Кристаллизация это в химии 8 класс определение кратко

Обновлено: 05.07.2024

Кристаллизация – это естественный процесс, который происходит, когда материалы затвердевают из жидкости или выпадают в осадок из жидкости или газа. Это может быть вызвано физическим изменением, таким как изменение температуры, или химическим изменением, таким как кислотность. Кристаллизация – это процесс, определяемый размером и формой вовлеченных молекул и их химическими свойствами. Кристаллы могут быть сформированы из одного вид атома, различных видов ионов или даже больших молекул, таких как белки. Некоторым крупным молекулам труднее пройти процесс кристаллизации, потому что их внутренняя химия не очень симметрична или взаимодействует сама с собой, чтобы избежать кристаллизации.

Самая маленькая единица кристалла называется единицей клетка, Это базовое образование атомов или молекул, к которому могут быть присоединены дополнительные единицы. Вы можете думать об этом как о детском строительном блоке, к которому можно прикрепить другие блоки. Кристаллизация происходит так, как будто вы прикрепляете эти блоки во всех направлениях. Некоторые материалы образуют кристаллы различной формы, что объясняет большие различия в форме, размере и цвете различных кристаллов.

Процесс кристаллизации

Зарождение

Первый шаг в процессе кристаллизации – зародышеобразование. Первые атомы в массе, которые формируют кристаллическую структуру, становятся центром, и больше атомов организуется вокруг этого ядра. Когда это происходит, вокруг ядра собирается больше элементарных ячеек, образуется маленький затравочный кристалл. Процесс зародышеобразования чрезвычайно важен при кристаллизации, поскольку ядро кристалла будет определять структуру всего кристалла. Несовершенство ядра и затравочного кристалла может привести к резким перестройкам, поскольку кристалл продолжает формироваться. Нуклеация происходит в переохлажденной жидкости или перенасыщенной растворитель.

Переохлажденная жидкость – это любая жидкость на грани превращения в твердое вещество. Для того, чтобы это произошло, должно сформироваться первоначальное ядро. Именно вокруг этого ядра процесс кристаллизации будет продолжаться. В охлаждающей жидкости ядро образуется, когда атомы или молекулы больше не имеют кинетической энергии, чтобы отскакивать друг от друга. Вместо этого они начинают взаимодействовать друг с другом и образуют стабильные кристаллические образования. Чистые элементы обычно образуют кристаллическую структуру, в то время как крупные молекулы могут быть трудно кристаллизоваться при нормальных температурах и давлениях.

Рост кристаллов

Есть только несколько геометрических фигур, которые могут принимать кристаллы. Они определяются связями и взаимодействиями участвующих молекул. Разные формы обусловлены разными углами связи атомов в зависимости от исходного ядра. Примеси в растворе или материале приведут к отклонению от типичного рисунка. Как видно из снежинок, даже крошечные примеси в ядре приводят к совершенно новым и уникальным конструкциям.

Лабораторное использование кристаллизации

Кристаллизация является распространенным и полезным лабораторным методом. Он может быть использован для очистки веществ и может быть объединен с передовыми методами визуализации для понимания природы кристаллизованных веществ. При лабораторной кристаллизации вещество может быть растворено в подходящем растворителе. Тепло и изменения кислотности могут помочь материалу раствориться. Когда эти условия меняются местами, материалы в растворе осаждаются с разными скоростями. Если условия контролируются должным образом, могут быть получены чистые кристаллы желаемого вещества.

Продвинутая техника визуализации, называемая кристаллографией, рентгеновскими лучами или другими высокоэнергетическими пучками и частицами, может быть пронизана через кристаллическую структуру чистого вещества. Хотя это не создает видимого изображения, лучи и частицы дифрагируют в определенных образцах. Эти шаблоны могут быть обнаружены с помощью специальной проявочной бумаги или электронных детекторов. Образец может затем быть проанализирован математикой и компьютерами, и модель кристалла может быть сформирована. Дифракционные картины создаются, когда частицы или лучи перенаправляются плотными электронными облаками внутри кристаллической структуры. Эти плотные области представляют атомы и связи, присутствующие в кристалле, образовавшемся во время кристаллизации. Используя этот метод, ученые могут распознать практически любое вещество по его кристаллической форме.

Примеры кристаллизации

Шкала времени человека

Кристаллам может потребоваться огромное количество времени, чтобы сформироваться, или они могут сформироваться быстро. Ученые смогли изучить кристаллизацию, потому что в природе существует много событий, в которых кристаллизация происходит быстро. Как уже обсуждалось, лед и снежинки являются отличными примерами кристаллизации воды. Другой интересный пример – кристаллизация меда. Когда пчелы срыгивают мед в соты, это жидкость. Со временем молекулы сахара внутри меда начинают образовывать кристаллы в процессе кристаллизации, описанном выше. Если у вас есть старая бутылка меда, загляните внутрь. Скорее всего, в жидкости будет мало кристаллов сахара. Если вы хотите ускорить процесс, положите мед в холодильник. Охлаждение жидкости снижает растворимость сахара в жидкости, и он быстро образует кристаллы.

Геологическая шкала времени

Хотя процесс схожий, время, необходимое для формирования таких вещей, как кварц, рубин и гранит, намного больше. Эти кристаллы образуются при очень высоких давлениях в коре и магме Земли. Несмотря на то, что процесс кристаллизации одинаков, условия и атомы долго соединяются, чтобы правильно кристаллизоваться. Эти процессы могут быть воспроизведены в лаборатории в более короткие сроки путем создания идеальных условий для кристаллизации. Лаборатории также могут выращивать затравочные кристаллы, которые могут быть введены, чтобы значительно ускорить производство больших партий кристаллов одновременно.

В несколько более короткие сроки в процессе кристаллизации также образуются минеральные отложения, такие как сталактиты и сталагмиты. Когда на эти кристаллы падают небольшие капли воды, содержащиеся в них минералы интегрируются в уже имеющуюся кристаллическую структуру, и вода стекает.

викторина

1. Некоторые ученые утверждают, что кристаллы – это форма жизни. Какое из следующих утверждений поддерживает эту идею?A. Кристаллы могут свободно перемещатьсяB. Благодаря кристаллизации, кристаллы собираются и растут естественным путемC. Кристаллы – живые существа с нервной системой

Ответ на вопрос № 1

В верно. Кристаллизация – это процесс, который происходит естественным путем и во многом напоминает растущую клетку. Хотя рост кристаллов намного проще, он связан с набором правил, вытекающих из химических свойств участвующих молекул.

2. Что из перечисленного НЕ является кристаллом?A. Рубиновый каменьB. Слиток золотаC. Гелий Газ

Ответ на вопрос № 2

С верно. Очевидно, что газ не может образовывать кристалл. На самом деле, гелий должен быть переохлажден до того, как он станет жидким. Молекулы движутся слишком быстро, чтобы сформировать стабильную и правильную структуру. Большинство других веществ в твердой форме представляют собой кристаллы, за исключением нескольких исключений. К ним относятся такие вещи, как стекло, которое не образует регулярную структуру. Вместо кристаллизации такие материалы, как стекло и прозрачный пластик, замерзают, прежде чем можно будет создать структуру.

3. Вы берете немного морской воды из океана. Вы наливаете его в плоскую кастрюлю и оставляете на солнце. Когда вода испаряется, вы начинаете видеть маленькие кристаллы, формирующиеся на дне кастрюли. Что происходит?A. Ничего, они были там раньшеB. По мере испарения воды присутствующие кристаллы становятся просто более заметнымиC. Когда вода испаряется, соли кристаллизуются из раствора

Ответ на вопрос № 3

С верно. Меньше воды в кастрюле означает более высокую концентрацию соли. Когда уровень соли превышает уровень воды, она начинает выпадать из раствора и начинается процесс кристаллизации. Если оставить на несколько дней, вода полностью испарится, оставив только кристаллизованную соль. Не ешьте это все же! Существует много видов соли, и это не хлорид натрия, который вы найдете на своем столе.

Кристаллиза́ция — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. Фазой называется однородная часть термодинамической системы отделённая от других частей системы(других фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав, структура и свойства вещества изменяются скачками.

Кристаллизация — это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения веществ в чистом виде.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершённых атомных слоев (ступени) при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм роста и структуры кристаллов (многогранные, пластинчатые, игольчатые, скелетные, дендритные и другие формы, карандашные структуры и т. д.). В процессе кристаллизации неизбежно возникают различные дефекты.

На число центров кристаллизации и скорость роста значительно влияет степень переохлаждения.

Степень переохлаждения — уровень охлаждения жидкого металла ниже температуры перехода его в кристаллическую (твердую) модификацию. С.п. необходима для компенсации энергии скрытой теплоты кристаллизации. Первичной кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах (и сплавах) при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизация — это естественный процесс, который происходит, когда материалы затвердевают из жидкости или осаждаются из жидкости или газа. Этот процесс можно осуществить, вызвав физическое изменение, например изменение температуры, или химическое изменение, например кислотность. Процесс кристаллизации осуществляется на основе размера и формы участвующих молекул, а также их химических свойств. Кристаллы могут состоять из одного вида атомов, разных видов ионов или даже огромных молекул, таких как белки. Некоторые большие молекулы с трудом проходят процесс кристаллизации, поскольку их внутренняя химия несимметрична или взаимодействует сама с собой, чтобы избежать кристаллизации.

Элементарная ячейка известна как наименьшая единица кристалла. Это основная форма атомов или молекул, к которой можно присоединить больше единиц. Думайте об этом как о детском строительном блоке, к которому можно присоединить другие блоки. Кристаллизация происходит так, как будто блоки прикрепляются во всех направлениях. Некоторые материалы образуют кристаллы разной формы, что приводит к большим различиям в форме, размере и цвете различных кристаллов.

Типы кристаллизации

Процесс кристаллизации можно отличить по способу перенасыщения. Типы кристаллизации:

Испарительная кристаллизация

В процессе испарительной кристаллизации кристаллизация извлекается из испарения растворителя. Этот процесс создал пар и суспензию основной жидкости. Основная жидкость по-прежнему будет содержать равновесную концентрацию продукта. Остаточное количество продукта можно собрать, переработав основную жидкость. Примеси могут затруднить рециркуляцию основной жидкости. В какой-то момент концентрация примесей станет настолько высокой, что они могут повлиять на кристаллизацию или чистоту продукта. В этом случае основной поток жидкости больше не может быть рециркулирован, а оставшаяся жидкость должна быть удалена с помощью отводимого или продувочного потока.

Кристаллизация при охлаждении

Кристаллизация происходит хорошо, когда растворимость продукта сильно увеличивается с повышением температуры. В таких случаях холодная кристаллизация обычно более энергоэффективна, чем испарительная кристаллизация. В процессе кристаллизации при охлаждении продукт охлаждается в теплообменнике, который может быть расположен внутри кристаллизатора или во внешнем контуре. Стенка кристаллизатора может использоваться как внутренний теплообменник, но теплообменник также может быть встроен в кристаллизатор в виде охлаждающих трубок или пластин. Кристаллизация может продолжаться, когда жидкость охлаждается до температуры ниже равновесной растворимости. Самая низкая температура в системе находится в нижней части теплообменника, что приведет к образованию корки. В основном меры по предотвращению этого нежелательного явления заключаются в снижении разницы температур между хладагентом и кристаллизующимся раствором, в увеличении скорости жидкости вдоль дна теплообменника для выравнивания разницы температур по длине теплообменника или в использовании скребок для защиты дна теплообменника от твердых частиц. Другой метод охлаждения, который не требует теплообменника, — это методы мгновенного охлаждения, которые включают испарение растворителя или прямое охлаждение путем введения холодного газа или хладагента.

Кристаллизацию расплава можно назвать особой формой процесса кристаллизации при охлаждении. Важным отличием от кристаллизации при охлаждении из раствора является отсутствие растворителей, что показывает, что большинство процессов кристаллизации из расплава протекает вблизи точки плавления исходного продукта. Продуктом процесса кристаллизации расплава является нечистый расплав. Охлаждение этого расплава ниже температуры равновесия в основном приведет к образованию твердой фазы, которая чище, чем продукт, в то время как примеси предпочтительнее присутствовать в нечистой жидкости.

Процесс кристаллизации

Зарождение

Первым шагом в процессе кристаллизации является нуклеация. Первый атом в массе, образующий кристаллическую структуру, становится центром, и вокруг ядра собирается больше атомов. По мере того, как происходит этот процесс, вокруг ядра собирается больше элементарных ячеек, образуется небольшой затравочный кристалл. При кристаллизации очень важен процесс зародышеобразования, поскольку ядро кристалла определяет структуру всего кристалла. Дефекты ядра и затравочного кристалла могут привести к экстремальным перестройкам по мере того, как кристалл продолжает формироваться. Зарождение зародышей происходит в переохлажденной жидкости или перенасыщенном растворителе.

Переохлажденная жидкость — это жидкость, которая находится на грани превращения в твердое тело. Необходимо создать начальное ядро, чтобы превратить жидкость в твердое тело. Вокруг этого ядра будет продолжаться процесс кристаллизации. В охлаждающей жидкости ядро образуется, когда атомы или молекулы больше не имеют кинетической энергии, чтобы отразиться друг от друга. Вместо этого они начинают взаимодействовать друг с другом и образовывать стабильные кристаллические структуры. Чистые элементы в основном образуют кристаллическую структуру, в то время как более крупные молекулы трудно кристаллизовать при нормальной температуре и давлении.

В перенасыщенном растворе растворитель, несущий желаемые кристаллы, находится на максимальном уровне хранения. При понижении температуры или изменении кислотности растворимость атомов или молекул в растворах изменяется, и растворитель может нести их меньше. Таким образом, они выпадают из раствора, наталкиваясь друг на друга. Это также вызывает зародышеобразование и последующую кристаллизацию.

Рост кристаллов

Кристаллы могут принимать гораздо меньшее количество геометрических форм. Они определяются связями и взаимодействиями используемых молекул. Различные формы получены из-за разных валентных углов атомов, основанных на исходном ядре. Примесь в растворе или материале вызовет отклонение от типичного рисунка. Как мы видели на снежинках, даже небольшая примесь в ядре может привести к совершенно новому и уникальному дизайну.

Использование кристаллизации

Кристаллизация обычно используется в лабораториях. Его можно использовать для очистки веществ и объединить с передовыми методами визуализации, чтобы понять природу кристаллизованных веществ. При лабораторной кристаллизации вещество можно смешать с подходящим растворителем. Нагрев и изменение кислотности могут помочь материалу полностью раствориться. При изменении этих условий материалы в растворе выпадают в осадок с разной скоростью. При правильном использовании условий можно получить чистые кристаллы желаемых веществ.

Кристаллография — это передовой метод визуализации. В этом методе пучки высоких энергий или рентгеновские лучи и частицы могут проходить сквозь кристаллическую структуру чистого вещества. Хотя это не формирует видимого изображения, лучи и частицы дифрагируют в определенных узорах. Эти узоры можно увидеть с помощью специальной проявочной бумаги или электронных детекторов. Шаблоны могут быть проанализированы математиками и компьютерами, и может быть сформирована структура кристалла. Дифракционные картины получаются, когда частицы или лучи перенаправляются плотными электронными облаками в кристаллической структуре. Эти плотные области представляют собой атомы и связи в кристалле, образовавшиеся в процессе кристаллизации. Используя этот метод, ученые могут распознать практически любое вещество на основе его кристаллической формы.

Примеры кристаллизации

Человеческая шкала времени

Для образования кристаллов требуется много времени или они могут образоваться быстро. Ученые смогли изучить кристаллизацию, потому что в природе существует множество явлений, в которых кристаллизация происходит быстро. Как мы уже говорили ранее, лед и снежинки — отличный пример кристаллизации воды. Другой пример — кристаллизация меда. Когда пчелы выбрасывают мед в соты, он находится в жидкой форме. Со временем молекулы сахара в меде начинают образовывать кристаллы в процессе кристаллизации, описанном ранее. Заглянув внутрь старой бутылки с медом, вы заметите, что в жидкости образовались маленькие кристаллы сахара.

Шкала геологического времени

Несмотря на то, что процесс похож, время, необходимое для формирования таких вещей, как кварц, рубин и гранит, очень велико. Эти кристаллы образуются под чрезвычайно высоким давлением в коре и магме Земли. Хотя кристаллизация — то же самое, требуется очень много времени для того, чтобы условия объединились и кристаллизовались правильным образом. Лаборатории также выращивают кристаллы кристаллов, которые можно использовать для производства большего количества кристаллов за один раз.

Схема. Химические формулы в 8 классе

4. Основные определения в 8 классе

Атом — мельчайшая химически неделимая частица вещества.
Химический элемент — определённый вид атомов.
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его состав и химические свойства и состоящая из атомов.
Простые вещества — вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида.
Сложные вещества — вещества, молекулы которых состоят из атомов разного вида.
Качественный состав вещества показывает, из атомов каких элементов оно состоит.
Количественный состав вещества показывает число атомов каждого элемента в его составе.
Химическая формула — условная запись качественного и количественного состава вещества посредством химических символов и индексов.
Атомная единица массы (а.е.м.) — единица измерения массы атома, равная массы 1/12 атома углерода 12 С.
Моль — количество вещества, в котором содержится число частиц, равное числу атомов в 0,012 кг углерода 12 С.
Постоянная Авогадро (Na = 6*10 23 моль -1 ) — число частиц, содержащихся в одном моле.
Молярная масса вещества (М) — масса вещества, взятого в количестве 1 моль.
Относительная атомная масса элемента Аr — отношение массы атома данного элемента m₀ к 1/12 массы атома углерода 12 С.
Относительная молекулярная масса вещества Мr — отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12 С. Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс химических элементов, образующих соединение, с учётом числа атомов данного элемента.
Массовая доля химического элемента ω(Х) показывает, какая часть относительной молекулярной массы вещества X приходится на данный элемент.

АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ
1. Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.
2. Между молекулами имеются промежутки, размеры которых зависят от агрегатного состояния вещества и температуры.
3. Молекулы находятся в непрерывном движении.
4. Молекулы состоят из атомов.
6. Атомы характеризуются определённой массой и размерами.
При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических, как правило, разрушаются. Атомы при химических явлениях перегруппировываются, образуя молекулы новых веществ.

ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА
Каждое химически чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

ВАЛЕНТНОСТЬ
Валентность — свойство атома химического элемента присоединять или замещать определённое число атомов другого элемента.

ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ
Химическая реакция — явление, в результате которого из одних веществ образуются другие. Реагенты — вещества, вступающие в химическую реакцию. Продукты реакции — вещества, образующиеся в результате реакции.
Признаки химических реакций:
1. Выделение теплоты (света).
2. Изменение окраски.
3. Появление запаха.
4. Образование осадка.
5. Выделение газа.

Химическое уравнение — запись химической реакции с помощью химических формул. Показывает, какие вещества и в каком количестве вступают в реакцию и получаются в результате реакции.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ
Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. В результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка.

Читайте также: