Выращивание кристаллов рубина и других искусственных камней в домашних условиях. Основные области применения искусственных кристаллов Синтетические кристаллы

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но, оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Много лет назад люди научились выращивать искусственные кристаллы и теперь широко используют их в украшениях. Я тоже решила попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Много лет назад люди научились выращивать искусственные кристаллы и теперь широко используют их в украшениях. Я тоже решила попробовать вырастить кристаллы в домашних условиях.

Методы исследования: создание условий для выращивания искусственных кристаллов, наблюдение за ростом кристаллов.

Результат исследования.

Через 3 дня в стаканах с насыщенным раствором медного купороса и поваренной соли на конце ниточки начали расти кристаллы.

Через две недели я вынула нитку с кристаллами поваренной соли. Получились интересное ожерелье из кристаллов.

А ещё через две недели получился кристалл медного купороса, похожий на драгоценный камень.

Мой опыт показал, что некоторые вещества, такие как соль и медный купорос, хорошо кристаллизуются в самых простых условиях, поэтому дают возможность вырастить у себя дома искусственные кристаллы. Получив уникальное украшение, любой девочки будет приятно продемонстрировать свою «драгоценность». А его местонахождение пусть станет маленьким секретом.

Однажды я посмотрела удивительную передачу о кристаллах. Из неё я узнала, что природные кристаллы всегда возбуждали любопытство у людей. Их цвет, блеск и форма затрагивали человеческое чувство прекрасного, и люди украшали ими себя и жилище. Моя мама, как и многие женщины, любит украшения. Но оказывается, красивые камни в них – искусственные. Мама объяснила мне, что настоящие камни очень дорогие и не каждому доступны по цене. Все природные драгоценные камни, кроме опала, являются кристаллическими. В природе кристаллы образовываются в течение миллионов лет, в глубине земной коры, при высоких температурах (до 2000 °С) и под колоссальным давлением сотни тысяч атмосфер. Мест, где есть такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость драгоценных камней, а следовательно и их стоимость.

Всю историю своего существования люди пытались обрести чудо, например, получить из свинца золото или превратить горный хрусталь в бриллианты. Этим занимались алхимики. Самым легендарным алхимиком считается француз Николя Фламель, которому приписывают получение философского камня, способного превратить свинец в золото. Создание оптимальных условий для роста и развития кристаллов обеспечивает их получение за короткие сроки.

С давних пор с кристаллами были связаны суеверия; как амулеты, они должны были не только ограждать своих владельцев от злых духов, но и наделять их сверхъестественными способностями. Позднее, когда те же самые минералы стали разрезать и полировать, как драгоценные камни, многие суеверия сохранились в талисманах "на счастье" и "своих камнях", соответствующих месяцу рождения.

Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности, и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани.

До сих пор в мире рубины, сапфиры и гранаты пользуются большим спросом. Сапфировые стекла, например, необходимы для производства иллюминаторов космических кораблей, головок самонаводящихся ракет, мобильных телефонов и часов. Большой популярностью пользуются и искусственно выращенные алмазы. Благодаря своей повышенной твёрдости, они используются в промышленности. Алмазные инструменты используются для обработки деталей из самых твёрдых материалов, для бурения скважин при разведке и добыче полезных ископаемых, служат опорными камнями в хронометрах высшего класса для морских судов и других, особо точных приборах. Алмазы применяют на операциях резки, полирования, шлифования и сверления. Благодаря синтетическим рубинам стал возможен ряд открытий. Например, на основе рубина был изобретен лазер, позволивший точно измерить расстояние от Земли до Луны.

Рост кристаллов из водных растворов происходит при достижении концентрации перенасыщения, при этом из раствора осаждается растворенное вещество. Концентрация перенасыщения достигается разными путями:

– снижение температуры водных растворов (основан на том, что, как правило, растворимость веществ в водных растворах с температурой возрастает, таким образом, при снижении температуры во всем объеме кристаллизатора достигаются условия перенасыщения и из раствора начинают выпадать кристаллы);

– испарение растворителя (схож с предыдущим, однако перенасыщение раствора достигается испарением воды);

В наше время большой популярностью пользуются искусственно выращенные алмазы, изумруды. Они ценится исключительно из-за своей редкости, а также небольших объемов производства. Не менее ценным для ювелиров стал гранат зеленого и розового цветов. Практически все виды кристаллов синтезируют и в России. В подмосковном Троицке выращивают алмазы, в Зеленограде - сапфиры, гранаты, рубины, под Нижним Новгородом - рубины, в Новосибирске - изумруды.

Из выше перечисленного видно, что выращивание искусственных кристаллов очень увлекательный и важный для современной жизни процесс. Я тоже решила вырастить кристаллы в домашних условиях.

Цель: вырастить искусственные кристаллы в домашних условиях.

1. Дома создать условия для выращивания кристаллов.

2. Пронаблюдать, за какое время можно вырастить искусственный кристалл.

Ожидаемый результат.

Проводя данное исследование, хочу убедиться, что в домашних условиях можно вырастить некоторые кристаллы.

Методика исследования

Создание условий для выращивания искусственных кристаллов.

1. Возьмём стеклянный стакан с горячей водой и понемногу насыплем медный купорос, перемешаем. Добавляем купорос до тех пор, пока он не перестанет растворяться при перемешивании.

2. Возьмём карандаш, на который посередине прикрепим ниточку с крупным кристаллом медного купороса на конце

3. Опустим нитку так, чтобы кристаллик был погружён в раствор. Получим «затравку», на которой и будет расти будущий кристалл.

4. Возьмём другой стеклянный стакан с горячей водой и понемногу насыплем туда поваренную соль, перемешаем. Добавляем соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться при перемешивании.

5. Опустим в стакан карандаш с «затравкой» (крупным кристаллом поваренной соли)

6. Стаканы с растворами поставим в тёплое место в открытом виде.

Наблюдение за ростом кристаллов.

1. Через 3-4 дня посмотрим на изменения в кристаллах.

2. Пронаблюдаем за кристаллами в течение месяца, изменения зафиксируем при помощи фотоаппарата.

Результат исследования.

Через 3 дня в стаканах с насыщенным раствором медного купороса и поваренной соли на конце ниточки начали расти кристаллы. Через две недели я вынула нитку с кристаллами поваренной соли. Получились интересное белое ожерелье А ещё через две недели получился кристалл медного купороса, похожий на драгоценный камень

Искусственные кристаллы я аккуратно обсушила бумажной салфеткой и покрыла слоем бесцветного лака, так как при взаимодействии с воздухом кристаллы погибают.

Заключение.

Исследуя данный вопрос, я убедилась, что некоторые кристаллы можно выращивать дома. Мне удалось создать условия, при которых кристаллики поваренной соли и медного купороса стали расти, и превратились в уникальные камни. Искусственные кристаллы очень похожи на натуральные. Я считаю, что они тоже драгоценные, но не потому, что дорогие, а потому, что выращены своими руками.

В настоящее время в России выращивают почти все виды кристаллов. О данном производстве будет интересно узнать на уроках природоведения, кубановедения, географии, трудового обучения. Я убедилась, что выращивание искусственных кристаллов очень увлекательный процесс. Уверена, что каждый захочет попробовать вырастить у себя дома это чудо.

С развитием технологий человечество научилось ускоренными методами производить многое из того, на что природе нужны тысячелетия. Не стали исключением и драгоценные камни. Так как многие из природных минералов имеют не только ювелирную ценность, но и применяются в различных областях науки и производства, возможность получить кристалл с точно заданными характеристиками оказалась очень привлекательной. Не миновала сия судьба и корунды, известные большей части человечества как . Как получают искусственный сапфир и можно ли отличить его от настоящего камня?

История

История искусственных корундов началась в 1904 году, когда Огюст Верней обнародовал метод получения искусственных минералов при помощи вертикальной горелки, потока воздуха и порошка глинозема. Что интересно, ученый совершил открытие намного раньше, но не стал сразу его обнародовать.

В дальнейшем учеными разных стран были запатентованы другие способы производства искусственных кристаллов. Большой вклад в развитие этих технологий внесли ученые из СССР. В институте кристаллографии Академии Наук СССР им. А.В. Шубникова был разработан способ выращивания корундов с заданными размером и направлением кристаллизации.

В середине ХХ века американской компанией «Линде» был запатентован способ выращивания искусственных сапфиров, обладающих эффектом астеризма.

Различные способы получения

Сегодня существует три самых распространённых метода выращивания кристаллов. Стоит сразу отметить, что они используются для получения не только корундов, но и других минералов, использующихся в ювелирном деле и промышленности.

Метод Вернейля

По принятым сейчас стандартам фамилия этого ученого читается как Вернее, но наименование метода уже прижилось. Суть метода в том, что под воздействием кислорода глиноземная смесь проходит через пламя, плавится и собирается на специальном штифте. После этого штифт снова помещают в пламя, и успевший застыть материал снова плавится, при этом образуются несколько кристаллов. Тот из них, который ориентирован в сторону самого быстрого роста, и становится затравкой для нового камня.

Кристаллы, выращенные таким образом, называются Були. Возможно, это связано с тем, что первые полученные образцы имели округлую форму.

Основан на сильном нагревании вещества, из которого планируется вырастить кристалл в огнеупорном контейнере. После преодоления точки плавления, внутрь помещается затравка будущего кристалла, вокруг которой он начинает образовываться. Во время роста кристалла затравку постепенно поднимают вверх, одновременно вращая вокруг своей оси. В итоге получается узкий и довольно длинный кристалл.

Метод зоной плавки

Еще один способ, ставший в последнее время довольно популярным, это метод зоной плавки. Части контейнера с материалом для будущего камня последовательно нагревают. Благодаря этому растет кристалл.

Научились люди и изготавливать самые ценные сапфиры, звездчатые. Технология была разработана подразделением фирмы «Юнаон Карбайд Корпорейшн» и подразумевает добавление рутила в глинозёмную смесь. Контролировать размер и расположение рутиловых иголок можно, регулируя скорость потока кислорода, проходящего по сосуду с расплавом. Создание кристалла в этом случае осуществляется методом Вернейля.

Как отличить?

Несмотря на то, что современные искусственные сапфиры мало чем уступают природным, некоторые покупатели желают быть уверенными, что приобретают именно натуральный камень.

Существует несколько признаков, по которым можно определить происхождение корунда:

• Цена. Несмотря на то, что искусственные минералы имеют сравнительно высокую стоимость, она всё же намного ниже, чем стоимость природных корундов. Поэтому, если какое-то изделие стоит намного меньше, чем обычно стоят украшения с сапфирами, это искусственный камень. Главный недостаток метода в том, что он работает только в честных ювелирных магазинах
• Сертификат. У каждого камня, использованного в ювелирных целях, есть сертификат, в котором перечислены все манипуляции, которые с ним проводились. Если сапфир искусственный, то это тоже будет указано. Нежелание или неспособность продавца предоставить сертификат – признак того, что покупателю предлагают не природный камень. Причем речь может идти не только о искусственном сапфире, который драгоценным камнем все-таки является, а о более грубых подделках.
• Внешние данные. Как бы парадоксально это не звучало, но искусственные кристаллы намного красивее естественных. Современные технологии позволяют проконтролировать каждый момент роста камня и вырастить кристалл с точно заданными характеристиками. В них не бывает посторонних включений, которые встречаются абсолютно во всех природных сапфирах. Единственное, что может быть заметно в искусственном камне – пузырьки газа.
• Если говорить о кристаллах, обладающих эффектом астеризма, то у естественных звезда на поверхности будет перемещаться , у искусственных – нет.
• Поместить кристалл в емкость, наполненную водой, и поставить на белый лист. Направить освещение сбоку. Прямые полосы – натуральный , искривленные – искусственный.
• В ультрафиолетовых лучах натуральные кристаллы демонстрируют белые блики. У искусственно выращенных этот эффект отсутствует.

Справедливости ради стоит отметить, что искусственный сапфир, все-таки является сапфиром и по своему химическому составу, и по характеристикам. Большую проблему составляют попытки некоторых недобросовестных дельцов выдать за корунды другие, более дешевые ювелирные камни, стекляшки или своеобразные композитные кристаллы, называемые «дуплет» или «триплет». Это склеенные между собой куски природного сапфира (сверху) и стекла или более дешёвых кристаллов (снизу). Обнаружить подделку можно под лупой.

Искусственные корунды – полезный материал, использующийся не только в ювелирных украшениях, но и во многих производственных отраслях. Промышленными методами можно создать идеально чистые бесцветные сапфиры, с которыми хоть раз сталкивался каждый современных человек. Например, из них производят усиленные стекла для различных гаджетов или наручных часов. А цветные искусственные кристаллы весьма достойно смотрятся в различных ювелирных изделиях, при этом они доступны большинству покупателей.

Я постоянно сталкиваюсь с мифами и предубеждениями об искусственно-выращенных камнях.

Почему-то большинству кажется, что это ненадежно, камни плохого качества, и вообще «а вот натуральные…»

При этом стразы Сваровски, стекло и прочие абсолютно не ювелирного происхождения «блестяшки», которые легко ломаются, имеют больший рейтинг доверия.

Лабораторные камни выращивают, а не синтезируют, все, что отличается их от натуральных по свойствам – это цена.

Поэтому я решила подробнее рассказать о процессе производства камней, их свойствах и применении.

Созданием искусственных камней занимались еще в древности. Несколько тысяч лет назад до н. э. в Египте древние люди имитировали природные камни, создавая их из стекла различных цветов. Из таких камней делали украшения. Истории известны факты того, что в Римской империи подобные имитации тоже были популярны.

В Средние века алхимики также делали попытки искусственным путем воспроизвести природные камни, но тщетно. И только в 1758 году известному химику Иозефу Штрассу удалось найти метод изготовления особого стеклянного сплава. Камень не имел цвета, хорошо поддавался огранке и шлифовке. Он был изготовлен на основе оксида железа, кремния, соды, алюминия и извести. Камень назывался в честь имени создателя – стразом.

А позднее, через сотню лет, известному ученому из Франции удалось вырастить синтетический рубин. Ученого этого звали – Вернейль. Он совершил необычайный прорыв в ювелирном мастерстве. Его метод стал основой выращивания искусственных корундов, алмазов и других камней. Чуть позже этим способом научились выращивать сапфиры, изумруды и кварцы.

Искусственные кристаллы используются не только в ювелирных целях. Они также нашли широкое применение в радиотехнике, производстве часов. В наше время искусственные аналоги природных камней добывают новейшими современными методами. Сегодня они делятся на два вида. Первый вид – это те группы камней, которые создаются по аналогу природных: рубин, опал, изумруд, кварц и другие. А ко второму виду относятся камни, чьи аналоги никогда не встретишь в природе. Их придумали советские ученые. Примерами таких камней служат корунд и фианит.

Особое внимание хочется уделить фианиту. Этот кристалл химически стоек, обладает высокой прозрачностью, достаточно огнеупорен. У него неплохие показатели преломления. Фианит имеет большую схожесть с алмазом. Обладая высокой степенью преломления, он способен играть переливами при различных условиях освещения. Учитывая данные особенности, этот искусственный камень дает возможность создавать аналоги драгоценных камней. Фианит под ультрафиолетовыми лучами способен переливаться различными цветами – от желтого и голубого до фиолетового. При Советском Союзе он завоевал огромное признание. Его начали выпускать для различных целей. Он был полезен не только в ювелирном деле, но и в технической промышленности. Из него изготавливают линзы высокого качества для очков и оптических приборов.

Производят синтетические камни при специальном давлении, определенном температурном режиме и особом взаимодействии химических нужных веществ. Интересный момент состоит в том, что из одного искусственного кристалла можно получить несколько других аналогов природных камней. К примеру, из корунда можно получить сапфир и рубин, в зависимости от того, какой вид оксида в процессе изготовления кристалла добавляется.

А жемчуг выращивать ученые додумались весьма интересным способом. Моллюску в раковину внедряют крошечный шарик, и тот, как обычно, начинает слой за слоем накладывать на него переливающийся перламутр. Чтобы вырастить такую жемчужину средних размеров, нужен срок в 5–7 лет. Новых методов на этот счет нет. Сейчас искусственный жемчуг добывают исключительно этим способом.

Над созданием искусственного алмаза трудились многие ученые. Советский физик Лейпуновский сыграл в этих трудах решающую роль. Его знания взяли за основу для создания синтетических алмазов. Так, в 1953 году шведским ученым удалось создать первые в мире алмазы, которые синтезировали из гранита.

Впоследствии различные ученые в разное время изобретали свои методы добычи алмазов из графита, но такие камни были мелкими. Крупный алмаз удалось получить американской компании. Эти камни были высокого качества и подходили для ювелирных целей. Минус этого способа в том, что он очень дорогой. Гораздо дешевле добывать природные алмазы, чем их синтезировать.

Искусственные алмазы применяют в производстве инструментов абразивного назначения. В изготовлении стоматологических боров и шлифовальных головок, брусков, различных кругов и паст, предназначенных для шлифования, стеклорезов и многих других инструментов. За последнее время в создании синтетических алмазов наука сделала прорыв. Удалось создавать ювелирные алмазы крупных размеров.

Все природные камни имеют свои отличия от искусственно созданных. Натуральные камни содержат различные включения минералов, трещины, которые создавались природными условиями. А вот синтетические кристаллы не имеют никаких изъянов. Потому что они создаются одинаково в лабораторных условиях, и это исключает разницу в их строении. Еще одно отличие между природными камнями и их аналогами – это цена. Натуральные камни в несколько раз дороже искусственных. За исключением алмаза. Из-за сложностей в его производстве он по цене не уступает природному алмазу.

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.

Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.

Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.

Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.

Органические соли

Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:

• медного купороса;
• алюмокалиевые квасцы;
• обычная соль.

Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:

1. Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
2. Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
3. Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
4. Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.

По своим физическим свойствам и по химическому составу драгоценные камни, полученные синтетическим путем, практически не отличаются от натуральных. Далеко не все изделия, продающиеся в ювелирных магазинах, содержат натуральные камни. И это вполне нормально. Рассмотрим, как открыть свой бизнес на выращивании кристаллов рубина в домашних условиях.

Основная проблема заключается в том, что большая часть натуральных камней не обладает всеми необходимыми характеристиками, чтобы красоваться в ювелирном украшении. Камни, полученные в заводских или лабораторных условиях, имеют практически одинаковые характеристики. Кроме того, синтетическое производство драгоценности обходится дешевле, нежели добыча натурального в глубоких и опасных для жизни шахтах.

Выращивание с использованием ограниченных солей

Для данного метода подойдут алюмокалиевые квасцы. Дома лучше всего выращивать кристаллы из медного купороса. Они плохо растут из обычной соли. А вот медный купорос и купить легко, и з него растут очень красивые синие искусственные драгоценные камни.

1. Подготавливаем емкость. В ней будем делать насыщенный раствор соли. Насыпаем несколько столовых ложек соли, заливаем ее водой и размешиваем. Досыпаем соль, пока она не перестанет растворяться. Используйте горячую воду, чтобы не ошибиться с пропорциями. Есть кривые растворимости для разных солей. Они показывают, сколько граммов может раствориться в 100 мл воды при определенной температуре.

Кривые растворимости

2. Фильтруем раствор. Этот шаг очень важный, особенно если вы покупаете медный купорос в магазине для сада и огорода. Если раствор будет грязным, кристалл вырастет с дефектами. Оставляем раствор на сутки, чтобы из него выпали лишние кристаллы. Они оседают на дне стакана и служат нам затравкой (главным элементов, на котором будут наращиваться новые).

3. Привязываем кристалл к леске. Леску обматываем на карандаш и вешаем это приспособление на стакан с насыщенным раствором. С течением времени вода испаряется, насыщенность раствора увеличивается. Излишек вещества, которое не может раствориться, оседает на наше изделие.

4. Раз в две недели добавляем в стакан насыщенный раствор. Зачем это делать? Со временем вода испаряется и на каком-то моменте роста ее будет недостаточно и рост прекратится.

Важно! Добавляемый раствор должен быть такой же температуры, как и раствор, где растет кристалл. Если она будет высшей, можем все испортить.

5. Через три месяца вынимаем кристалл и высушиваем его салфеткой.

6. Покрываем изделие 1-2 слоями бесцветного лака для ногтей. Это необходимо, чтобы он не высыхал и не терял свой блеск. После высыхания изделие можно брать руками.

Вот какие замечательные рубины можно вырастить в домашних условиях!