新年,然然的媽媽買了一條鑲嵌藍(lán)寶石的項鏈。然然覺得藍(lán)寶石與化學(xué)課上看到的硫酸銅晶體顏色差不多,那么藍(lán)寶石的成分是什么?和硫酸銅晶體有沒有關(guān)系呢?然然查閱了資料。原來,藍(lán)寶石晶體的化學(xué)成分為氧化鋁(α-Al2O3),是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵結(jié)合而成的,其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)。在自然界中,當(dāng)藍(lán)寶石在生長時,晶體內(nèi)含有鈦離子(Ti3+)與鐵離子(Fe3+)時,會使晶體呈現(xiàn)藍(lán)色,而成為藍(lán)色藍(lán)寶石;當(dāng)晶體內(nèi)含有鉻離子(Cr3+)時,會使晶體呈現(xiàn)紅色,而成為紅寶石;當(dāng)晶體內(nèi)含有鎳離子(Ni3+)時,會使晶體呈現(xiàn)黃色,而成為黃色藍(lán)寶石。就顏色而言,單純的氧化鋁結(jié)晶是呈現(xiàn)透明無色的,因不同顯色元素離子滲透于生長中的藍(lán)寶石,而使藍(lán)寶石顯出不同的顏色。
藍(lán)寶石晶體具有規(guī)則的幾何形狀,是因為其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格。晶體是固態(tài)物質(zhì)存在的一種基本形式,很多物質(zhì)的晶體都很漂亮。比如藍(lán)色的硫酸銅晶體、無色透明的硫酸鋁鉀晶體、無色透明的氯化鈉晶體、紫色的硫酸鉻鉀晶體、橙色的重鉻酸鉀晶體、淺綠色的硫酸亞鐵晶體、深綠色的硫酸鎳晶體等。然然也想擁有一款屬于自己的晶體。于是,他請教了老師,并在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了如下實驗:
實驗?zāi)康模褐谱髯仙w。
實驗用品:托盤天平、大燒杯(500 mL)、玻璃棒、漏斗、濾紙、燒杯、錐形瓶、藥匙、培養(yǎng)皿、鑷子、魚線、透明筆芯、502膠水、無色指甲油、卸甲水、厚紙片、硫酸鋁鉀、硫酸鉻鉀、80℃的蒸餾水。
實驗步驟:1.用天平稱量100 g硫酸鋁鉀放入燒杯,稱量12 g硫酸鉻鉀放入燒杯。
2.在燒杯內(nèi)放入400 mL的80℃的蒸餾水,用玻璃棒攪拌,直至固體全部溶解。
3.在燒杯上蓋好厚紙片,靜置幾天。注意燒杯內(nèi)溶液不能振動。
4.將燒杯內(nèi)液體倒入錐形瓶,將燒杯底部固體放入培養(yǎng)皿,選取最漂亮的紫色晶體作為晶種。
5.用502膠水將紫色晶體粘在魚線上,將魚線綁在透明筆芯上。
6.將錐形瓶中的溶液過濾,濾液倒入燒杯,將紫色晶體浸入飽和溶液中,透明筆芯橫放在燒杯上。靜置,等待晶體生長。
7.在晶體生長期間,將燒杯中晶種以外的晶體移除,以免影響晶體的生長。同時,要避免極端的溫度和污染溶液。
8.一個月后,拉出魚線,將長大的晶體取出,用紙巾擦去表面的溶液,用無色指甲油涂在晶體表面,指甲油干透后,就可以用手觸摸了。
硫酸鋁鉀晶體是一種無色正八面體形狀的晶體,有玻璃光澤。硫酸鉻鉀晶體是紫紅色到黑色的正八面體形狀的晶體,晶體幾乎不透明。硫酸鋁鉀(明礬)和硫酸鉻鉀的混合溶液析出的晶體,透光后看上去是純紫色,透光性也比較好,非常漂亮。
實驗注意事項:明礬和硫酸鉻鉀都是有毒的物質(zhì),實驗時要特別注意安全。