改变晶体型态之讨论.PDF

改變晶體型態之討論 投稿類別：化學類 篇名： 改變晶體型態之討論 作者： 陳子云。中和高中。高一 1 ０班 林潔萱。中和高中。高一 1 ４班 陳玟妤。中和高中。高一１５ 班 指導老師： 劉宗憲老師 1 改變晶體型態之討論 壹、前言 一、 研究動機： 偶然在化學實驗室發現，上禮拜實驗組別未清理乾淨的硫酸銅溶液析出之結晶，雖然都 是硫酸銅晶體，但其晶體長相略有些差異性，使得我們不禁好奇，為何晶體會形成?及如何處 理才能使晶體長得更晶瑩、更完整或是晶體不完整的原因為何？所以我們透過蒐集各式各樣 的書籍、網路上的資料以及藉由養晶實驗蒐集實際之數據並加以討論，解除對晶體的疑問。 二 、研究目的： 本實驗研究方向主要自下列幾個方面探討其中奧妙：外加磁場、表面破壞、溫度、雜質、 壓力、蒸發量……等等加以研究，更深入探討晶體的生長過程以及破壞後的生長方式 ，瞭解 晶體最後的形成如何受到外界影響。 三 、研究方式：實際操作並收集數據後加以探討。 貳、正文 一、溶解度： 所有水晶的形成都必須有礦石物質的存在，例石膏水晶就須有較熱的水通過硫酸鈣 礦物，高溫將硫酸鈣溶解於水中再帶到適當的環境中結晶形成，有無礦物是形成水晶最 重要的因素。所以溶質對結晶的形成是必須的。而溶解度越大的物質在溶劑蒸發或溫度 下降的時候溶解出的溶質會越多，所形成的結晶也會越多。 二、溫度的影響 我們使用500mL 燒杯將溶劑溫度調整為50℃、40℃以及30℃再加入硫酸銅使得三 杯溶液呈飽和狀態 ，放置一天，降低溫度到室溫20℃作探討，發現溫度下降的幅度越大 溶解出的結晶越多，但是所產生的結晶長度並沒有太大差別 ，每顆大約為0.5 公分，只 是結晶出來的量有差別 （圖一）（圖二）且顆粒大小的差距會比較大，晶形較雜亂 。 圖 （一）50℃降溫到20℃ 圖 （二）50℃降溫到20℃與硬幣比較 我們認為降溫太快會影響結晶情形，所以使用自製的緩慢降溫裝置（圖三）。我們 利用保麗龍來使溫度緩慢的下降，約由本來一分鐘降低0.5℃變為0.02℃，放置一天，使 用500mL 的燒杯加溫到40℃達到飽和狀態再作緩慢降溫，測出結晶大小並無明顯差別。 結晶長度也約有0.5 公分，但是顆粒大小較平均。 2 改變晶體型態之討論 推論降溫過程如果只是幾天對於結晶的影響並不大，降溫的時間拉長可以使得結晶 更加完整 。 圖 （三）緩慢降溫裝置 三、緩慢蒸發 實驗在20℃下緩慢進行將溶液蒸發的方法，我們利用電風扇持續吹風將水蒸發出， 將溶液放置約幾天讓水蒸發 ，溶液由400mL 變為300mL ，我們發現結果如（圖四）以及 （圖五）。結晶顆粒明顯增大，每顆大小約為1cm 。所以蒸發的方法可以讓結晶變大。 而巨大水晶的情形也是在佈滿水的環境 ，水分緩慢蒸發才有機會得到巨大的水晶。所以 以下的實驗均使用緩慢蒸發方法。 圖 （四）溶液蒸發結果 圖 （五）溶液蒸發結果與硬幣比較 四、壓力大小影響 將升溫到40℃飽和溶液400mL 注入寶特瓶中，利用約20 個水泥磚塊約30 公斤加壓，結 果並無差別。 五 、環境大小以及底層的粗細物質對結晶影響 將200mL （圖六、七）以及500mL （圖八 、九）跟 1000mL （圖十、十一）的燒杯分別裝 入30℃的飽和溶液，降溫到20℃後比較不同大小的結晶環境對結晶狀態的影響。使用 1000mL 燒杯的結晶顆粒最大，結晶長度平均為0.6.cm （圖十一），而200mL 平均為0.42 公分、500mL