Как выращивать кварц в домашних условиях

Как выращивают кварц?

В обычных условиях из растворов хорошо растут кристаллы тех веществ, у которых достаточно велика растворимость. А как быть с веществами, которые не хотят растворяться, например с кварцем? Так как же тогда выращивают кварц?

Кварц – это, пожалуй, самый распространенный на Земле минерал. Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон – все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца – это горный хрусталь, т. е. прозрачные кристаллы кварца. У горного хрусталя есть ряд замечательных физических свойств. Прежде всего он прозрачен – прозрачен не только для видимого света, но и для невидимого ультрафиолетового. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и другие детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это – пьезоэлектрический эффект в кристаллах. Существует и обратный пьезоэлектрический эффект: если приложить к пьезоэлектрическому кристаллу электрическое поле, кристалл сжимается или растягивается (в зависимости от направления поля).

Много кварца на Земле, очень много, и все же природный кварц не может обеспечить нужды техники. Для оптических, электрических, акустических приборов нужны высокосовершенные, идеально однородные кристаллы кварца, а такие в природе чрезвычайно редки. В земной коре природа выращивает чудесные кристаллы кварца из горячих минеральных растворов. Нельзя ли и в лаборатории попробовать вырастить кварц из раствора? Однако, в обычных условиях кварц не растворяется ни в воде, ни в сильных растворителях, даже в кислотах. Из растворов можно кристаллизовать те вещества, у которых достаточно велика растворимость.

Чтобы увеличить растворимость, можно подобрать лучший растворитель или повысить температуру. У большинства веществ растворимость растет при повышении температуры. У водных растворов при обычных давлениях нельзя поднять температуру выше 100 0 С – вода закипит и испарится. Однако предотвратить кипение и испарение можно, если повысить давление. Так приходим к методу кристаллизации из растворов при повышенных температурах и давлениях – к гидротермальному синтезу кристаллов.

Гидротермальным методом выращивают теперь кристаллы кварца практически любых размеров, идеально чистые и однородные, несравненно более чистые, однородные и совершенные, чем природный кварц.

В этом методе выращивания кварца кристаллизаторами служат громадные цилиндрические сосуды из стали или специальных жаропрочных сплавов, которые могут выдержать и сильный нагрев, и высокие давления, и разъедающее действие растворителей. Кристаллизация ведется в герметически закрытых сосудах – автоклавах высотой до 5–6 метров и диаметром до 2–3 метров.

Автоклав заполняют щелочным растворителем, например водным раствором каустической соды. На дне автоклава находится исходное сырье для кристаллизации. Сырьем здесь служит природный микрокристаллический кварц, не пригодный ни для каких изделий. В верхней части автоклава подвешивают на стальных рамах затравки – тонкие пластинки, выпиленные из хорошего кристалла кварца, природного или искусственно выращенного. Автоклав герметически закрывают специальными затворами и нагревают, причем между дном, где лежит сырье, и верхней частью, где висят затравки, создают перепад температур: на дне температура больше, чем наверху. От нагревания раствор расширяется, уровень его поднимается, давление в герметически закрытом сосуде растет. При температурах 300–350 0 C и давлениях до 2 тысяч атмосфер размельченный кварц на дне сосуда растворяется в горячем щелочном растворителе и потоки раствора поднимаются кверху; остывая в верхних, менее нагретых участках автоклава, потоки подходят к затравкам уже пересыщенными – и на затравках начинают расти кристаллы.

Пластинка свободно подвешена в растворе, ни соседние кристаллы, ни стенки автоклава ей не мешают, и на затравке вырастает великолепно ограненный кристалл кварца. Растет он со скоростью порядка десятых долей миллиметра в сутки. Весь цикл выращивания таких кристаллов длится месяцами, до полугода!

А главное, в чем человек превзошел природу, – это в совершенстве выращенных им кристаллов. По однородности, прозрачности, совершенству структуры они намного лучше природных.

В последние годы гидротермальным методом выращивают кристаллы очень многих веществ. Для нужд техники так растят не только кварц, но и сапфир, рубин, слюду, гранаты, изумруд, топаз и многие другие кристаллы, не существовавшие ранее в природе.

Источник: www.psciences.net

Выращивание кристаллов

Выращивание кристаллов.Что нужно знать!

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми.
Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы).

Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), 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 кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество и они мешают друг другу.

Кристалл сахара

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет. Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу, например превратится в октаэдр, если используете соль хромокалиевых квасцов, ромб — если используете медный купорос.

Кристаллы
калий-алюминиевых квасцов

Выращивание кристаллов — процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

Но, есть некоторые особенности их хранения (конечно каждая соль и вещество имеют свои особенности). Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком. Медный купорос и поваренная соль — более стойки и Вы смело можете с ними работать.

Как вырастить кристалл

Кристалл йодида калия
(KI)

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например из сахара, даже каменные — искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).
В домашних условиях, конечно, всего этого у нас не получится, поэтому поступим другим образом. Будем выращивать кристаллы соли. У всех у нас есть дома обычная пищевая соль (как наверное, знаете, что её химическое название хлорид натрия NaCl). Подойдёт и любая другая соль (соль — с химической точки зрения), например, можно получить красивые синие кристаллы из медного купороса или или любого другого купороса (например железного). Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий). Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий: сделали раствор, опустили туда «зародыш» (всё это подробно описано ниже) и растёт он себе, каждый день прибавляя в росте.
Да, не следует раскрашивать раствор, где растёт Ваш кристалл, например красками или чем нибудь подобным, — это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы — это подобрать нужную по цвету соль! Но будьте внимательными: например кристаллы жёлтой кровной соли имеют красно-оранжевый цвет — а раствор получается жёлтым.
Вот теперь можем приступить!

Выращивание кристаллов поваренной соли

Кристаллы поваренной соли
(NaCl)

Кристаллы поваренной соли — процесс выращивания не требует наличия каких-то особых химических препаратов. У нас всех есть пищевая соль (или поваренная соль), которую мы принимаем в пищу. Её также можно назвать и каменной — всё одно и то же. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики. Начнём. Разведите раствор поваренной соли следующим образом: налейте воды в ёмкость (например стакан) и поставьте его в кастрюлю с тёплой водой (не более 50°С — 60°С). Конечно, в идеальном варианте, если вода не будет содержать растворённых солей (т.е. дистиллированная), но в нашем случаем можно воспользоваться и водопроводной. Насыпьте пищевую соль в стакан и оставьте минут на 5, предварительно помешав. За это время стакан с водой нагреется, а соль растворится. Желательно, чтобы температура воды пока не снижалась. Затем добавьте ещё соль и снова перемешайте. Повторяйте этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана. Мы получили насыщенный раствор соли. Перелейте его в чистую ёмкость такого же объёма, избавившись при этом от излишек соли на дне. Выберите любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли и положите его на дно стакана с насыщенным раствором. Можно кристаллик привязать за нитку и подвесить, чтобы он не касался стенок стакана. Теперь нужно подождать. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. А если проделать всё то же ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее (извлеките кристаллик и используйте уже приготовленный раствор, добавляя в него воды и необходимую порцию пищевой соли). Помните, что раствор должен быть насыщенным, то есть при приготовлении раствора на дне стакана всегда должна оставаться соль (на всякий случай). Для сведений: в 100г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35 г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт.
Так выращивают кристаллы поваренной соли (или кристаллы соли, форма и цвет которых Вам больше нравится)

Читать еще:  Секреты агрономов как вырастить томаты из семян в домашних условиях на рассаду, правила ухода

Выращивание кристаллов медного купороса

Кристаллы медного купороса — выращиваются подобным образом, также, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор соли, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли медного купороса.
Внимание! медный купорос- — химически активная соль! Поэтому для удачности опыта в этом случае воду нужно взять дистиллированную, т.е. не содержащую других растворённых в ней солей. Из под крана воду тоже лучше не брать, так как она во-первых содержит растворённые соли, во-вторых может быть сильно хлорированной. Примеси (особенно карбонаты в жёсткой вроде) вступают в химические реакции с медным купоросом, из-за чего раствор сильно портится
Если всё в порядке, — продолжим. Если Вы решили не переливать раствор из ёмкости, в которой первоначально рос маленький кристаллик, тогда подвесьте кристаллик, что бы он не касался других кристалликов, оставшихся на дне!

Выращивание кристаллов производят не только из растворов, но и из расплавов соли. Ярким примером могут служить жёлтые непрозрачные кристаллы серы, имеющие форму ромба или вытянутых призм. Но с серой, особо, работать не советую. Газ, образующийся при её испарении, вреден для здоровья.
Можно избежать роста отдельных граней кристаллика. Для этого эти грани надо нанести раствор вазелина или жира.

Выращивание кристаллов меди

: Кристаллы меди (Cu)

Теперь вырастим красные кристаллы меди. Нам необходимы медный купорос, поваренная соль, стальная пластинка по форме сечения ёмкости (немного меньшего периметра. Можно использовать стальную стружки или кнопки), где будут расти кристаллы меди и кружок из промокательной бумаги в форме сечения. Итак, положите немного медного купороса на дно пузырька (желательно равномерно по площади). Сверху насыпьте поваренной соли и закройте всё это вырезанным кружком бумаги. На неё положите железную пластинку (или засыпьте стальной стружкой). Всё это вместе надо залить насыщенным раствором поваренной соли (такой раствор мы готовили из поваренной соли). Оставьте ёмкость приблизительно на неделю. За это время вырастут иглоугольные красные кристаллы меди. Когда идёт процесс роста старайтесь не переносить ёмкость, а также очень нежелательно изымать кристаллики из раствора.

Можно вырастить кристалл разноцветным и многослойным. Их получают путём приготовления растворов квасцов (двойные соли серной кислоты) и переносят поочерёдно выращиваемый кристаллик из одного раствора в другой.

Если смешать горячие концентрированные растворы сульфатов алюминия Al2(SO4)3 и калия K2(SO4), а полученный раствор охладить, то из него начнут кристаллизоваться квасцы — двойной сульфат калия и алюминия 2KAl(SO4)2•12Н2О. Квасцы растворяются в воде так: 5,9 г на 100 г воды при 20 °С, но уже 109 г — при 90 °С в пересчёте на безводную соль. При хранении на воздухе квасцы выветриваются. При температуре 92,5 °С они плавятся в своей кристаллизационной воде, а при нагревании до 120 °С обезвоживаются, переходя в жжёные квасцы, которые разлагаются лишь при температуре выше 700 °С. Молекулы воды, входящие в состав квасцов, связаны химической связью с ионами калия и алюминия, поэтому соли квасцов имеют формулу, которую правильнее записывать в виде комплексной соли [K(H2O)6][Al(H2O)6](SO4)2.

Жидкие кристаллы — это вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой — расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах они замерзают, превращаясь в твёрдые тела. Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Их свойствами можно управлять, подвергая действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров.

Этап 1: Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогтерть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль до тех пор, пока будете уверены, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендую использовать дистиллированную воду (т.е. не содержащую примесей других солей)
Этап 2: Насыщенный раствор перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе следите, чтобы раствор не особо остывал.
Этап 3: Привяжите на нитку кристаллик соли, нитку привяжите например к спичке и положите спичку на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор (этап 3). Кристаллик опустите в насыщенные раствор.
Этап 4: Перенесите ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).
Этап 5: Накройте чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставьте раствор на пару дней.

1. кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора
2. не допускать попадание мусора в насыщенные раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду
3. следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор

Источник: www.kristallikov.net

Как выращивать кварц в домашних условиях

Технология производства синтетического кристаллического кварца гидротермальным методом

Семейство кремнезема включает в себя удивительно разнообразные драгоценные камни. Кроме бесцветных минералов, называемых горным хрусталем, в него входят фиолетовый аметист, желтый или коричневый цитрин, дымчатый кварц, розовый кварц и коричневая разновидность кварца с включениями асбеста — тигровый глаз. Все эти разновидности кварца представляют собой кристаллическую форму кремнезема, или двуокиси кремния (SiO2), с различными типами примесей, определяющими характер окраски.

Кварц привлек к себе особое внимание в середине XX века. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическим свойством, означающим, что они могут вибрировать при приложении переменного электрического поля, причем вибрация характеризуется постоянной частотой, зависящей от размера изделия. Пластина, вырезанная из кристалла кварца, имеет характерную частоту, которая стабильна в чрезвычайно узком диапазоне при условии, что температура кварца остается постоянной. Вследствие этого кварцевая пластина — неотъемлемая деталь пьезокварцевого генератора, важного прибора в технике.

Специалисты по выращиванию кристаллов нашли превосходный метод получения крупных и довольно совершенных кристаллов кварца в автоклавах, правильно восприняв намек природы. Если к воде добавить щелочи, то при температуре около 400 o С растворимость кварца становится довольно высокой.

Читать еще:  О выращивании чечевицы: посадка и возделывание культуры, агротехника

Обычно кварц выращивают методом с использованием температурного градиента, когда затравочные пластины, вырезанные из кристаллов, расположены в верхней холодной части раствора, а мелкие частицы кварцевой «пищи» — в нижней горячей секции. Обычно в той части, где расположены затравки, температура 360 o С, а в питающей области — 400 o С. Количество раствора тщательно регулируется с тем, чтобы при температуре и давлении, необходимых для выращивания кристаллов, он полностью заполнял полость сосуда. При высокой температуре мелкие частицы кварца растворяются и конвективными потоками кремнезем переносится выше в область, где растут кристаллы. Затравочные пластины вырезаются перпендикулярно оси третьего порядка кристалла кварца, вдоль которой скорость роста наибольшая. Кристаллы могут расти со скоростью около 1 мм/сут.

В конечном итоге кристалл должен был бы увенчаться двойной пирамидой, однако искусственное выращивание заканчивают раньше, так как габитусные грани пирамиды растут очень медленно. Поверхность синтетического кристалла имеет характерный вид булыжной мостовой, что делает возможным узнавать такие кристаллы до их огранки. Неровная поверхность кристалла связана с дефектами внутренней структуры кристалла, это позволяет индентифицировать синтетические кристаллы кварца даже после огранки, правда для обнаружения этих дефектов структуры могут понадобиться сложные приборы.

Сосуд высокого давления, используемый для гидротермального выращивания кварца, изготавливают из прочных стальных сплавов, так как он должен выдерживать давления примерно от 1000 до 2000 атм при температуре 400 o С. Он должен быть стойким к химическому воздействию раствора и может быть футерован благородными металлами, такими как золото, серебро или платина. Сосуды высокого давления, называемые автоклавами, могут иметь внутренний диаметр до 30 см или более, в них выращивают кристаллы весом более десятка килограммов, необходимые для промышленных целей. В очень редких случаях кристаллы синтетического кварца используют в качестве драгоценных камней, так как природный горный хрусталь доступен и недорог.

До начала 70-х гг. XX века производство окрашенных кристаллов кварца испытывало трудности, связанные с тем, что соли многих металлов нерастворимы в щелочных растворах, а растущие кристаллы кварца характеризуются очень сильной тенденцией «отторгать» примеси, которые в течение процесса роста кристалла кварца остаются в растворе неизменными. Это свойство поясняет природную чистоту кристаллов горного хрусталя и молочную белизну кристаллических агрегатов кварца, достаточно распространенных в природе.

Железо может входить в состав кристаллов, если для растворения кварца вместо натриевых в воде растворяют калийсодержащие соединения. В этом случае кварц приобретает зеленую или коричневую окраску. Эти цвета не особенно привлекательны, и их нельзя было изменить на более желательный фиолетовый цвет аметиста. Голубой кварц впервые был получен в СССР, где выращивание кварца из гидротермальных растворов велось в очень широких масштабах. Привлекательный голубой цвет, не характерный для природных камней, обусловлен присутствием кобальта. Голубые кристаллы получены нагреванием кобальтсодержащих камней в восстановительной (при дефиците кислорода) атмосфере в результате превращения трехвалентных ионов кобальта в двухвалентные.

Коричневые синтетические кварцы, напоминающие природный цитрин, были получены добавлением в гидротермальный раствор соединений железа, причем затравочные пластины вырезались в специально выбранных направлениях. Коричневая окраска обусловлена или вхождением в кристаллическую решетку ионов трехвалентного железа, или тонкодисперсными силикатами железа, присутствующими в виде очень мелких частичек внутри кристалла кварца. Низкие концентрации ионов трехвалентного железа приводят к образованию кристаллов желтого цвета (классических ювелирных цитринов).

Зеленые камни, не существующие в природе, получают нагреванием коричневых разновидностей для восстановления трехвалентного железа до двухвалентного или в кристаллической решетке, или в тонкодисперсных частичках.

При радиоактивном облучении (например, в качестве источника излучения используют кобальт-60) содержащий железо кварц приобретает фиолетовую окраску, характерную для аметиста. Такой цвет обусловлен существованием в веществе так называемых центров окраски, которые выполняют роль электронных ловушек и задерживают именно те электроны, которые вызывают селективное поглощение света и тем самым приводят к окрашиванию камня в фиолетовый цвет.

Можно предположить, что для центров окраски, определяющих цвет аметиста, необходимо присутствие ионов трехвалентного железа. Образование центров окраски требует относительно высоких энергий при низкой температуре. Эту энергию наиболее удобно подавать с помощью радиоактивных частиц, которые бомбардируют кристалл. Если бомбардировка осуществляется при высоких температурах, то центры окраски не образуются, так как в этом случае электроны возвращаются на свои первоначальные орбиты. И действительно, эксперименты подтверждают, что фиолетовая окраска исчезает, если камни нагревать. Вероятно, метод, используемый для получения синтетического аметиста, воспроизводит реальные природные условия, так как естественные кристаллы кварца при образовании аметиста длительное время подвергаются радиоактивному облучению благодаря присутствию в породах радиоактивных элементов.

Темно-коричневый цвет кристаллов дымчатого кварца также обязан характерному экранирующему воздействию центров окраски. В естественных минералах эти центры образуются благодаря одновременному присутствию в кристаллах примесей натрия (или лития) и алюминия, которые обязательно впоследствии должны быть облучены. Цвет синтетических камней усиливается при добавлении в раствор небольших количеств германия с последующим облучением получаемых кристаллов, которые до этого были бесцветными.

Таблица получения цвета синтетического кварца

Цвет Сходен с камнем Метод получения
Голубой В природе не встречается Добавление кобальта и восстановление при нагревании
Коричневый Цитрин Добавление железа
Желтый Цитрин Добавление железа (низкие концентрации)
Коричневый Дымчатый кварц Добавление алюминия и облучение
Зеленый В природе не встречается Добавление железа и восстановление при нагревании
Желто-зеленый Александрит, гелиодор Гамма-облучение и тепловая обработка
Фиолетовый Аметист, александрит Добавление железа и последующее облучение

» драгоценные камни
» полудрагоценные камни
» поделочные камни
» оригинальные камни
Месторождения самоцветов
Это интересно, все о камне Продажа изделий
Подвески, сувениры
Изделия «Opere Plumarii»
Бусы, браслеты из камней
Камни, кристаллы, образцы
Шары, яйца, пирамидки
Четки ручной работы, камни
Нефрит, массажеры, видео
Фигурки из бронзы на камне
Кожа с камнями — подвески

Интернет-магазин, продажа сувениров и аксессуаров, дружественный сайт
» Продажа сувениров, сумочек из кожи, бусы, четки, изделия из дерева, бронзы
» Пояса, сумочки, кожа, оригинальные и редкие аксессуары современной одежды
» Браслеты, серьги, кольца, «Ловец снов», подвески, сувениры ручной работы
» Продам черепа, хвосты, изделия из бисера, колье, открытки ручной работы

Источник: jewellery.org.ua

Выращивание кристаллов искусственного кварца

Как известно, кварц – это основной компонент фотоэлемента. Его распространенность в природе очень высока, но не смотря на этом, в чистом виде кварц практически не встречается. Что представляет из себя кристалл кварца? Это кремзем (двуокись кремния SiO2) с различными примесями, которые определяют цвет кристалла.

Семейство кремзема достаточно обширно и включает в себя различные драгоценные и полудрагоценные камни: горный хрусталь, аметист, цитрин, дымчатый и розовый кварц, асбест и т.д. В производстве солнечных панелей можно использовать различные виды кварца, но чаще используют дымчатый кварц.

К сожалению, выращивание кварца в домашних условиях практически невозможно, кристаллы достаточного размера и нужной формы выращивают, а точнее запекают при 400 С в автоклавах. Если в обычную воду добавит различные щелочи, кварц и запечь получившуюся смесь в автоклаве под высоким давлением и температурой, то растворимость кварца увеличится. Примерно по такому же принципу кристаллы выращивает мать-природа.

В производстве этот процесс усложнен и в более сложном виде он выглядит следующим образом. Температура в автоклаве распределяется неравномерно. В нижней части установки температура достигает 400 С, а то время как в верхней части не достигает и 360 С. В верхней части автоклава устанавливают «затравочные» пластины кварца. При интенсивном нагреве «кварцевой пищи», расположенной на самом дне установки и высоком давлении на нее, микрочастицы кварца растворяются в щелочной ванне и кремзем при помощи конвекционных потоков поднимается выше, к «затравочным» пластинам. На затравочных пластинах кварц (точнее его микрочастицы в виде кремзема) оседает и растет по специальным «осевым» направляющим с примерной скоростью в 1 мм/сутки.

Сам автоклав – особым образом устроенный герметичный сосуд, должен выдерживать давление до 2000 атм. и температуру более 400 С. Кроме того, сосуд должен быть устойчив к химическому воздействию щелочей и их соединений. Изготовление такой установки требует больших денежных и ресурсных затрат, к тому же, для обеспечения нормальной работы автоклава, требуются высококвалифицированные инженеры.

Если вы много времени проводите за рулем, тогда вам стоит установить детектор cobra 955, который поможет без происшествий ездить по дорогам. Тем более, что узнать все характеристики модели можно запросто в сети.

Источник: ecofriendly.ru

Выращивание кристаллов кварца гидротермальным методом

Среди минералов, которые представляют собой промышленно важный объект, на первом месте стоит кварц. Кварц используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах («кварцем» в техническом сленге иногда называют кварцевый резонатор-компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов). В больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок). Также применяется в производстве кремнезёмистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле. Казалось бы, не стоит синтезировать кварц только из-за его декоративных свойств, однако синтез кварца для поделочных целей широко распространен, и некоторые его искусственные разновидности трудно отличить от их природных аналогов. Дело в том, что техническая ценность кварца способствовала развитию его промышленного синтеза в широких масштабах. Если к монокристаллу кварца приложить давление в соответствующем направлении, то на кристалле возникает электрический заряд, а если к вырезанной из кварца пластинке приложить переменное напряжение, эта пластинка начнет вибрировать заданным образом. Однако большая часть природных кристаллов кварца не соответствует требованиям, предъявленным промышленностью, поскольку в них часто развиты двойникование и другие несовершенства (это портит пьезоэлектрические свойства кварца). В период второй мировой войны природного кварца оказалось недостаточно, чтобы удовлетворить растущую потребность, жизненно необходимыми стали работы по получению синтетического материала. К концу войны из природных кристаллов изготовлялись кварцевые пластинки общей стоимостью 1млн.долл. И дальнейшее снабжение промышленности сырьем становилось затруднительным. Хотя кварц является широко распространенным минералом, найти пригодные для разработки месторождения подходящего для технических целей сырья нелегко.

Читать еще:  Лианы комнатные: фото и названия, уход в домашних условиях

Выращивание гидротермальным методом. Процесс, используемый в лабораторных условиях для выращивания кристаллов кварца, почти всегда по своей сущности тот же, что и в природе. Кварц растворяется в воде при достаточно высокой температуре (необходимые температуры воды могут быть достигнуты, только под давлением). Помещенный в сосуд высокого давления (автоклав) с соответствующим образом контролируемыми температурой и давлением, кварц будет растворяться в одной части сосуда и отлагаться — в другой. Это метод транспортного гидротермального роста. В качестве шихты используется крошка из природного кварца, а новые кристаллы образуются на специально подготовленной затравке.

Лабораторное выращивание кварца начали проводить в середине XIX в., и первым, кому удалось вырастить кварц гидротермальным методом, был Сенармон. Он пользовался запаянной стеклянной трубкой, в которой были вода, бикарбонат натрия, щелочной силикат и одно из соединений мышьяка, по-видимому, реальгар. Трубка помещалась в ружейный ствол, который затем нагревался. В результате образовались микроскопические кристаллики кварца[5].

Кварц, не растворимый в воде при комнатной температуре, начинает растворяться по мере приближения температуры и давления к критической точке воды в замкнутой системе. Повышения температуры до точки кипения недостаточно, поскольку растворимость при этом почти не увеличивается. Кристаллизационный сосуд обычно заполняют водой на 85%, герметически закупоривают и нагревают. При температуре выше 100?С давление начинает возрастать, поскольку вода частично закипает. Это повышает точку кипения воды. При 200?С большая часть воды превращается в пар, который при дальнейшем увеличение температуры становится перегретым. Давление растет за счет расширения пара, приближаясь к 1360 кг/смІ при 300°С [5].

Закупоренный сосуд будет содержать пар с удельным весом 0,85, поскольку изначальное заполнение водой составляло 85%. Если допустить дальнейший подъем давления, то сосуд может взорваться (отсюда его второе название- «бомба»). Величина растворимости в 0,1% по массе достигается при давлении около 1400 бар, но для хорошего роста кристалла требуется более высокая растворимость. Чтобы ее повысить, к воде добавляют минерализаторы. Можно взять любой минерализатор, лишь бы он реагировал с кварцем с образованием устойчивого соединения. На практике большей частью применяется едкий натр или сода (NaOH или Na2CO3 )[5].

Шихта в виде раздробленного природного кварца помещается на дно сосуда, а тонкие затравочные пластинки (толщина их может быть около 1 мм) располагается над шихтой на серебряной решетке. Добавляется минерализатор и сосуд закупоривается. Так как при росте давление повышается, были разработаны специальные запорные устройства. Нагреватель располагается вокруг сосуда, и вся система помещается на нагреваемую плиту внутри хорошо закрывающегося бокса из стальных листов. Нередко весь аппарат помещают под землю, чтобы свести к минимуму последствия возможного взрыва, или же применяют защиту в виде брони [5].

Нагреватель и нагреваемая плита должна создавать температурный градиент около 40°С. Тогда в нижней части сосуда будет образовываться насыщенный кварцем раствор; происходящее при этом повышение плотности компенсируется увеличением температуры, вызывающим термическое расширение и снижение плотности. Различие в плотности приводит к образованию конвекционных потоков и заставляет насыщенный раствор подыматься кверху. При достижении верхней части сосуда этот раствор уже не может удержать весь содержащийся в нем кварц, и избыточное количество кварца осаждается на затравочных пластинках. Охлажденный раствор вновь спускается вниз, и процесс повторяется[5]. Чтобы достичь более быстрого роста нижних затравочных пластин и обеспечить равномерное отложение кварца, между нижней и верхней частями сосуда помещается перегородка. Она имеет форму пластинки с многочисленными отверстиями. Ее назначение-регулировать конвекцию. Скорость роста варьирует в значительных пределах в соответствии с условиями роста и требованиями к кристаллу, однако для получения высококачественных кристаллов оптимальная скорость роста-около1 мм в сутки [5].

Рис.3 Футерованный серебром автоклав, для гидротермального выращивания кварца. 1 — термоизоляция; 2 — затравочные пластинки; 3- дырчатая перегородка; 4- исходный материал (шихта); 5 — обогащенный кремнеземом водный раствор; 6-серебряная футеровка; 7-электрический нагреватель

Применяя затравочные кристаллы разной кристаллографической ориентировки, можно определить удельные относительные скорости роста разных граней. Независимо от условий выращивания выдерживается следующий порядок скоростей. Очень быстро растет базис (так называемый Z-срез || <0001>), затем следует малый ромбоэдр (r-срез || <01 1 1>), основной ромбоэдр (R-срез || <10 1 1>) и призма (m-срез || <10 1 0>) [3].

Обычно в качестве затравочных пластинок применяют Z-срезы. После выращивания базисные грани с обеих сторон зародыша покрыты мозаикой, состоящей из отдельных бугров. Стороны бугров являются гранями пирамиды. В центре бугра в большинстве случаев можно обнаружить треугольные ямки, которые кристаллографически ориентированы. При возрастании пересыщения отдельные бугры становятся крупнее. Грани пирамиды и треугольные ямки отсутствуют. С возрастанием толщины слоя роста увеличивается также поперечное сечение бугра [3].

В качестве шихты применяют крупные куски (длина ребра 4мм) бразильского кварца- во многих случаях только так называемые lascas, головки кварца- которые могут попасть в камеру роста. Кварц худшего качества применять в качестве шихты можно при работе с растворами Na2CO3 — NaOH — NaF с добавкой Al +3 (0,05 -0,125%)[3].

Небольшая добавка олеата натрия может существенно повысить качество и выход кристаллов кварца. Часто после вскрытия автоклава кристаллы растрескиваются. В большинстве случаев это объясняется адсорбцией пузырьков углекислого газа на поверхности растущих кристаллов. Включенный газ находится под высоким давлением предшествующего процесса выращивания и при снятии внешнего давления разрушает кристалл. Олеат натрия, очевидно, препятствует адсорбции пузырьков газа. Растрескивание кварца после процесса выращивания может быть вызвано также механическими напряжениями, если применяются затравочные пластинки, которые вырезаны из кварца, возникшего при другой температуре, нежели температуре выращивания. Конечно, здесь оказывают также влияние поверхностные нарушения затравочных пластинок. Вхождение в кварц Mn +4 вызывает сходную с аметистом окраску. CO -2 замещает Si +4 и дает синюю окраску. Группы [ AlO4 ] в комбинации с щелочными ионами, очевидно, обусловливают окраску синтетического дымчатого кварца. В общем можно констатировать: 4-валентные катионы встраиваются равномерно в решетку кварца с замещением Si, однако концентрируются в определенных зонах роста. Ионы Fe +3 вызывают желтые, а Fe +2 — зеленые полосы. Содержание примесей в различных кристаллографических направлениях различно; это отчетливо видно на кристаллах кварца, окрашенных рентгеновским облучением[3].

Гидротермальный процесс кристаллов кварца в целом достаточно эффективен; единственным затруднением является ежегодное сокращение ресурсов подходящего для шихты природного материала. Поскольку большая часть кристаллов кварца выращивается для нужд радиотехники и электроники, получаемая продукция должна иметь такую форму, которая в дальнейшем потребовала бы минимальной механической обработки. Самые медленно растущие грани наиболее развиты на кристалле после полного окончания процесса роста. Однако при выращивании промышленных кристаллов процесс роста не всегда доводится до естественного окончания, когда грани кристалла уже полностью развиты; в этих условиях преобладают быстро растущие грани. Для синтетического кварца особенно характерна бугристая или неровная поверхность, которая не встречается в природе [5].

Рис.4. Выращенный гидротермальным методом синтетический кристалл кварца с характерной бугристой поверхностью

Источник: vuzlit.ru

Ссылка на основную публикацию