Amazing Rust.com – Krystaly vizmutu

Jak vyrobit krystaly vizmutu

Krystaly vizmutu

Bizmut (prvek č. 83 v periodické tabulce prvků) tvoří při pomalém ochlazování a tuhnutí z roztaveného stavu nádherně barevné a geometricky složité krystaly násypky, které jsou zobrazeny na obrázku vlevo.

Výrazný, „hopperovitý“ tvar krystalu vizmutu je výsledkem vyšší rychlosti růstu kolem jeho vnějších okrajů než na jeho vnitřní straně. Vyšší rychlost růstu na okrajích vytváří krystal, který se zdá být částečně vydutý ve tvaru obdélníkových spirálovitých schodů.

Nápadná škála barev krystalu je výsledkem tvorby tenké vrstvy oxidu na jeho povrchu. Barvy na krystalech vizmutu vznikají podobně jako na mýdlové bublině nebo tenké vrstvě oleje na vodě, kdy světlo odrážející se od horní a spodní části vrstvy vytváří interferenční maxima určité barvy v závislosti na tloušťce vrstvy. Tenká vrstva oxidu bismutitého na jinak čistém krystalu bismutu způsobuje, že světlo určitých vlnových délek při odrazu konstruktivně interferuje a vzniká barva viditelná na povrchu. Vzhledem k rozdílům v tloušťce vrstvy oxidu nemá krystal jednu celistvou barvu, ale spíše duhu barev odpovídající vlnovým délkám (a barvám) světla, které v každém místě konstruktivně interferují.
Podrobnější vysvětlení tohoto jevu naleznete v tématu interference tenkých vrstev.

Pěstování krystalů vizmutu

Pro pěstování kvalitních krystalů je třeba použít velmi čistý kov vizmut. Pro pěstování vysoce kvalitních krystalů se upřednostňuje čistota 99,99 % vizmutu nebo lepší.

Dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje kvalitu a velikost krystalů vizmutu, je doba chlazení. Větší krystaly lze získat, necháme-li vizmut z roztaveného stavu pomalu chladnout a tuhnout.

Teplota tání vizmutu je ve srovnání s jinými kovy relativně nízká, pouze 271 °C (520 °F), což je dostatečně nízká hodnota pro snadné roztavení pomocí malého propanového hořáku nebo dokonce laboratorní horké desky. Nezapomínejte však, že stále máte co do činění s velmi horkým roztaveným kovem, který může téct a stříkat stejně jako jakákoli jiná kapalina a může způsobit bolestivé popáleniny.

V závislosti na objemu použitého vizmutu jsou vhodné různé nádoby, ve kterých lze vizmut při tání uchovávat. Ukázalo se, že k přípravě krystalů vizmutu se dobře hodí malá až středně velká ocelová odměrka.

Krok 1: Tavení Bismutu

Kousky Bismutu vložte do ocelové odměrky a roztavte na horké desce při vysoké teplotě.

Při tání vizmutu bude odkrytý povrch kapaliny vlivem vysoké teploty a přítomnosti kyslíku v okolním vzduchu snadno oxidovat, což povede k vytvoření šedé „slupky“ na horním povrchu; to je normální.

Krok 2: Nalití roztaveného vizmutu

Po roztavení vizmutu pomalu a opatrně nalijte tekutý vizmut do jiné čisté, předehřáté, ocelové odměrky.

Přečerpáním Bismutu do nové nádoby lze odstranit tlustou slupku oxidu, která se vytvořila na povrchu Bismutu a která může negativně ovlivnit růst krystalů. Čistý, stříbřitý, tekutý Bismut lze pomalu vylít zpod šedé vrstvy oxidu, která zůstala v původní nádobě.

Krok 3: Nechat Bismut vychladnout

Bismut v nové nádobě položit na dobře izolovaný a tepelně odolný povrch, aby vychladl a začal tuhnout. Umístěním Bismutu zpět na horkou plotýnku (s vypnutým napájením) umožníte, aby se Bismut velmi pomalu ochlazoval při návratu na pokojovou teplotu.

Nedlouho po přelití Bismutu do nové nádoby se objeví nová vrstva oxidu. Nová vrstva oxidu nebude tak silná jako předchozí vrstva. Jak bude nová vrstva oxidu narůstat na tloušťku, bude postupně měnit barvu, protože po odrazu od jejího povrchu budou konstruktivně interferovat různé vlnové délky světla (ze stejného důvodu, proč jsou barevné i samotné krystaly vizmutu).

Krok 4: Vylití přebytečného Bismutu

Než Bismut zcela ztuhne, vylijte přebytečný tekutý Bismut do jiné nádoby. Nenechte Bismut zcela ztuhnout; pokud přebytečnou kapalinu včas nevylijete, krystaly uvíznou uvnitř vzniklé kovové hroudy.

Krystaly se budou tvořit a postupně zvětšovat, jak bude Bismut tuhnout. Delší doba růstu má obvykle za následek větší krystaly. Pokud však čekáme příliš dlouho, přebytečný vizmut, který ještě nevstoupil do tvorby krystalu, ztuhne a uvězní krystaly, které se již vytvořily.

Neexistuje žádná pevně stanovená doba, po kterou musíme čekat, než vylijeme přebytečný vizmut, protože se liší v závislosti na podmínkách experimentu. Stav Bismutu lze vyzkoušet světelným poklepáním na nádobu. Pokud se po povrchu objeví vlnky, pak je většina vizmutu stále tekutá. Jakmile větší část vizmutu zmrzne, vlnky budou mít méně prostoru k pohybu a zviditelní se místa, kde se tvoří krystaly. Dávejte pozor, abyste chladnoucí Bismut příliš nenarušili, protože to může vyvolat tvorbu nových krystalů; namísto jednoho (nebo několika málo) velkých krystalů se může vytvořit mnoho mnohem menších krystalů.

Musí to trvat několik pokusů, abyste zjistili, kdy vylít přebytečný tekutý Bismut. Pokud čekáte příliš dlouho a krystaly se zachytí, stačí Bismut znovu roztavit a zkusit to znovu. Přebytečný Bismut, který se vylije, lze dokonce zkusit použít k vytvoření dalších krystalů v sekundárních nádobách.

Krok 5: Odstranění krystalů

Po vylití přebytečného tekutého Bismutu by mělo být možné vidět krystaly Bismutu, které vyrostly uvnitř nádoby. Barva krystalů by se měla vyvinout během několika sekund po vystavení vzduchu, kdy se na jejich povrchu vytvoří tenká vrstva oxidace. Krystaly budou pravděpodobně přilepeny ke dnu a stěnám nádoby; pravděpodobně budou také částečně srostlé s nekrystalickým Bismutem. Po jejich vychladnutí lze krystaly opatrně odlomit od nekrystalického vizmutu uvnitř nádoby.

Tvoření krystalů na vnitřních plochách nádoby způsobuje přirozené nedokonalosti tvaru krystalů, protože na krystalu bude vždy místo, kde byl dříve k této ploše přichycen. Této nedokonalosti se lze vyhnout použitím malého zárodečného krystalu vizmutu zavěšeného v roztaveném vizmutu, který bude při růstu krystalů sloužit jako nukleační bod. Poté lze krystal z tekutého vizmutu pouze vyjmout, místo aby bylo nutné přebytečný vizmut vylévat do samostatné nádoby (jako v kroku 4). Dávejte pozor, abyste semenný krystal nenechali zavěšený příliš dlouho, protože by kolem něj mohl Bismut ztuhnout a znemožnit jeho vyjmutí. Navíc se krystal může zvětšit natolik, že se může spojit s ostatními krystaly, které ho obklopují, a tím ho také uvěznit uvnitř.

Podobně jako voda/led má Bismut zajímavou vlastnost, že se při tuhnutí rozpíná, což způsobuje, že se nepřipojené pevné krystaly Bismutu vznášejí ve svém hustším, tekutém okolí.

Obrázky velkých krystalů vizmutu

Níže je série obrázků tří velkých krystalů vizmutu o velikosti od přibližně 1 palce do 3 palců šířky. Je jistě možné vypěstovat mnohem větší krystaly, než jsou tyto.