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美丽的硫酸铜晶体

2018-07-20 08:43  来源: 新华网

晶体的世界丰富多彩,晶体的结构纷繁复杂。你见过晶莹剔透、像蓝宝石一样美丽的硫酸铜晶体吗?

图 硫酸铜晶体

硫酸铜晶体的主要成分为五水合硫酸铜,即硫酸铜的水合物,化学式为CuSO4·5H2O,俗称胆矾、蓝矾,三斜晶系,是不规则的块状结晶体,通常为深蓝或浅蓝色,半透明,易碎。硫酸铜晶体加热后会失去结晶水,加热到102℃失去两分子水;113℃时,失去四分子水。只有加热到258℃以上,才能脱去最后一分子水。主要化学过程为:CuSO4·5H2O→CuSO4·3H2O→CuSO4·H2O→CuSO4。由此可见,4个水分子是作为配体,以平行四边形配位在铜离子上的,即[Cu(H2O)4]2+;另一个水分子则结合在硫酸根上,一般认为,这个水分子通过氢键与另外两个配位水分子及硫酸根相结合。CuSO4·5H2O按水分子的结合方式,其结构式可写成[Cu(H2O)4]SO4(H2O)。

图 三斜晶系晶格

如何制作较大块的硫酸铜晶体呢?晶体生成的一般过程是先生成晶核,再逐渐培养。制作较大块的硫酸铜晶体的主要步骤有两步:制备晶种、培养大晶体。

晶种的制备是制备大晶体的一个重要环节,因为晶种是提供晶体生长的位点,能够加速目标晶型的生长速率,同时可以避免初级成核、控制二次成核。具体的操作是:称量60g研细的硫酸铜粉末于烧杯中,加入100 mL蒸馏水,滴加适量稀硫酸使其溶液的pH为2左右,加热,使其充分溶解。趁热过滤,用热烧杯盛接滤液,静置。硫酸铜的溶解度是随温度升高而逐渐增大的,所以当温度降低后会有硫酸铜晶体析出。将溶液静置几个小时后,其中会自然降温结晶出小的单晶,挑选出大小合适、形状规则的小晶体作为晶种。

图 形状规则的小晶体

进行晶种培养时,先用细线系住晶种,然后悬挂在盛有饱和硫酸铜溶液的烧杯里,静置。每日往烧杯里加入少量微热的饱和硫酸铜溶液,小晶体会逐渐长大。在晶种培养过程中,振动会妨碍粒子的有序排列,因此,在培养过程中要尽量避免振动、注意防尘。

用悬挂的方法培养大晶体时细线会留在晶体内,影响美观,因此,也可以直接将晶种放在盛有饱和硫酸铜溶液的烧杯底部进行培养。在培养过程中,若大晶体表面出现小块的杂晶或晶簇可以微微加热使其溶解。

除此之外,还可以培养特殊造型的流通晶体,例如,用滤纸折成一朵玫瑰花的形状。把其放到盛有饱和硫酸铜溶液的烧杯底部,静置,每日再往烧杯里加入少量微热的饱和硫酸铜溶液,使纸花表面结特定形状的晶簇。

图 在纸花表面形成的的硫酸铜晶簇

再如,把铜丝弯成特定的形状(如心形),在铜丝上缠绕细棉线,将缠好的铜丝放在盛有饱和硫酸铜溶液的烧杯底部,静置,每日再往烧杯里加入少量微热的饱和硫酸铜溶液,使铜丝表面结特定形状的晶簇。

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作者: 张旭忠   [责任编辑: 李浩]