关键概念
化学
溶解度
饱和
晶体
提纯
引言
你有没有想过晶体是如何形成的？晶体有各种不同的形状和大小。然而，最纯净、最干净的晶体通常也是那些生长到最大尺寸的晶体。在这个活动中，你将比较在不同温度下生长的晶体的大小和形状。只需用水和硼砂（一种家用清洁产品），你就可以发现培养大型纯净晶体的方法！
背景知识
化学反应不断地发生在你周围——以及你的体内。例如，化学反应可以将金属变成红棕色的铁锈（金属中的铁与空气或水中的氧气发生反应，最终产物就是我们所知的铁锈）。化学家进行化学反应，将一种化合物转化为另一种化合物。有时，当形成多种产物时，化学家可能希望将一种化合物与其他化合物分离。一种方法是使用称为重结晶的过程，将化合物的溶液溶解在热水中，然后冷却。当溶液冷却时，一种物质结晶（变成晶体），可以从剩余的液体中取出，剩余的液体保留着其他化合物。
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为什么晶体会随着混合物冷却而出现？这与溶解度有关，或者说，某种物质可以在另一种物质中溶解的最大量，例如将粉末状清洁产品硼砂溶解在水中。大多数固体的溶解度随着温度的升高而增加。换句话说，与冷水相比，更多的硼砂可以溶解在热水中。因此，如果将热的饱和混合物冷却，那么冷水所能容纳的硼砂会更多，因此硼砂可能会从混合物中析出，形成晶体。
材料
• 大碗
• 冰块
• 水
• 细绳
• 剪刀
• 两支铅笔
• 两个相同的罐子或大号饮水杯
• 烹饪锅
• 硼砂，也称为 20-骡子队家用清洁剂。可以在许多杂货店的清洁用品区找到。（处理清洁剂时请小心——它们会伤害皮肤和眼睛，不应吸入。）
• 量匙（汤匙）
• 保鲜膜
准备工作
• 将大碗装满一半的冰块，然后加水直到碗大约四分之三满。
• 剪下两段细绳（它们应该至少与罐子或大号饮水杯的高度一样长）。将一根绳子的一端系在两支铅笔的每一支上。调整细绳的长度，使当铅笔横放在其中一个罐子或大号饮水杯的顶部时，细绳的末端正好悬在罐子的底部上方。使细绳的长度相等。
• 如果吞食、吸入或接触眼睛，硼砂是有害的，并且在极少数情况下，触摸它会导致皮疹。处理时建议谨慎并由成人监督。
步骤
• 在烹饪锅中装满足够的水，以几乎装满两个罐子。然后在炉子上将水烧开。水沸腾后，关掉炉子，使水停止沸腾。（由于吸入或接触眼睛时硼砂是有害的，建议不要用沸水溶解它。）
• 向水中加入一汤匙硼砂并搅拌直至溶解。继续每次加入一汤匙，直到不再溶解为止。每杯水可能需要大约三汤匙硼砂。饱和溶液看起来怎么样？
• 小心地将等量的饱和硼砂溶液倒入两个罐子中。每个罐子应该大约四分之三满。
• 将铅笔横放在每个罐子的顶部，使细绳悬挂到饱和溶液中。
• 用保鲜膜盖住罐子的顶部。
• 将一个罐子放在台面或桌子上，在室温下静置。将第二个罐子放在你准备好的装满冰的碗中。如果需要，调整碗中的水位，使水至少达到罐子的四分之三高度，但又不会高到进入罐子。
• 至少五个小时不要移动罐子。定期检查冰碗，如果冰融化了，就加冰。
• 大约每小时检查一次罐子，看看晶体是如何形成的。可能难以观察碗中的罐子——尝试通过保鲜膜盖观察细绳。你是否看到晶体在一个罐子的侧面形成？晶体是否在一个罐子中比另一个罐子更快地形成？
• 至少五个小时后，小心地取出铅笔，观察细绳上的晶体。每根细绳上的晶体的大小、形状和数量彼此之间如何比较？你认为这是为什么？
• 额外：在这个活动中，你研究了两种不同温度下的硼砂晶体形成，但你也可以尝试其他温度；一种方法是将其中一个罐子放入冰箱。在不同温度下冷却硼砂混合物如何影响晶体的形成？
• 额外：尝试用其他材料制作晶体，如糖或盐。使用其他与水的混合物形成晶体的效果如何？
• 额外：你进行了至少五个小时的这个活动。如果你的晶体生长更长时间，你的结果会如何变化？确保在整个活动过程中不断地向水浴中添加冰块，以保持其冷却。
观察和结果
在冰水碗中的罐子和细绳上是否形成了更小、更丰富的晶体，而在室温下罐子中形成了更大、更少、形状更好的晶体？
当热的饱和硼砂和水混合物冷却时，有比冷水所能容纳的更多的硼砂，因此这些硼砂从混合物中析出并形成晶体。晶体是由以特定重复模式结合在一起的产物分子制成的。当晶体的分子结合在一起时，其他通常被认为是杂质的产物，或化学反应中不需要的产物，由于它们不太适合，就像拼图的错误部分不适合一样，它们很难融入晶体结构。如果晶体形成的速度足够慢，杂质将被排除，因为它们不合适，而是会留在水中。这就是为什么室温罐中的晶体应该更大且更像立方体。但是，如果溶液冷却得太快，则没有时间排出杂质，而是它们会被困在晶体结构中，并且模式会受到干扰。因此，冰水碗中的晶体应该形成得更快，数量更多，但是由于含有更多的杂质，它们更小且形状不太像立方体。
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