مفاهیم کلیدی: کریستال، محلول اشباع، تبخیر
پیش زمینه: نمک آشپزخانه از تعداد زیادی کریستال بسیار کوچک تشکیل شده است. زمانی که این کریستال‌های نمک را در آب می ریزید، حل می‌شوند و ساختار کریستالی خود را از دست می دهند. با تبخیر آب، کریستال های نمک دوباره شکل می گیرند. در علم بلور شناسی به این کریستال‌ها مکعبی گفته می شود. این شکل مکعبی کریستال‌ها حاصل نحوه‌ی کنار هم قرار گرفتن اتم ها در کنار هم است، همان طور که شکل تعداد زیادی پرتقال در یک جا، حاصل نحوه ی قرارگرفتن تک تک پرتقال‌ها کنار هم است. کریستال‌هایی که در اینجا می سازید بسیار زیبا خواهد بود. نکته کلیدی در ساختن این بلور های زیبا، تبخیر سریع و استفاده از مقداری نخ است.
مواد و وسایل مورد نیاز: یک چهارم فنجان نمک یک فنجان آب حدود 3 فوت نخ یک قابلمه (هنگام استفاده از اشیای داغ و اجاق گاز حتماً از یک بزرگتر کمک بگیرید.) قاشق برای هم زدن یک فنجان یا شیشه‌ی کوچک ( باید حداقل 5 اینچ ارتفاع داشته باشد و قابلیت جوشاندن آب را نیز داشته باشد) رنگ خوراکی (اختیاری) یک سینی یا بشقاب برای نگه داشتن فنجان ها روزنامه یا حوله برای قرار دادن زیر وسیله ها (اختیاری)
آماده سازی: نخ را در اندازه های 5 اینچی ببرید. شش یا هفت تکه از آن را به هم گره بزنید تا به صورت یک دسته نخ دربیاید. فنجان یا شیشه را روی یک سطح مطمئن که برای چند روز تکان نخورد قرار دهید. زیر آن
روزنامه یا حوله بگذارید تا جایی کثیف نشود.
روش کار: برای تهیه ی محلول آب و نمک، آب را در قابلمه بجوشانید.حدود یک چهارم نمک را به آن اضافه کنید. (می توانید چند قطره رنگ خوراکی هم اضافه کنید.) مخلوط حاصل را با یک قاشق به هم بزنید تا خوب یک دست شود. ظاهر آب در حال جوش چه تغییری می کند؟ به تدریج نمک بیشتری به محلول اضافه کنید تا جایی که دیگر نمک در آب حل نشود. چه مقدار نمک داخل آب ریختید قبل از اینکه آب نمک بیشتری را حل نکند؟ محلولی که در حال حاضر دارید، یک محلول فوق اشباع است. ظاهر محلول را بررسی کنید. ممکن است یک لایه کریستال نمک روی سطح محلول تشکیل شود. شعله ی زیر قابلمه را خاموش کنید و محلول را داخل یک فنجان بریزید. با دقت، انتهای گره زده ی نخ ها را داخل محلول فرو کنید و نخ ها را طوری در فنجان قرار دهید که انتهای آزاد همه ی آنها به طور یکسان از لبه ی فنجان آویزان باشد. به نظر شما نخ ها قرار است چه کاری انجام دهند؟ آیا متوجه این موضوع شده اید که نخ ها محلول آب و نمک را به خود جذب می کنند؟ فنجان را در محلی قرار دهید که تکان نخورد. منتظر بمانید و به طور مرتب کریستال های تشکیل شده را چک کنید. بعد از یک ساعت چه چیزی مشاهده می کنید؟ بعد از یک روز و دو روز چطور؟
آزمایش‌هاي تکمیلی: زمانی که محلول نمک در فنجان به اندازه ی کافی تبخیر شد و سر گره خورده ی نخ ها از محلول بیرون ماند، می‌توانید مراحل بالا را تکرار کنید و مقداری محلول آب و نمک جدید را به فنجان اضافه کنید. بعد از یک و دو روز چه اتفاقی می افتد؟آزمایش را تکرار کنید اما این بار از طول‌های مختلفی از نخ استفاده کنید و آنها را در زوایای مختلف از لبه ی فنجان آویزان کنید. این تغییرات چه تأثیری روی نحوه‌ی تشکیل کریستال‌ها می گذارد؟
مشاهدات و نتیجه گیری: زمانی که نمک را به آب اضافه می کنید، کریستال های نمک حل می شوند و نمک به داخل محلول می رود. اما بیشترین مقدار نمکی که می تواند در حجم مشخصی آب حل شود محدود است. زمانی که بیشترین مقدار نمک ممکن در آب حل شود، حاصل یک محلول اشباع از نمک است.
نقطه ی اشباع وابسته به دماست و در دماهای مختلف مقدار آن متفاوت است. با افزایش دما، میزان بیشتری نمک می تواند در آب حل شود. وقتی که محلول آب و نمک را می جوشانید، دمای محلول بسیار بالا می رود و درنتیجه مقدار بیشتری نمک در آب حل می‌شود. اما زمانی که شعله ی زیر ظرف را خاموش می کنید و محلول شروع به سرد شدن می کند، مقدا نمک حل شده در آن از حالت عادی بیشتر است. پس حالا یک محلول فوق اشباع داریم. حالت فوق اشباع یک حالت ناپایدار است. درنتیجه مولکول‌های اضافی نمک شروع به کریستال شدن می کنند تا از محلول خارج شوند و به حالت جامد خود برگردند.
منابع مفيد:
معرفي کتابهاي مرتبط با بلورشناسي
Crystal creations
بلور شناسی
انجمن بلورشناسي
و کاني شناسي در ايران
What are Crystals
تاريخچه‌ي آزمايش‌هاي تهيه بلور
ساختار بلوري
فرايند تبلور
آزمايش تهيه بلور
خواص بلورها
محلول اشباع و فوق اشباع