика» тут нет — кто же укладывает частицы вещества на свои места? Оказывается, они делают это сами, непрерывно двигаясь и выбирая место, где им будет наиболее удобно. Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой
Выращивают кристаллы разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее. Правильных кристаллов при этом не получится, ведь множество быстро растущих кристалликов так же мешают друг другу, как несколько паркетчиков, работающих в одной комнате.
Другой метод выращивания кристаллов — постепенное удаление воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получаются кристаллы. Можно оставить открытый сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок — вода при этом будет испаряться медленно (особенно если сверху положить лист бумаги, который заодно защитит раствор от пыли).
Растущий кристалл можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристалл периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если исходный кристалл имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все дефекты и примет форму, свойственную данному веществу, например превратится в октаэдр, если это кристалл хромокалиевых квасцов. Время от времени кристаллизатор необходимо чистить: сливать раствор и удалять мелкие кристаллики, наросшие на основном, а также на стенках и дне сосуда. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.
Если выращенный кристалл квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить кристалл от разрушения, его можно покрыть бесцветным лаком
Монокристалл хромокалиевых квасцов.
Похожие статьи