W_świecie_kryształów.pdf

chemia praktyczna

NA S£ODKO

Z zawodu chemik. Z pasji Ï po-

pularyzator nauki. Z charakteru

nieugięty bojownik o prawdę.

Żołnierz AK, powstaniec war-

szawski. W czasie czynnego ży-

cia zawodowego kierownik Pra-

cowni Badań Jakości Powłok w

Instytucie Mechaniki Precyzyj-

nej. Autor wielu prac naukowych

i ponad 50 książek popularno-

naukowych. Na tych publika-

cjach wychowały się już 2 poko-

lenia chemikw. Już od 1952 ro-

ku pisze do âMłodego TechnikaÒ.

Dotychczasowe nasze

doœwiadczenia dotyczy³y

prawie wy³¹cznie zwi¹zków

nieorganicznych. A przecie¿

wielka rodzina zwi¹zków or-

ganicznych mo¿e siê posz-

czyciæ nie tylko dorodnymi,

ale bardzo smacznymi kry-

szta³ami.

Turyœci, którzy mieli

okazjê zwiedzaæ Fryzjê

Wschodni¹, a wiêc pó³noc-

no-zachodni¹ czêœæ Dolnej

Stefan Sękowski

W świecie kryształów –

na słodko, analiza i konkurs

Stefan S ę kowski

– atomy

Ï atomy wodoru

Ï atomy tlenu

Ï atomy węgla

– atomy

Struktura przestrzenna cząsteczki kryształu sacharozy. Wielkość kulek nie

reprezentuje ściśle rzeczywistych rozmiarw atomw. Pokazane na rysunku

kulki zaznaczają tylko położenie rżnych atomw w cząsteczce sacharozy

Siatka przestrzenna kryształu sa-

charozy

Saksonii, zetknêli siê ze specjalnym ceremonia³em przyrz¹dzania

i picia herbaty. Poza doskona³ym gatunkiem herbaty, wod¹

i œmietank¹, konieczny jest jeszcze i kandyz, a wiêc cukier

w postaci nie kostek, ale piêknych przezroczystych kryszta³ów.

W³aœnie takie kryszta³y nauczymy siê zaraz hodowaæ. Na

rysunku widzimy strukturê kryszta³u sacharozy, a dorodne

kryszta³y tego zwi¹zku na rysunku .

I jeszcze jedno wa¿ne wyjaœnienie. Sacharoza to chemicz-

na nazwa popularnego cukru. Mo¿e on byæ trzcinowy, buraczany

czy z soku klonowego. W tej chwili najwa¿niejsze dla nas jest to,

¿e tworzy ona zawsze kryszta³y szeœcioœcienne. W takich krysz-

ta³ach uk³ad atomów w cz¹steczkach jest identyczny jak podany

na rysunku . Kryszta³ sacharozy jest dlatego warty omówie-

nia, poniewa¿ ma dwukrotn¹ oœ symetrii. ¯eby to przedstawiæ

obrazowo, zacznijmy od przyk³adu domku bliŸniaka . Widzimy,

¿e ma on jedn¹ oœ symetrii, zupe³nie podobnie jak w krysztale

siarczanu amonu .

Inaczej angielski tramwaj piêtrus. Ten ma dwie osie sy-

metrii, bo mo¿emy go przeci¹æ i wzd³u¿ i w poprzek . Podob-

nie kryszta³ sacharozy mo¿na przekroiæ wzd³u¿ i w poprzek, bo

ma w³aœnie dwie osie symetrii .

Dorodny kryształ sacharozy

– atomy

Hodowlê s³odkich kryszta³ów prowadzaæ bêdzie-

my w pó³litrowej zlewce albo w s³oiku. Do jednego z tych

naczyñ wlewamy wody destylowanej do 3/4 objêtoœci

i tak odmierzon¹ iloœæ wody przelewamy do metalowego

naczynia i ogrzewamy. Gdy woda ju¿ wrze, stale miesza-

j¹c, wsypujemy cukier. Dodajemy go do naczynia tyle ile

siê tylko uda rozpuœciæ w tej iloœci gor¹cej wody .

a ) Domek bliźniak ma

jedną oś symetrii. Jeśli

przekroimy go na środku,

to obie jego połwki są

do siebie symetryczne,

b ) Podobnie i kryształ

siarczanu amonu ma też

jedną oś symetrii

Dwukrotna

oœ symetrii

Dwukrotna

oœ symetrii

a ) Natomiast angielski

doczepny wagon tramwajo-

wy ma dwie osie symetrii

i dlatego możemy go prze-

kroić wzdłuż i w poprzek,

a symetria zostanie zacho-

wana,

b ) Rwnież kryształ sacha-

rozy ma dwie osie symetrii

Roztwór nasycony

Tu przypomnimy, ¿e roztwór, w którym w danej

temperaturze mimo mieszania nie mo¿e siê ju¿ wiêcej

rozpuœciæ cukru, soli czy innej substancji, nazywamy

roztworem nasyconym.

Ju¿ sporz¹dzony gor¹cy wodny roztwór cukru

przelewamy do uprzednio przygotowanej zlewki czy

s³oika. Teraz na krawêdzi naczynia k³adziemy prêcik al-

bo rurkê szklan¹ z przywi¹zan¹ do niej bawe³nian¹ nit-

k¹. Na koñcu nitki zawieszamy spinacz albo pinezkê.

D³ugoœæ nitki razem z „obci¹¿nikiem”: dobieramy w ten

sposób, ¿eby nie dotyka³a dna.

W miarê stygniêcia roztworu rozpuszczalnoœæ

cukru w wodzie maleje i jego nadmiar gromadzi siê na

nitce. Z wydzielaj¹cego siê cukru powstaj¹ na nitce

b³yszcz¹ce, przezroczyste kryszta³y. Po kilku dniach

stania naczynia w ciep³ym miejscu, a wiêc po paru

dniach odparowywania wody, na naszej nitce urosn¹

du¿e okaza³e kryszta³y tzw. cukru lodowego.

Mo¿na tu dodaæ, ¿e swoj¹ nazwê cukier lodowy

zawdziêcza wielkiemu podobieñstwu do kryszta³ów

lodu. Przyjrzyjmy siê im jeszcze raz – s¹ bezbarwne

i przezroczyste. Prawda, ¿e przypominaj¹ sople lodu?

W trakcie próbowania te du¿e, piêkne kryszta³y

wydaj¹ siê nam ma³o s³odkie. Bior¹c do ust ³y¿eczkê

cukru, czujemy intensywn¹ s³odycz, a spory kryszta³

cukru lodowego robi wra¿enie niezbyt s³odkiego.

Co mo¿e byæ tego powodem?

Ca³e to zamieszanie w odczuciu naszego podnie-

bienia sprowadza siê do ró¿nicy szybkoœci rozpuszcza-

nia. Powierzchnia kilku tysiêcy drobnych kryszta³ów

cukru, mieszcz¹cych siê w jednej ³y¿eczce, jest tak

wielka, ¿e rozpuszczanie przebiega bardzo szybko.

A powierzchnia nawet bardzo du¿ego kryszta³u jest

wielokrotnie mniejsza, a tym samym i rozpuszczalnoœæ

znacznie wolniejsza, a wiêc i mniej intensywne odbie-

ranie wra¿eñ smakowych.

Woda destylowana

Cukier

Roztwór cukru

Cykl hodowli kryształw sacharozy

a), b), c) sporządzanie nasyconego wodnego roztworu sa-

charozy,

d) wzrost kryształw sacharozy na nitce.

NaNO 3

Krystalizacja na szkiełku przedmiotowym

takiej mikrokrystalicznej analizy? Niewiele:

– lupa binokularowa albo najprostszy mikroskop, czyli

urz¹dzenie umo¿liwiaj¹ce obserwacjê preparatów

powiêkszonych 50–100-krotnie,

– szkie³ka przedmiotowe,

– ma³e pipetki,

– prêciki szklane z cienko wyci¹gniêtymi koñcami i

– du¿o starannoœci, cierpliwoœci i spostrzegawczoœci.

Bardzo wygodne i przyspieszaj¹ce pracê jest przy-

gotowanie sobie kilkunastu ma³ych buteleczek 10–20 cm 3

z gotowymi ju¿, 1% roztworami odpowiednich czynników.

Do tego celu doskonale nadaj¹ siê buteleczki z kroplomie-

rzami po lekarstwach, np. po kroplach do oczu czy do no-

sa. Po dok³adnym umyciu, buteleczki te nape³niamy 1%

wodnymi roztworami nastêpuj¹cych czynników:

A – zwi¹zki organiczne

1 – chinosol (tabletki do p³ukania gard³a)

2 – urotropina

3 – tiomocznik

4 – ditizon

5 – kwas pikrynowy

6 – alizaryna S

7 – kwas sulfosalicylowy

8 – benzydany

9 – l-nitro b-naftol

10 – dwumetyloglioksym

11 – rodizomian sodu

12 – glikosalobis

13 – chloroform

14 – rubean

15 – dwufenylokarbazyd

16 – chloramina T albo woda chlorowa

B – zwi¹zki nieorganiczne

1 – azotan srebra

2 – azotan amonu

3 – jodek potasu

4 – siarczan miedzi (II)

5 – azotan o³owiu (IV)

6 – chlorek cyny (IV)

7 – chlorek niklu (II)

8 – chlorek ¿elaza (III)

9 – chromian potasu

10 – dwuchromian potasu

11 – rodanek amonu

12 – chlorek glinu (III)

13 – octan sodu

14 – ¿elazocyjanek potasu

15 – fosforan dwusodowy

16 – rodanortêcian amonu

17 – chlorek wapnia (II)

19 – azotan rtêci (II)

To z tych w³aœnie powodów cukrownie ju¿ od

dziesi¹tków lat zaprzesta³y produkcji sacharozy grubo-

krystalicznej. Tak zwany cukier dyrektorski by³ kiedyœ

bardzo elegancki, ale rozpuszcza³ siê stosunkowo wolno.

KRYSTALIZACJA

NA S ZKIE£KU PRZEDMIOTOWYM

A teraz metoda b³yskawicznej krystalizacji, która

ma tê zaletê, ¿e umo¿liwia bardzo dok³adn¹ obserwacjê

wzrostu pojedynczego kryszta³u albo grupy kryszta³ów.

Surowce bêd¹ proste, tanie, a do tego potrzebne

w iloœciach mikroskopijnych, bo ten proces krystalizacji

bêdziemy œledzili pod mikroskopem. Nie, nie bêdzie to

mikroskop elektronowy, krystalograficzny czy z kontras-

tem fazowym. Najzupe³niej wystarczy prosty, ma³y mi-

kroskop szkolny o niewielkim powiêkszeniu.

Na czyst¹ i koniecznie ogrzan¹ p³ytkê przedmio-

tow¹ nanosimy kroplê gor¹cego, stê¿onego roztworu

azotanu sodu NaNO 3 albo azotanu o³owiu Pb(NO 3 ) 2 .

Kroplê szybko nakrywamy cienkim szkie³kiem pokryw-

kowym i przystêpujemy do obserwacji. W miarê styg-

niêcia roztworu w polu widzenia pojawi¹ siê maleñkie

zarodki, które ju¿ po kilku sekundach przyjm¹ postaæ

dobrze widocznych kryszta³ków .

Je¿eli teraz uwagê skupimy na jednym kryszta³-

ku (przesuñmy go na œrodek pola widzenia cienkim

prêcikiem szklanym), to z ³atwoœci¹ zaobserwujemy je-

go wzrost. Odnosimy wra¿enie, ¿e kryszta³ puchnie.

Tymczasem w rzeczywistoœci substancja z roztworu

do³¹cza siê do kryszta³u i powiêksza go, ale w sposób

planowy, systematyczny. Kszta³t kryszta³u nie ulega

zmianie, zmienia siê natomiast jego wielkoœæ. Zmiany

zachodz¹ tym szybciej, ¿e kryszta³ jest ograniczony

z dwu stron szkie³kami, roœnie wiêc dwuwymiarowo.

Przy sporz¹dzeniu roztworów grupy A i B pamiê-

tajmy jednak, ¿eby pozostawiæ sobie po kilka kryszta³ków

wymienionych substancji. Bo w niektórych reakcjach ana-

litycznych pos³ugiwaæ siê bêdziemy roztworami, a w in-

nych trzeba stosowaæ substancje w stanie sta³ym.

Jak przeprowadziæ reakcjê mikrokrystaliczn¹?

Przeprowadzaæ j¹ bêdziemy nie w naczyniach,

ale na szkie³ku przedmiotowym i to na nim w³aœnie bê-

d¹ zachodziæ reakcje chemiczne w pojedynczych krop-

lach odczynników.

Dalej, ca³y przebieg reakcji analitycznych zachodz¹-

cych w kroplach odczynników na szkie³ku przedmiotowym

obserwowaæ i kontrolowaæ bêdziemy pod mikroskopem.

KRYSZTA£Y W ANALITYCE

O krystalizacji i o kryszta³ach mo¿na mówiæ i pi-

saæ nieskoñczenie. My teraz poœwiêcimy czas jednemu

z wa¿niejszych dla chemika zastosowañ krystalizacji,

a mianowicie roli, jak¹ odgrywaj¹ kryszta³y w analityce.

Dokonywanie identyfikacji ró¿nych substancji na

drodze badania ich kryszta³ów ma tê wielk¹ przewagê,

¿e do wykonania wystarczy jedna – podkreœlmy – dos-

³ownie jedna kropla roztworu i do tego rozcieñczonego.

I dlatego tê metodê nazywamy analiz¹ mikro-

krystaliczn¹. Co bêdzie nam potrzebne do prowadzenia

Kroplê badanego roztworu (z naciskiem powta-

rzamy – 1 kroplê) umieszczamy na szkie³ku przedmioto-

wym i tu¿ obok (5 mm) nanosimy kroplê odpowiednie-

go odczynnika (lub maleñki kryszta³ek substancji sta-

³ej). Gdy ju¿ ustawimy mikroskop tak, ¿eby kropla ba-

danego roztworu by³a dobrze widoczna w polu widze-

nia, koñcem cienko wyci¹gniêtej bagietki szklanej wy-

konujemy w¹ski kanalik pomiêdzy kroplami. W³aœnie

ten w¹ski kanalik jest najwa¿niejszy, bo to w nim na-

stêpuje zetkniêcie siê reaguj¹cych ze sob¹ roztworów.

W praktyce dziêki takiemu kanalikowi w kroplach

z czasem tworz¹ siê strefy o ró¿nych stê¿eniach, co

dzia³a niczym nawóz sztuczny na wzrost kryszta³ów.

Jeszcze raz przypominamy, ¿e w wiêkszoœci przy-

padków przeprowadzenia reakcji mikrokrystalicznych

poprzez dodanie kropli do kropli, zamiast po³¹czenia

dwu kropli kanalikiem, zaciemni nam tylko obraz two-

rz¹cych siê kryszta³ków. Stanie siê tak, bo reakcje zajd¹

zbyt szybko. Mo¿na natomiast – i to siê czêsto stosuje –

umieszczaæ ma³y kawa³ek sta³ego odczynnika bezpoœ-

rednio w kropli badanego roztworu. A teraz dla przyk³a-

du podamy opis wykonania reakcji mikrokrystalicznych,

które maj¹ na celu wykrycie kationów srebra Ag + .

a) Do kropli roztworu, który mo¿e zawieraæ kation Ag + ,

dodajemy kroplê 10% HNO 3 i wprowadzamy kryszta-

³ek dwuchromianu potasu K 2 (Cr 2 ) 7 . Tworz¹ siê du¿e

p³ytki dwuchromianu srebra o barwie ¿ó³toczerwonej.

b) Kroplê badanego roztworu ³¹czymy z kropl¹ urotropi-

ny. Tworz¹ siê pierzaste bezbarwne kryszta³ki.

c) Kroplê badanego roztworu ³¹czymy z kropl¹ roztworu

ditizonu. Powstaje bardzo drobnokrystaliczny osad,

zale¿nie od odczynu – fioletowy albo ¿ó³ty.

Wszyscy Czytelnicy, którzy wezm¹ udzia³ w zapo-

wiadanym naszym konkursie na wyhodowanie dorod-

nego kryszta³u, niezale¿nie od zdobycie nagrody, otrzy-

muj¹ opisy reakcji mikrokrystalicznych za pomoc¹ któ-

rych bêd¹ mogli wykryæ kilkadziesi¹t popularnych ka-

tionów i anionów, a tak¿e zwi¹zków, np. kwasów.

Konkurs

Ogłaszamy konkurs na ładny, samodzielnie

wyhodowany kryształ związku organicznego

albo nieorganicznego.

Warunkiem podstawowym, jak już podawaliśmy, jest praca

własnoręczna. Dowodem, że kryształ został samodzielnie

wyhodowany, jest obecność nitki, na ktrej ursł. Bez tego

dowodu nawet największe i najdorodniejsze kryształy nie

biorą udziału w konkursie i są zdyskwalifikowane.

Są dwie konkurencje:

1. Kryształy bezbarwne i jednobarwne,

np. sacharoza albo siarczan miedzi ,

2. Kryształy dwu- lub trjbarwne,

np. ałuny .

Jeden Czytelnik może brać udział tylko w jednej konkurencji.

Jak już sygnalizowaliśmy, głwne nagrody to zestawy

szkła laboratoryjnego ufundowane przez firmę

CONTIGLASS .

Dla uczestnikw konkursu przewidziane są też 3 nagrody

książkowe .

Kryształy na konkurs należy nadesłać na adres redakcji

do 30 X 2006 r . Decyduje data nadania przesyłki.

Do eksponatu trzeba dołączyć krtki tekst zawierający

opis czynności, jakie zostały wykonane przy hodowli kryształu.

Wszyscy uczestnicy konkursu, niezależnie od ewentualnych nag-

rd, dostaną opis kilkudziesięciu reakcji mikrokrystalicznych służą-

cych do wykrywania ważnych kationw i anionw oraz kwasw or-

ganicznych w formie druku i dyskietki. Dlatego ważny jest czytelny

adres pocztowy nadawcy.

Życzymy powodzenia i z ciekawością

czekamy na przesyłki.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: