Изоморфные ряды на примере алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов
, ученик 10 физического класса гимназии №6 «Горностай» г. Новосибирска
Научные руководители: , студент 5 курса ГГФ НГУ, , учитель физики гимназии №6 «Горностай»
Изоморфизм - это распространённое явление в природе. Также изоморфизм используется в технике. Однако в школьных учебниках этого определения не встретишь. А между тем это явление очень интересно и ещё не до конца изучено, поэтому я решил посвятить свою работу именно этому.
Целью моей работы было определить характер и пределы изоморфизма на примере алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов.
Что бы достичь своей цели я поставил ряд задач:
1. Ознакомиться с понятием изоморфизма.
2. Приготовить серию насыщенных растворов, содержащих в различных пропорциях алюмокалиевые и хромокалиевые квасцы.
3. Провести эксперименты по выращиванию кристаллов из приготовленных растворов.
4. Установить соответствие состава выращенных кристаллов составу первичного раствора.
5. Оценить возможное изменение состава кристаллов по мере роста.
6. Обобщить все полученные данные и сделать выводы о характере изоморфизма.
Но для начала, введём понятия изоморфизма:
Изоморфизм - это способность атомов, похожих по радиусу ядра и/или количеству электронов на внешнем уровне замещать друг друга в кристаллической решётке.
Изоморфизм бывают двух типов: изовалентный и гетеровалентый. Изовалентный изоморфизм – замена в кристаллической структуре ионов одинаковой валентности. Гетеровалентный изоморфизм – более сложный изоморфизм. Возможны разнообразные замещения, поэтому даже элементами с разными валентностями могут образовывать гетеровалентные твердые растворы. Квасцы, с которыми я проводил опыты, вступают в изовалентный изоморфизм.
Как и сказано в задачах, чтобы отследить характер и пределы изоморфизма, мною было приготовлено 11 насыщенных растворов хромокалиевых и алюмокалиевых квасцов смешанного состава (в одном растворе было 100% алюмокалиевых квасцов, в следующем 90% алюмокалиевых, и 10% хромокалиевых и так далее. Последний раствор, соответственно, был насыщен только хромокалиевыми квасцами). Молярная масса квасцов, растворённая во всех растворах, была одинаковой.
Когда из растворов стали выпадать кристаллы, мне нужно было зафиксировать состав раствора. Для этого мною было придумано 2 метода:
Метод 1: по коэффициенту преломления: В основу этого способа положена разница показателей преломления насыщенных растворов алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов. Для того что бы измерить коэффициент преломления, я использовал универсальный лабораторный рефрактометр ИРФ-22. Результаты экспериментов фиксируются следующим образом. Для начала я сделал замеры начальных, насыщенных растворов. Это и было моей основой, то, с чем я буду постоянно сверять. Составляю график зависимости коэффициента преломления от состава насыщенных растворов. Теперь, по этому графику я в любой момент смогу определить состав любого из экспериментальных растворов.
Метод 2: в основу этого метода входит различие цвета растворов. Принцип достаточно прост – я фотографирую изначально полученные насыщенные растворы, а позже сравниваем их по цвету и прозрачности с растворами, из которых уже выпали кристаллы. Алюмокалиевые квасцы бесцветны, зато хромокалиевые квасцы тёмно – фиолетовые, практически чёрные. Чтобы сравнение было корректным, данные по цвету были переведены в количественную характеристику с помощью программы Photoshop.
Выводы:
В ходе работы подтвердились уже известные факты:
1. Алюмокалиевые и хромокалиевые квасцы образуют изоморфные смеси.
2. Поскольку ни для одного раствора не зафиксировано резкого изменения состава – изоморфизм непрерывный
3. В ходе опытов состав раствора внутри каждой ёмкости со временем менялся, обогащаясь хромовым компонентом, следовательно выпадающие кристаллы были обогащены алюминием относительно состава исходных растворов
Список литературы:
1. «Курс минералогии», издательство «КДУ» 2010 г. с. 58-69
2. «Курс общей химии» Государственно научно – техническое издательство химической литературы 1960 н. с 630-631
3. «Минералогия» Издательство «Недра» 1983 г. с. 398-409
4.www. *****
5.www. *****
6.www. *****
