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我的藍色寶石夢~硫酸銅結晶

這篇簡單記錄這幾個月在實驗室的寶石夢。

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2017-01-08 17:15:33 最後編修
2017-01-08 17:10:52 By zfang
 

長這麼大,教了這麼多年的理化,我從來沒有做過硫酸銅結晶。直到今年一月開始,斷斷續續地開始養晶.....

其實我養過晶。研究所那二年一直在養晶。實驗室走純化,做的是無機金屬羰基化合物的合成與反應性,為了要鑑定產物的結構,必須想辦法純化並養出單晶,以便讓X-ray做結構解析。那時是靠純化技巧與低溫(-20度)讓晶體生成,有時還會用不同溶劑搭配改變溶解度。晶體多是黑黑小小的(顏色越深代表金屬越多結構越大),小到比亮粉還細小。

這篇簡單記錄這幾個月在實驗室的寶石夢。

故事要從一月份說起。在實驗室中,發現同事無心插柳的傑作,蒸發皿內滿布著小結晶,真好看。

怎麼做的?他說,只是把實驗回收的硫酸銅溶液加熱濃縮水份,沒想到放置幾天,蒸發皿內水份已經乾掉,內壁出現攀緣(攀晶)現象,底部居然析出美麗的小結晶,受到晶體美麗光澤的吸引,因而開啟了養晶之路。

[補充說明] 硫酸銅的攀晶現象:硫酸銅溶液放在燒杯中,常常發現蒸發後會在杯壁長出結晶。這是因為當結晶在杯壁上隨意而混亂的排列,導致在晶體間會產生細小的縫隙,使溶液得以沿縫隙因毛細作用向上攀升,然後再蒸發、結晶,如此反覆而形成攀晶現象。實驗室中,硝酸鉀溶液、氫氧化鈉溶液也常見此現象,結晶甚至會攀緣到桌面上。


相片中的我,開始將溶液過濾研究起結晶了~ 真的很專注,喜歡上面的相片。
左下圖的我一直笑,是因為幫我拍照的同事說科學家的桌子要很亂,所以就丟了幾陀衛生紙到我桌上。
當時可沒想過~一做就是做好幾個月。

實驗室常見的硫酸銅,如同藍色的鹽粒,細細小小的。要讓它結成漂亮的晶型,就需要再結晶。養晶原理非常簡單。利用純物質在水溶液中的溶解度對溫度變化的差異,當水溶液溫度降低時,過剩的溶質便會析出結晶。結晶過程越緩慢且不受干擾,分子越能以規則方式排列堆疊,形成大顆美麗的單晶。(警語:硫酸銅對環境具有一定的毒性,結晶實驗必須在實驗室經老師指導才能操作,廢液須要回收。如果想在家中操作,可以做砂糖或食鹽結晶。)

養晶過程如下:

  1. 配置飽和溶液:將過量的硫酸銅加入水中加熱溶解,直到恰好能溶解為止。靜置讓溶液緩慢降溫,容器底部便有許多結晶析出。
  2. 挑選晶種:挑出生長良好較大顆的晶體,小心用細線綁好,當作養晶之晶種。
  3. 靜置結晶:將晶種懸吊在硫酸銅飽和溶液中靜置,只要有耐心,便可見硫酸銅晶體附生在晶種上。


結晶很神奇,交給時間,條件對了~就出來!感謝axer幫我拍美美的照片。
右邊最後的是立方之心,拿出來就破損一次了,拍完之後~ 則化作無數小星星。


做出來的成果全部放在學光廊展示櫃中。

下面的文字是展示卡上的資料。

  • 海洋之心:第一次結出的大晶,被它如海水湛藍的色澤吸引。如同鐵達尼號電影中,女主角項鍊上最美的墜飾。
  • 銀河系之星:第二次結出的大晶,大小與晶形均超越海洋之心,如同銀河系深邃,命名為銀河系之星。
  • 福科之心:由多個有如星光耀眼燦爛的單晶向外簇生,它是孕育福科學子的晶種,是福科之星,也代表福科之心!
  • 祖孫三代:硫酸銅溶液經過毛細現象而往上攀附,最後竟在細繩上同時長出大中小三顆結晶,相當奇特。


    硫酸銅的結晶屬於三斜晶系,仔細觀察結晶的邊長與角度,三邊不等長,三個角也不相等。

  • 立方之心:由許多細碎的結晶構成的多角愛心,可惜展示前不小心摔碎。


仔細觀察立方之心,是由無數小晶體以不穩固吸引方式構成的,不像單顆完整的單晶堅硬。


雖然可惜,但別擔心,結晶是物理變化,只要將他們重新溶解再結晶,更大更漂亮的結晶會再重生。

現在再看養晶的過程,感覺不難~ 可是我卻摸索好久。降溫速度不能太快,所以要加蓋也包了一層層隔熱的報紙抹布。有時候結晶全掉在底部,卡得緊緊的。也有好幾次硫酸銅熱溶液未泡到飽和就把大晶種放入,結果第二天去開獎~ 卻發現晶種被吃了!@@''' 說真的,現在才要回想過程甘苦,好多細節想不起來了。如果用養晶日記來記錄,可能會較精彩有味。

從一開始0.5公分長就歡喜,到最後養出5公分大的,並嘗試讓它形狀慢慢完整。那一陣子,只要是有新發現、漂亮的成果,我就會像野人獻曝般到處獻寶,分享我的開心呢。


這是目前形狀最整齊的結晶,靜置很多天,在室溫中透過水份緩慢蒸發而析出。
(前面做的多是靠控制溫度的方式結晶,一夜就成。結晶雖大,晶形就不規則了。)

夢未完,zfang 持續在做夢~

藍色的寶石夢!

 

2015-06-01

 

2016.04.17補充:

網路上看到介紹如何養硫酸銅晶體的方法,大家可以參考看看:

 

 

 

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