Amazing Rust.com – Kryształy Bizmutu

Jak zrobić kryształy bizmutu

Kryształy bizmutu

Bizmut (pierwiastek #83 w układzie okresowym) tworzy pięknie zabarwione i geometrycznie skomplikowane kryształy lejkowate, pokazane na obrazku po lewej stronie, gdy powoli stygnie i krzepnie ze stanu stopionego.

Wyróżniający się, „lejkowaty”, kształt kryształu bizmutu wynika z wyższego tempa wzrostu wokół jego zewnętrznych krawędzi niż na jego wewnętrznej stronie. Wyższe tempo wzrostu na krawędziach tworzy kryształ, który wydaje się być częściowo wydrążony w prostokątno-spiralnej konstrukcji schodkowej.

Przyciągająca wzrok gama kolorów kryształu wynika z tworzenia się cienkiej warstwy tlenku na jego powierzchni. Kolory na kryształach bizmutu powstają w podobny sposób, jak na bańce mydlanej lub cienkiej warstwie oleju na wodzie, gdzie światło odbijające się od górnej i dolnej części filmu wytwarza maksima interferencyjne określonego koloru, w zależności od grubości filmu. Cienka warstwa tlenku bizmutu na czystym krysztale bizmutu powoduje, że światło o określonej długości fali konstruktywnie interferuje przy odbiciu, dając początek kolorowi widocznemu na powierzchni. Ze względu na różnice w grubości warstwy tlenku, kryształ nie jest jednym kolorem stałym, ale raczej jest tęczą kolorów odpowiadających długościom fali (i kolorom) światła, które interferują konstruktywnie w każdym miejscu.
Dla dokładniejszego wyjaśnienia tego zjawiska zbadaj temat interferencji cienkowarstwowej.

Rośnięcie kryształów bizmutu

Aby wyhodować wysokiej jakości kryształy, należy użyć bardzo czystego metalu bizmutu. Czystość 99.99% bizmutu, lub lepsza, jest preferowana do hodowli kryształów wysokiej jakości.

Innym ważnym czynnikiem, który wpływa na jakość i wielkość kryształów bizmutu jest czas chłodzenia. Większe kryształy można uzyskać pozwalając Bizmutowi na powolne schłodzenie i zestalenie się ze stanu stopionego.

Punkt topnienia Bizmutu jest stosunkowo niski w porównaniu z innymi metalami i wynosi tylko 271 °C (520 °F), co jest wystarczająco niskie, aby łatwo stopić go za pomocą małego palnika propanowego lub nawet laboratoryjnej płyty grzejnej. Nie zapominaj jednak, że nadal masz do czynienia z bardzo gorącym stopionym metalem, który może płynąć i rozpryskiwać się jak każdy inny płyn i może powodować bolesne oparzenia.

Zależnie od objętości użytego bizmutu, różne pojemniki są odpowiednie do przechowywania bizmutu podczas jego topnienia. Mały lub średniej wielkości, stalowy kubek pomiarowy dobrze sprawdza się w przygotowywaniu kryształów bizmutu.

Krok 1: Topienie Bizmutu

Umieść kawałki Bizmutu w stalowym kubku pomiarowym i roztop na gorącej płycie w wysokiej temperaturze.

W miarę topnienia bizmutu, odsłonięta powierzchnia cieczy będzie się łatwo utleniać z powodu wysokiej temperatury i obecności tlenu w otaczającym powietrzu, co spowoduje utworzenie szarej „skóry” na górnej powierzchni; jest to normalne.

Krok 2: Wlewanie stopionego Bizmutu

Po stopieniu Bizmutu, powoli i ostrożnie przelej płynny Bizmut do innej czystej, podgrzanej, stalowej miarki.

Przelewając Bizmut do nowego pojemnika można usunąć grubą warstwę tlenku, który utworzył się na powierzchni Bizmutu i który może negatywnie wpłynąć na wzrost kryształów. Można powoli wylać czysty, srebrzysty, płynny Bizmut spod szarej warstwy tlenku, która pozostała w oryginalnym pojemniku.

Krok 3: Pozwolenie na schłodzenie Bizmutu

Umieść Bizmut, w nowym pojemniku, na dobrze izolowanej i odpornej na ciepło powierzchni w celu schłodzenia i rozpoczęcia krzepnięcia. Umieszczenie Bizmutu z powrotem na gorącej płycie (z wyłączonym zasilaniem) pozwoli na bardzo powolne schłodzenie Bizmutu, który powróci do temperatury pokojowej.

Niedługo po wlaniu Bizmutu do nowego pojemnika, nowa warstwa tlenku stanie się widoczna. Nowa warstwa tlenku nie będzie tak gruba jak poprzednia. W miarę wzrostu grubości nowej warstwy tlenku, będzie ona stopniowo zmieniać kolor, ponieważ różne długości fal światła konstruktywnie interferują po odbiciu się od jej powierzchni (z tego samego powodu, dla którego kryształy bizmutu są kolorowe).

Krok 4: Wylanie nadmiaru Bizmutu

Przed całkowitym zestaleniem się Bizmutu, wylać nadmiar ciekłego Bizmutu do innego pojemnika. Nie dopuść do pełnego zestalenia się bizmutu; jeśli nie wylejesz nadmiaru cieczy na czas, kryształy zostaną uwięzione wewnątrz powstałej bryły metalu.

Kryształy będą się formować i powiększać stopniowo w miarę zamarzania bizmutu. Dłuższy czas wzrostu zwykle skutkuje większymi kryształami. Ale jeśli ktoś czeka zbyt długo, nadmiar bizmutu, który jeszcze nie wszedł w skład kryształu, zestali się i uwięzi kryształy, które już się uformowały.

Nie ma określonej ilości czasu, który trzeba odczekać przed wylaniem nadmiaru bizmutu, ponieważ zależy to od warunków eksperymentu. Można sprawdzić stan bizmutu poprzez lekkie stukanie w pojemnik. Jeżeli na powierzchni widoczne są fale, to większość bizmutu jest wciąż płynna. W miarę jak bizmut będzie zamarzał, fale będą miały coraz mniej miejsca do przemieszczania się, a obszary, w których tworzą się kryształy, staną się widoczne. Zwróć uwagę, aby nie przeszkadzać zbytnio stygnącemu Bizmutowi, ponieważ może to spowodować formowanie się nowych kryształów; zamiast jednego (lub kilku) dużych kryształów, może powstać wiele mniejszych.

Może to zająć kilka prób, aby zorientować się, kiedy należy wylać nadmiar ciekłego Bizmutu. Jeśli ktoś czeka zbyt długo i kryształy zostaną uwięzione, wystarczy ponownie stopić Bizmut i spróbować ponownie. Można nawet spróbować wykorzystać nadmiar Bizmutu, który został wylany, do formowania dodatkowych kryształów w drugorzędnych pojemnikach.

Krok 5: Usunięcie kryształów

Po wylaniu nadmiaru ciekłego Bizmutu powinno być widać kryształy Bizmutu, które urosły wewnątrz pojemnika. Kolor kryształów powinien rozwinąć się w ciągu kilku sekund po wystawieniu ich na działanie powietrza, ponieważ na ich powierzchni tworzy się cienka warstwa utleniania. Kryształy będą prawdopodobnie przyklejone do dna i boków pojemnika; mogą być również częściowo stopione z niekrystalicznym bizmutem. Po ostygnięciu można delikatnie oderwać kryształy od niekrystalicznego bizmutu wewnątrz pojemnika.

Pozwolenie kryształom na formowanie się na wewnętrznych powierzchniach pojemnika powoduje nieodłączne niedoskonałości w kształcie kryształów, ponieważ zawsze będzie istniał punkt na krysztale, w którym był on wcześniej przymocowany do tej powierzchni. Można uniknąć tej niedoskonałości poprzez użycie małego kryształu bizmutu zawieszonego w stopionym bizmucie, który będzie działał jako punkt zarodkowania podczas wzrostu kryształu. Następnie można po prostu podnieść kryształ z ciekłego bizmutu, zamiast wylewać nadmiar bizmutu do osobnego pojemnika (jak w Kroku 4). Uważaj, żeby nie pozostawić kryształu w zawieszeniu zbyt długo, ponieważ bizmut może się wokół niego zestalić i uniemożliwić jego wydobycie. Dodatkowo, kryształ może urosnąć tak duży, że może stopić się z innymi kryształami, które go otaczają, co spowoduje uwięzienie go w środku.

Podobnie jak woda/lód, Bizmut ma interesującą właściwość rozszerzania się podczas zestalania, co powoduje, że niezłączone, stałe kryształy Bizmutu unoszą się w swoim bardziej gęstym, ciekłym otoczeniu.

Obrazy dużych kryształów bizmutu

Poniżej znajduje się seria obrazów trzech dużych kryształów bizmutu o rozmiarach od około 1 cala do 3 cali szerokości. Z pewnością możliwe jest wyhodowanie znacznie większych kryształów niż te.

.