2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как вырастить 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.

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.

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

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.

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.

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 || ), затем следует малый ромбоэдр (r-срез || ), основной ромбоэдр (R-срез || ) и призма (m-срез || ) [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

Пермский форум — Teron.online

Выращивание минералов в домашних условиях.

DэDoK 18.03.2011 — 18:43

gdv1969 18.03.2011 — 20:58

DэDoK (18.03.2011 — 18:43) писал:

DэDoK 18.03.2011 — 21:48

ra9fr 18.03.2011 — 21:51

Прикрепленные изображения

DэDoK 19.03.2011 — 13:53

gdv1969 19.03.2011 — 15:29

DэDoK (19.03.2011 — 13:53) :

evgenis 19.03.2011 — 16:11

DэDoK (18.03.2011 — 18:43) писал:

serpent 21.03.2011 — 21:32

DэDoK (18.03.2011 — 18:43) писал:

serjmd 22.03.2011 — 15:52

В Интернете можно найти много инструкций по поводу того, как выращивать кристаллы из различных химических веществ. Мы решили проверить все самостоятельно, и в качестве основы взяли обычную поваренную соль, которую можно найти на любой кухне.

Итак, наша задача – вырастить красивые кристаллы соли из насыщенного раствора. В идеале должны получиться идеальные прямоугольные кристаллы (это связано с тем, что NaCl имеет кубическую кристаллическую решетку), в реальности же… впрочем, не будем забегать пока вперед. 

Для эксперимента нам понадобятся две чистые пол-литровые стеклянные банки. В первой мы будем готовить наш раствор, во второй – выращивать сам кристалл.

Первый шаг – приготовить насыщенный раствор поваренной соли. Для этого наполним первую банку водой (в идеале – дистиллированной, я наливал из фильтра) процентов на 80 и поставим ее на водяную баню. Последняя представляет собой обычную низкую кастрюлю с водой, которая нагревается на конфорке. В эту кастрюлю и ставится наша банка.

По мере нагрева воды в банке досыпаем туда поваренную соль. Здесь нас ожидает сюрприз, по который никто не говорит – большое число «мусора» в пищевой соли. Все эти крупинки всплывают на поверхность, и их нужно аккуратно убрать. Либо, если у вас есть фильтровальная бумага, пропустить потом все через нее.

Соли можно сыпать с запасом, чтобы раствор точно получился насыщенным. В результате часть соли уже не сможет раствориться, и будет лежать на дне. Чтобы избавиться от этой соли, а также от всякого мусора (которые как раз и являются центрами роста лишних кристаллов), мы и переливаем раствор во вторую банку.

Перед всеми манипуляциями, которые были описаны выше, нужно приготовить зародыши. На них будут расти наши кристаллы. Зародыши лучше взять побольше, так как их удобнее крепить на нитку. Для этого поступаем следующим образом: насыпаем соль в солонку и трясем до тех пор, пока не высыпятся все мелкие кристаллы. Все крупные останутся внутри (они не могут пройти через отверстия солонки). Из них и выбираем нужные. Опять же – идеальный зародыш должен иметь форму, близкую к прямоугольной, с минимальными отклонениями (иначе у вас получится то, что получилось у меня).

Отобранные зародыши (или один зародыш) закрепляем на нитку, а нитку наматываем на карандаш, чтобы можно было регулировать глубину погружения.

Теперь – самая долгая фаза эксперимента. Переливаем насыщенный раствор во вторую банку, погружаем туда наши зародыши, закутываем во что-нибудь, чтобы медленнее остывало, и ждем. Если все правильно, то на следующий день наши зародыши уже подрастут, если неправильно – растворятся. Теперь просто прикрываем банку сверху бумагой, чтобы в нее не попадала пыль, и ждем еще 3-4 дня. Так как вода постепенно испаряется, то соль должна осаждаться. А осаждаться она будет как раз на наш зародыш, то есть кристалл будет расти.

Именно здесь сказывается неидеальность зародыша. То, что получилось у меня – нагромождение кристаллов – вы можете посмотреть на видео. Для наглядности я раскрасил некоторые грани черным маркером, так что вся конструкция стала сюрреалистичной в духе Сальвадора Дали.

Тем не менее, можно отметить, насколько идеальны грани у получившихся кристаллов – все ровные и по 90 градусов.

Чтобы закрепить зародыш, я делал на нитке петельку, в которую вставлял кристаллик соли. Естественно, это привело к тому, что в получившемся кристалле нитка была вросшей прямо посередине! Все это выглядит некрасиво. Сможете ли вы придумать такой способ крепления зародыша, чтобы после роста можно было спокойно отделить нитку от кристалла?

0 0 vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию