اگر به دانه‌های نمک یا شکر با دقت نگاه کنید، متوجه می‌شوید که شکل آن‌ها کاملاً بی‌نظم نیست. بسیاری از مواد جامد از ذرات بسیار کوچکی ساخته شده‌اند که با نظم خاصی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. به جامدهایی با چنین ساختاری بلور گفته می‌شود.
در آزمایش تشکیل بلور در مواد مختلف می‌خواهیم تشکیل بلور را در سه ماده کات کبود، نمک خوراکی (سدیم کلرید) و شکر بررسی کنیم. ابتدا هر ماده را در آب گرم حل می‌کنیم تا یک محلول غلیظ و اشباع به دست آید. سپس محلول‌ها را چند روز در شرایط مناسب قرار می‌دهیم تا مقداری از آب آن‌ها تبخیر شود و بلورها به‌تدریج تشکیل شوند.
با مقایسه بلورهای به‌وجودآمده مشاهده می‌کنیم که شکل، رنگ و ظاهر بلورها در مواد مختلف یکسان نیست.
این آزمایش به ما کمک می‌کند با مفاهیمی مانند بلور، تبلور، محلول اشباع، جوانه‌زنی و رشد بلور آشنا شویم و بهتر بفهمیم که ساختمان ذرات هر ماده چگونه می‌تواند بر شکل ظاهری آن اثر بگذارد.
مقدمه
آیا تا به حال دانه‌های نمک یا شکر را از نزدیک دیده‌اید؟اگر با ذره‌بین به آن‌ها نگاه کنید، متوجه می‌شوید که بسیاری از دانه‌ها دارای سطح‌ها، لبه‌ها و شکل‌های نسبتاً منظمی هستند. این شکل منظم اتفاقی نیست، بلکه به نحوه قرار گرفتن ذرات بسیار کوچک سازنده ماده مربوط می‌شود.
همه مواد از ذرات بسیار کوچکی مانند اتم‌ها، یون‌ها و مولکول‌ها ساخته شده‌اند. این ذرات با چشم دیده نمی‌شوند، اما نحوه قرار گرفتن آن‌ها در کنار یکدیگر می‌تواند ویژگی‌های قابل مشاهده ماده را تعیین کند.
یکی از بهترین راه‌ها برای مشاهده اثر نظم ذرات، بررسی بلورها است. بلورها فقط در آزمایشگاه وجود ندارند. ما در زندگی روزمره با نمونه‌های زیادی از آن‌ها روبه‌رو می‌شویم. نمک خوراکی، شکر، یخ و بسیاری از سنگ‌ها و کانی‌ها دارای ساختار بلوری هستند. برای مثال، هنگامی که آب یک دریاچه شور به‌تدریج تبخیر می‌شود، نمک موجود در آب می‌تواند به صورت بلور باقی بماند. در کارخانه‌های تولید شکر نیز از فرایند مشابهی برای تشکیل و جدا کردن بلورهای شکر استفاده می‌شود.
در این آزمایش قرار است همین پدیده را در مقیاسی کوچک مشاهده کنیم.ما سه ماده مختلف یعنی کات کبود، نمک و شکر را در آب حل می‌کنیم و سپس شرایطی فراهم می‌کنیم تا بلورهای آن‌ها تشکیل شوند. بعد از چند روز می‌توانیم بلورها را با یکدیگر مقایسه کنیم. این مقایسه به یک پرسش جالب پاسخ می‌دهد:
چرا با اینکه هر سه ماده بلور تشکیل می‌دهند، شکل بلورهای آن‌ها با یکدیگر متفاوت است؟
برای پاسخ به این سؤال ابتدا باید با چند مفهوم مهم آشنا شویم.
1. مبانی نظری تشکیل بلور
بلور چیست؟
بلور نوعی جامد است که ذرات سازنده آن با نظم مشخصی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. فرض کنید تعداد زیادی مکعب کوچک دارید و آن‌ها را با نظم در کنار یکدیگر می‌چینید. اگر این الگو بارها تکرار شود، یک ساختار منظم ایجاد می‌شود.در بلورها نیز اتفاقی شبیه به همین رخ می‌دهد؛ با این تفاوت که اجزای سازنده بلور بسیار کوچک هستند و ممکن است اتم، یون یا مولکول باشند.به همین دلیل بعضی از بلورها دارای شکل‌های هندسی مشخص هستند.برای مثال، بلورهای نمک خوراکی معمولاً به شکل‌های نزدیک به مکعب دیده می‌شوند.
تبلور چیست؟
فرایند تشکیل بلور را تبلور می‌نامند. تصور کنید مقداری نمک را در آب حل کرده‌ایم. در این حالت ذرات نمک در آب پخش شده‌اند و دیگر نمی‌توانیم دانه‌های نمک را ببینیم. اگر به‌تدریج مقداری از آب تبخیر شود، فضای کمتری برای باقی ماندن ذرات نمک در محلول وجود خواهد داشت.در شرایط مناسب، این ذرات دوباره به یکدیگر نزدیک می‌شوند و با نظم خاصی کنار هم قرار می‌گیرند. به این فرایند تبلور گفته می‌شود.
ساختار بلوری چیست؟
ذرات داخل بلور به صورت تصادفی در کنار یکدیگر قرار نگرفته‌اند، بلکه الگوی مشخصی دارند. به این آرایش منظم و تکرارشونده، ساختار بلوری یا شبکه بلوری گفته می‌شود. ساختار بلوری هر ماده می‌تواند با ماده دیگر متفاوت باشد. به همین دلیل شکل بلور نمک، شکر و کات کبود دقیقاً یکسان نیست. این موضوع یکی از نکات مهم این آزمایش است:
شکل ظاهری بلور با نحوه قرار گرفتن ذرات سازنده ماده ارتباط دارد.
محلول، حلال و حل‌شونده
قبل از انجام آزمایش باید سه واژه مهم را بشناسیم. وقتی شکر را در آب می‌ریزیم و هم می‌زنیم، شکر به‌تدریج در آب پخش می‌شود و مخلوط یکنواختی به وجود می‌آید. به این مخلوط محلول می‌گوییم.در این مثال، آب ماده‌ای است که شکر را در خود حل می‌کند؛ بنابراین آب حلال است.شکر نیز ماده‌ای است که در آب حل شده است؛ بنابراین شکر حل‌شونده نامیده می‌شود.در آزمایش ما، آب نقش حلال را دارد و کات کبود، نمک و شکر در سه ظرف جداگانه نقش ماده حل‌شونده را خواهند داشت.
محلول اشباع چیست؟
فرض کنید مرتب به یک لیوان آب نمک اضافه کنیم و هم بزنیم.در ابتدا نمک به‌راحتی حل می‌شود. اما اگر مقدار زیادی نمک اضافه کنیم، بالاخره به نقطه‌ای می‌رسیم که آب دیگر نمی‌تواند مقدار بیشتری از نمک را در آن شرایط حل کند.به چنین محلولی محلول اشباع می‌گوییم.پس می‌توانیم بگوییم:
محلول اشباع، محلولی است که در دمای مشخص، تقریباً بیشترین مقدار ممکن از ماده حل‌شونده را در خود دارد.
تهیه محلول اشباع برای آزمایش ما اهمیت زیادی دارد؛ زیرا تشکیل بلور از یک محلول غلیظ و نزدیک به اشباع آسان‌تر انجام می‌شود.
محلول فوق‌اشباع چیست؟
گاهی با گرم کردن آب می‌توان مقدار بیشتری از بعضی مواد را در آن حل کرد. اگر چنین محلول غلیظی به‌آرامی سرد شود، ممکن است برای مدتی مقدار ماده حل‌شده در آن از مقدار معمول قابل حل در آن دما بیشتر باشد. به چنین حالتی محلول فوق‌اشباع گفته می‌شود. محلول فوق‌اشباع آمادگی زیادی برای تشکیل بلور دارد. اگر یک هسته بلور یا سطح مناسبی در آن وجود داشته باشد، ذرات می‌توانند شروع به تشکیل بلور کنند.
جوانه‌زنی چیست؟
تشکیل یک بلور بزرگ به‌صورت ناگهانی اتفاق نمی‌افتد.ابتدا تعداد کمی از ذرات در کنار یکدیگر جمع می‌شوند و یک هسته بسیار کوچک ایجاد می‌کنند. این مرحله را جوانه‌زنی می‌نامند.می‌توان جوانه‌زنی را به کاشت یک دانه تشبیه کرد. همان‌طور که گیاه از یک دانه کوچک شروع به رشد می‌کند، یک بلور نیز می‌تواند از یک هسته بسیار کوچک آغاز شود.
در آزمایش ما، نخ، گیره فلزی یا یک بلور کوچک اولیه می‌تواند محلی برای شروع رشد بلور فراهم کند.
بلور چگونه رشد می‌کند؟
پس از تشکیل هسته اولیه، ذرات بیشتری از محلول به سطح آن می‌رسند.اگر این ذرات در جای مناسب خود قرار بگیرند، بخشی از شبکه بلوری می‌شوند. با ادامه این روند، بلور کم‌کم بزرگ‌تر می‌شود.به همین دلیل اگر چند روز صبر کنیم، معمولاً می‌توانیم افزایش اندازه بلورها را مشاهده کنیم.
دما چه تأثیری بر تشکیل بلور دارد؟
دما بر مقدار حل شدن بسیاری از مواد در آب اثر دارد. برای بسیاری از مواد جامد، آب گرم می‌تواند مقدار بیشتری از ماده را نسبت به آب سرد در خود حل کند.
به همین علت در این آزمایش از آب گرم استفاده می‌کنیم تا بتوانیم محلولی نسبتاً غلیظ تهیه کنیم. پس از سرد شدن محلول، در موادی که حلالیتشان با کاهش دما کم می‌شود، بخشی از ماده ممکن است دیگر نتواند در آب باقی بماند و شرایط برای تشکیل بلور مناسب‌تر شود.البته باید به این نکته توجه کنیم که اثر دما بر حلالیت همه مواد دقیقاً یکسان نیست.
تبخیر آب چه نقشی در تشکیل بلور دارد؟
یکی از مهم‌ترین اتفاق‌های این آزمایش، تبخیر آب است. وقتی ظرف را چند روز در محیط قرار می‌دهیم، مقداری از آب آن به‌تدریج وارد هوا می‌شود.در نتیجه مقدار آب کم می‌شود، اما ماده حل‌شده همچنان در ظرف باقی می‌ماند. بنابراین محلول غلیظ‌تر می‌شود.پس از رسیدن محلول به شرایط مناسب، بخشی از ماده حل‌شده از محلول خارج می‌شود و بلور تشکیل می‌دهد.
2. روش علمی در آزمایش تشکیل بلور
در این آزمایش می‌خواهیم ببینیم وقتی مواد مختلف را در آب حل می‌کنیم و سپس شرایط مناسب برای تبخیر آب و سرد شدن محلول فراهم می‌شود، چگونه بلور تشکیل می‌شود.هدف اصلی آزمایش این است که بلورهای سه ماده کات کبود، سدیم کلرید و شکر را تشکیل دهیم و ویژگی‌های آن‌ها را با یکدیگر مقایسه کنیم.در پایان آزمایش انتظار داریم بتوانیم به این پرسش پاسخ دهیم که چرا مواد مختلف، با وجود اینکه همگی می‌توانند بلور تشکیل دهند، بلورهایی با شکل و ظاهر متفاوت دارند.
در این فعالیت با چند مفهوم مهم علوم نیز آشنا می‌شویم:
- تشکیل محلول اشباع
- تبلور و جوانه‌زنی
- رشد بلور
- تأثیر تبخیر و دما
- تفاوت ساختار مواد یونی و مولکولی
- ارتباط ساختمان ذرات با شکل بلور
پرسش‌های پژوهش
هر آزمایش علمی با یک یا چند پرسش آغاز می‌شود. پرسش‌های اصلی این آزمایش عبارت‌اند از:
۱. آیا مواد مختلف، بلورهایی با شکل یکسان تشکیل می‌دهند؟
۲. چرا بلور کات کبود آبی است اما بلور نمک و شکر تقریباً بی‌رنگ دیده می‌شود؟
۳. کاهش مقدار آب چگونه به تشکیل بلور کمک می‌کند؟
۴. آیا دمای محلول بر تشکیل و رشد بلور اثر دارد؟
۵. آیا نوع ماده حل‌شونده می‌تواند شکل بلور را تعیین کند؟
۶. آیا سرعت تبخیر آب بر اندازه و کیفیت بلورها تأثیر می‌گذارد؟
با انجام آزمایش و ثبت دقیق مشاهدات می‌توان برای این پرسش‌ها پاسخ‌های علمی پیدا کرد.
فرضیه
فرضیه یک پیش‌بینی علمی است که پیش از انجام آزمایش مطرح می‌کنیم و بعداً با مشاهده و آزمایش بررسی می‌کنیم که درست بوده است یا خیر.
فرضیه ما در این آزمایش این است:
اگر محلول‌های اشباع کات کبود، سدیم کلرید و شکر را در شرایط مناسب قرار دهیم تا آب آن‌ها به‌آرامی تبخیر شود، هر سه ماده بلور تشکیل می‌دهند؛ اما به دلیل تفاوت در ساختار ذرات سازنده، بلورهای آن‌ها از نظر شکل، رنگ و ظاهر با یکدیگر متفاوت خواهند بود.
پیش‌بینی می‌کنیم:
کات کبود بلورهای آبی و وجوه‌دار ایجاد کند.
سدیم کلرید بیشتر بلورهایی با ظاهر مکعبی تشکیل دهد.
شکر بلورهای شفاف و معمولاً کشیده‌تر ایجاد کند.
متغیرهای آزمایش
برای اینکه یک آزمایش علمی قابل مقایسه باشد، بهتر است بدانیم چه چیزی را تغییر می‌دهیم و چه چیزهایی را ثابت نگه می‌داریم.
متغیر مستقل
متغیری است که عمداً تغییر می‌دهیم.
در این آزمایش متغیر مستقل نوع ماده حل‌شونده است:
کات کبود، سدیم کلرید و شکر.
متغیر وابسته
متغیری است که نتیجه آزمایش را با آن بررسی می‌کنیم.
در اینجا مواردی مانند شکل، رنگ، اندازه، شفافیت و میزان رشد بلور متغیرهای وابسته هستند.
متغیرهای کنترل‌شده
برای مقایسه بهتر نمونه‌ها، بهتر است شرایطی مانند حجم آب، اندازه ظرف، مدت آزمایش و محل نگهداری تا حد امکان یکسان باشند.
3. مواد و وسایل مورد نیاز
برای انجام آزمایش به وسایل زیر نیاز داریم:
| ماده یا وسیله | مقدار |
|---|---|
| بشر ۱۰۰ میلی‌لیتری | ۳ عدد |
| آب مقطر گرم | مجموعاً حدود ۶۰ میلی‌لیتر |
| کات کبود | به مقدار لازم برای تهیه محلول اشباع |
| سدیم کلرید | به مقدار لازم |
| شکر | به مقدار لازم |
| نخ | ۳ قطعه |
| گیره فلزی یا هسته مناسب بلور | ۳ عدد |
| مداد یا میله برای نگهداری نخ | ۳ عدد |
| همزن شیشه‌ای یا قاشق مناسب | به تعداد لازم |
| عینک ایمنی | برای افراد انجام‌دهنده آزمایش |
| دستکش | برای افراد انجام‌دهنده آزمایش |
در هر بشر حدود ۲۰ میلی‌لیتر آب مقطر گرم استفاده می‌کنیم تا شرایط اولیه سه نمونه تا حد امکان مشابه باشد
4. روش انجام آزمایش
مرحله اول: آماده‌سازی بشرها
سه بشر تمیز و خشک آماده کنید.
در هر بشر حدود ۲۰ میلی‌لیتر آب مقطر گرم بریزید.
بهتر است از همان ابتدا مشخص کنید هر بشر مربوط به کدام ماده است تا نمونه‌ها با یکدیگر اشتباه نشوند.
مرحله دوم: تهیه محلول کات کبود
مقداری کات کبود به بشر اول اضافه کنید و محلول را به‌آرامی هم بزنید.
پس از حل شدن ماده، مقدار دیگری کات کبود اضافه کنید.
این کار را تا زمانی ادامه دهید که حل شدن مقدار بیشتری از ماده دشوار شود و محلول به حالت اشباع یا نزدیک به اشباع برسد.
محلول کات کبود باید رنگ آبی مشخصی داشته باشد.
مرحله سوم: تهیه محلول سدیم کلرید
در بشر دوم مقداری سدیم کلرید بریزید و هم بزنید.
نمک را به‌تدریج اضافه کنید تا محلولی نسبتاً غلیظ و نزدیک به اشباع ایجاد شود.
اگر مقدار کمی نمک دیگر در شرایط موجود حل نشود، نشان می‌دهد که محلول به محدوده اشباع نزدیک شده است.
مرحله چهارم: تهیه محلول شکر
همین کار را برای شکر در بشر سوم انجام دهید.
شکر را کم‌کم اضافه کنید و هم بزنید تا محلولی غلیظ تهیه شود.
استفاده از آب گرم کمک می‌کند مقدار بیشتری شکر در آب حل شود.
مرحله پنجم: آماده کردن هسته رشد بلور
یک نخ را به مداد ببندید.
در انتهای نخ می‌توان یک گیره فلزی یا هسته مناسب قرار داد.
مداد را روی دهانه بشر بگذارید تا نخ و گیره درون محلول آویزان باشند.
دقت کنید گیره با کف بشر تماس نداشته باشد.
همین کار را برای هر سه بشر انجام دهید.
چرا از نخ یا گیره استفاده می‌کنیم؟
سطح نخ یا گیره می‌تواند محلی برای شروع جوانه‌زنی و تجمع ذرات باشد و مشاهده رشد بلورها را آسان‌تر کند.
مرحله ششم: قرار دادن نمونه‌ها در محل مناسب
سه بشر را در محلی آرام قرار دهید.
بهتر است ظروف:
- زیاد جابه‌جا نشوند.
- در معرض باد شدید نباشند.
- در معرض تغییر ناگهانی دما قرار نگیرند.
- روی سطح ثابت قرار داشته باشند.
اکنون باید اجازه دهیم آب به‌آرامی تبخیر شود.
مرحله هفتم: صبر و مشاهده
بلورها معمولاً به زمان نیاز دارند.
ظرف‌ها را طی چند روز بررسی کنید، اما آن‌ها را زیاد تکان ندهید.
می‌توانید در روزهای مختلف، مثلاً روز اول، سوم، پنجم و هفتم، وضعیت نمونه‌ها را یادداشت یا از آن‌ها عکس تهیه کنید.
به این موارد توجه کنید:
بلور از چه زمانی ظاهر شد؟
چه رنگی دارد؟
چه شکلی دارد؟
آیا اندازه آن افزایش پیدا کرده است؟
بلورها روی نخ ایجاد شده‌اند یا دیواره ظرف؟
5. مشاهدات و یافته‌های آزمایش تشکیل بلور
اگر آزمایش به‌درستی انجام شود، پس از مدتی می‌توان تفاوت‌هایی میان سه نمونه مشاهده کرد.
بلور کات کبود
واضح‌ترین ویژگی کات کبود، رنگ آبی بلورها است.
کات کبود مورد استفاده در آزمایش‌های آموزشی معمولاً سولفات مس(II) پنج‌آبه است و بلورهای آن به رنگ آبی دیده می‌شوند.
با ادامه رشد، بلورها ممکن است سطوح صاف و وجوه مشخصی پیدا کنند.
بلور سدیم کلرید
بلورهای سدیم کلرید معمولاً بی‌رنگ یا سفید به نظر می‌رسند.
اگر بلور به‌خوبی و در شرایط مناسب رشد کند، می‌توان ساختارهای نزدیک به مکعب را در آن مشاهده کرد.
این شکل با ساختار درونی شبکه بلوری سدیم کلرید ارتباط دارد.
بلور شکر
بلورهای شکر معمولاً شفاف یا بی‌رنگ هستند.
بلورهای ساکارز برخلاف سدیم کلرید ساختار مکعبی ندارند و ممکن است به صورت بلورهای منشوری و کشیده مشاهده شوند.
اگر بلورهای شکر بزرگ شوند، ظاهری شبیه بلورهای نبات پیدا می‌کنند.
| ماده | رنگ بلور | شفافیت | شکل ظاهری معمول |
|---|---|---|---|
| کات کبود | آبی | شفاف تا نیمه‌شفاف | وجوه‌دار و مایل |
| سدیم کلرید | سفید یا بی‌رنگ | شفاف تا نیمه‌شفاف | مکعبی |
| شکر | بی‌رنگ | شفاف | منشوری و نسبتاً کشیده |
سرعت تشکیل بلور
نمی‌توان یک سرعت ثابت برای هر ماده تعیین کرد؛ زیرا سرعت تبلور به عواملی مانند غلظت، دما، سرعت تبخیر، وجود هسته اولیه و مقدار محلول بستگی دارد.
بنابراین بهتر است دانش‌آموز سرعت واقعی تشکیل بلورها را در اجرای خود آزمایش ثبت کند.
تحلیل و بحث تشکیل بلور
حالا به مهم‌ترین بخش آزمایش می‌رسیم:
چرا اصلاً بلور تشکیل شد؟
وقتی مواد را در آب حل کردیم، ذرات آن‌ها در سراسر آب پخش شدند.
با گذشت زمان، مقداری از آب تبخیر شد. در نتیجه مقدار حلال کاهش یافت و محلول غلیظ‌تر شد.
وقتی شرایط مناسب ایجاد شد، بخشی از ذرات دیگر نتوانستند به همان شکل در محلول باقی بمانند.
آن‌ها در کنار یکدیگر قرار گرفتند و هسته‌های اولیه بلور را تشکیل دادند.
سپس ذرات بیشتری به این هسته‌ها اضافه شدند و بلورها بزرگ‌تر شدند.
چرا شکل بلورها متفاوت است؟
یکی از جالب‌ترین نتایج آزمایش این است که سه ماده شکل‌های متفاوتی ایجاد می‌کنند. علت این تفاوت را باید در مقیاسی بسیار کوچک‌تر جست‌وجو کنیم. ذرات سازنده هر ماده متفاوت هستند و نحوه قرار گرفتن آن‌ها نیز یکسان نیست.در واقع، شکل ظاهری بلور می‌تواند بازتابی از نظم داخلی ماده باشد.
6. بررسی علمی ساختار بلورها
- سدیم کلرید؛ یک ساختار یونی
نمک خوراکی از یون‌های مثبت سدیم Na⁺ و یون‌های منفی کلرید Cl⁻ تشکیل شده است.یون‌های مثبت و منفی به دلیل جاذبه الکتریکی در یک شبکه منظم کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.این شبکه دارای نظم مکعبی است و به همین دلیل بلورهای نمک نیز معمولاً شکل‌های مرتبط با ساختار مکعبی نشان می‌دهند.
- کات کبود؛ یک بلور یونی آب‌دار
کات کبود مورد استفاده در آزمایش‌های مدرسه‌ای معمولاً سولفات مس(II) پنج‌آبه با فرمول:CuSO₄·5H₂O است.این ماده شامل یون‌های مس و سولفات و همچنین مولکول‌های آب در ساختار بلوری خود است.وجود یون مس(II) یکی از عوامل ایجاد رنگ آبی مشخص کات کبود است.ساختار بلوری آن با سدیم کلرید متفاوت است؛ به همین دلیل بلورهای کات کبود مکعبی نیستند.
- شکر؛ یک بلور مولکولی
شکر معمولی از مولکول‌های ساکارز تشکیل شده است.برخلاف نمک که از یون‌ها ساخته شده است، واحدهای اصلی سازنده بلور شکر مولکول‌ها هستند.مولکول‌های شکر به کمک نیروهای بین‌مولکولی در کنار یکدیگر قرار گرفته و بلور تشکیل می‌دهند.به همین دلیل ساختار و شکل بلور شکر با نمک متفاوت است. عوامل مؤثر بر رشد و کیفیت بلورها
اندازه و شکل بلوری که در آزمایش ایجاد می‌شود فقط به نوع ماده بستگی ندارد. شرایط محیط نیز بسیار مهم است.
- دما
دما می‌تواند حلالیت ماده و سرعت تشکیل بلور را تغییر دهد. تغییر ناگهانی دما ممکن است باعث شود تعداد زیادی بلور کوچک تشکیل شود.
- سرعت تبخیر
اگر آب خیلی سریع تبخیر شود، ممکن است تعداد زیادی بلور کوچک ایجاد شود. تبخیر آرام در بسیاری از آزمایش‌ها فرصت بیشتری برای رشد بلورهای بزرگ‌تر فراهم می‌کند.
- غلظت محلول
اگر محلول بیش از حد رقیق باشد، ممکن است مدت زیادی طول بکشد تا به شرایط مناسب تبلور برسد.
- ناخالصی‌ها
مواد اضافی موجود در ظرف می‌توانند بر محل جوانه‌زنی یا شکل رشد بلورها اثر بگذارند.
- زمان
رشد بلور یک فرایند تدریجی است.هرچه شرایط مناسب مدت بیشتری ادامه پیدا کند، بعضی بلورها فرصت بیشتری برای رشد خواهند داشت.
- محل جوانه‌زنی
بلورها ممکن است روی نخ، گیره، دیواره بشر یا حتی کف ظرف شروع به رشد کنند.
7. تبلور؛ تغییر فیزیکی یا شیمیایی؟
یکی از پرسش‌های مهم این است:
آیا هنگام تشکیل بلور، ماده جدیدی ساخته می‌شود؟
در سطح آموزشی و در شرایط معمول این آزمایش، تبلور را تغییر فیزیکی در نظر می‌گیریم.در یک تغییر فیزیکی، ماهیت اصلی ماده عوض نمی‌شود؛ بلکه شکل، حالت یا نحوه قرارگیری آن تغییر می‌کند.برای مثال، سدیم کلرید ابتدا در آب حل می‌شود و سپس دوباره به صورت بلور سدیم کلرید از محلول خارج می‌شود.
8. کاربردهای تبلور در زندگی و صنعت
تبلور فقط یک آزمایش جذاب مدرسه‌ای نیست. این فرایند در صنایع مختلف کاربردهای بسیار مهمی دارد.
- تولید نمک
یکی از قدیمی‌ترین کاربردهای تبلور، تهیه نمک از آب شور است.
با تبخیر آب، غلظت نمک افزایش یافته و در شرایط مناسب بلورهای نمک تشکیل می‌شوند.
- تولید شکر
در کارخانه‌های قند و شکر، محلول‌های غلیظ قندی تحت شرایط کنترل‌شده قرار می‌گیرند تا بلورهای شکر تشکیل شوند.
- داروسازی
در صنعت داروسازی، کنترل شکل و اندازه بلورهای بعضی مواد اهمیت زیادی دارد. از تبلور می‌توان برای تهیه و خالص‌سازی برخی ترکیبات دارویی استفاده کرد.
- صنایع شیمیایی
بسیاری از مواد شیمیایی با استفاده از تبلور از محلول جدا می‌شوند.
- خالص‌سازی مواد
انجام آزمایش علمی باید همیشه همراه با رعایت اصول ایمنی باشد.
یکی از روش‌های مهم آزمایشگاهی، تبلور مجدد است. در این روش از تفاوت حلالیت مواد برای جدا کردن ناخالصی‌ها و تهیه بلورهای خالص‌تر استفاده می‌شود.
9.نکات ایمنی آزمایش تبلور
هنگام استفاده از کات کبود، عینک و دستکش بپوشید و آزمایش را زیر نظر معلم یا فرد آگاه انجام دهید.
کات کبود ماده خوراکی نیست و نباید آن را چشید یا با مواد غذایی مخلوط کرد.
هیچ‌یک از محلول‌های آزمایش را نچشید؛ حتی اگر یکی از آن‌ها از شکر یا نمک تهیه شده باشد، زیرا ظروف و محیط آزمایشگاهی برای مصرف خوراکی مناسب نیستند.
مراقب آب گرم باشید تا باعث سوختگی نشود.
پس از آزمایش، دست‌های خود را بشویید و محلول‌های حاوی کات کبود را مطابق دستور معلم و قوانین دفع مواد شیمیایی محل آزمایش جمع‌آوری کنید.
10. خطاها و محدودیت‌های احتمالی آزمایش تبلور
در هر آزمایش ممکن است عواملی باعث شوند نتایج دقیقاً مطابق انتظار نباشند.
برای مثال، اگر در یکی از ظرف‌ها آب بیشتری وجود داشته باشد، مقایسه زمان تشکیل بلور دشوار می‌شود.
اگر یک نمونه در محیط گرم‌تر یا در معرض جریان هوای بیشتری قرار داشته باشد، آب آن سریع‌تر تبخیر می‌شود.
آلودگی ظروف، تفاوت غلظت اولیه و تکان دادن مداوم بشر نیز می‌تواند بر نتیجه اثر بگذارد.
بنابراین اگر بلورهای دو دانش‌آموز دقیقاً شبیه یکدیگر نبودند، لزوماً به معنای اشتباه بودن آزمایش نیست. باید شرایط رشد هر نمونه را بررسی کرد.
11. چگونه می‌توان آزمایش تبلور را پیشرفته‌تر کرد؟
پس از انجام آزمایش اصلی، می‌توانید سؤال‌های جدیدی طراحی کنید.
برای مثال دو محلول از یک ماده تهیه کنید و یکی را در محیط گرم‌تر قرار دهید.
سپس بررسی کنید:
کدام نمونه سریع‌تر بلور تشکیل می‌دهد؟
یا محلول‌هایی با غلظت‌های مختلف تهیه کنید و اندازه بلورها را مقایسه کنید.
حتی می‌توانید هر روز طول بزرگ‌ترین بلور را با خط‌کش اندازه‌گیری کنید و نمودار رسم کنید.
مثلاً:
محور افقی: زمان بر حسب روز
محور عمودی: اندازه بلور بر حسب میلی‌متر
به این ترتیب آزمایش شما از یک مشاهده ساده به یک پژوهش کمی تبدیل می‌شود.
12. نتیجه‌گیری
در این آزمایش مشاهده کردیم که کات کبود، سدیم کلرید و شکر می‌توانند در شرایط مناسب بلور تشکیل دهند.
اما بلورهای این سه ماده یکسان نیستند.
کات کبود بلورهای آبی ایجاد می‌کند، سدیم کلرید بیشتر ساختارهای مکعبی نشان می‌دهد و شکر می‌تواند بلورهای شفاف و کشیده‌تر تشکیل دهد.
این تفاوت‌ها نشان می‌دهند که شکل ظاهری یک بلور با نوع ذرات سازنده و نحوه قرار گرفتن آن‌ها در ساختار ماده ارتباط دارد.
همچنین یاد گرفتیم که تبخیر آب، غلظت محلول، دما، زمان و جوانه‌زنی همگی می‌توانند بر تشکیل و رشد بلورها اثر بگذارند.
پس می‌توانیم نتیجه بگیریم:
بلور تنها یک شکل زیبا نیست؛ شکل آن اطلاعاتی درباره نظم و ساختمان درونی ماده به ما می‌دهد.
13. پرسش‌هایی برای فکر کردن درباره تبلور
پس از پایان آزمایش، سعی کنید پیش از دیدن پاسخ دیگران درباره این پرسش‌ها فکر کنید:
- چرا بلور نمک و شکر با اینکه هر دو تقریباً بی‌رنگ هستند، شکل یکسانی ندارند؟
- اگر درِ بشر کاملاً بسته باشد، چه اثری بر فرایند آزمایش خواهد داشت؟
- چرا از آب گرم برای تهیه محلول استفاده کردیم؟
- چرا نباید بشرها را مرتب تکان دهیم؟
- اگر آب خیلی سریع تبخیر شود، چه تغییری ممکن است در اندازه بلورها ایجاد شود؟
- چرا بلور کات کبود آبی‌رنگ است؟
- نقش نخ یا گیره در تشکیل بلور چیست؟
- اگر محلول بسیار رقیق باشد، چه اتفاقی می‌افتد؟
- آیا می‌توان این آزمایش را با مواد دیگری نیز انجام داد؟
- چگونه می‌توان این آزمایش را به یک پژوهش دارای نمودار و داده عددی تبدیل کرد؟
