ДЕМОНСТРАЦИОННОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РОСТА КРИСТАЛЛОВ

Демонстрационное пособие относится к учебным пособиям и может быть использовано в учебном процессе при изучении выращивания кристаллов из растворов.
Известно оборудование для наблюдения в учебном процессе за размером кристаллов, по которому судят о скорости роста кристаллов в разных направлениях. В состав оборудования входит микроскоп, мерная линейка, предметное стекло, на которое помещается капля раствора гипосульфита натрия с кристалликами этой соли. Определение размера кристаллов проводят соотнесением с размером поля зрения микроскопа (С.В.Коновалихин Определение скорости роста кристаллов из. раствора, Газета «Физика» №22, 2005). Данное оборудование предназначено для индивидуальной работы школьника, который помещает каплю раствора с кристалликами соли на предметное стекло микроскопа и проводит измерения во времени.
Сведений о демонстрационных устройствах, которые бы служили наглядными пособиями при изучении процесса выращивания кристаллов из растворов, не выявлено.
Полезная модель представляет собой техническое решение, направленное на создание демонстрационной модели для изучения в учебном процессе роста кристаллов.
Технический результат состоит в повышении скорости выращивания кристаллов до значения, которое позволяет наблюдать выращивание в реальном времени проведения занятий.
Технический результат достигается тем, что демонстрационное пособие представляет собой снабженный осмотической мембраной цилиндрический сосуд, на дне которого установлена сетка, помещенный в большую по объему цилиндрическую емкость таким образом, чтобы между днищами сосуда и емкости был зазор.
При этом возможен вариант, когда цилиндрический сосуд соединен сифоном с емкостью для подпитки.
Также возможен вариант, когда на внутренних стенках сосуда установлены дополнительные осмотические мембраны.
Сущность пособия поясняется иллюстрациями (фиг.1-3).
На фиг.1 показано демонстрационное устройство, которое состоит из цилиндрического сосуда 1, снабженного осмотической мембраной 2, проницаемой для молекул растворителя, содержащихся в маточном растворе, и трудно проницаемой для молекул растворенного вещества. Дно сосуда закрыто сеткой 3. Сосуд 1 помещен в большую по размеру емкость 4 таким образом, что между днищами сосуда 1 и емкости 4 имеется зазор, назначение которого - обеспечить возможность заполнения приемным раствором пространство вокруг стенок и под днищем сосуда 1.
Дополнительное преимущественно обеспечивает автоматическое поддержание постоянного уровня маточного раствора в цилиндрическом сосуде 1, которое создается емкостью для подпитки 5, соединенной с ним сифоном 6 (Фиг.2). Это позволяет ускорить процесс выращивания кристалла и получить кристалл более совершенной структуры.
Другое дополнительно преимущество создается использованием в цилиндрическом сосуде 1 нескольких дополнительных мембран, размещенных на его вертикальных стенках (Фиг.3). Это позволит создавать градиенты концентрации в разных пространственных направлениях и управлять геометрией роста, выращивая кристаллы различных форм.
Для демонстрации процесса выращивания кристаллов цилиндрический сосуд 1 сосуд заполняют маточным раствором, а емкость 4 - приемным раствором. Уровень маточного раствора в сосуде 1 при этом должен быть выше, чем уровень приемного раствора в емкости 4. Перенос растворителя в данной системе осуществляется за счет избыточного гидростатического давления столба маточного раствора, а также за счет подбора состава приемного раствора, обеспечивающего интенсификацию процесса переноса растворителя вследствие разности осмотических давлений со стороны маточного и приемного растворов. Данное устройство за счет своей конструкции позволяет развернуть градиент концентрации растворенного вещества в сторону области нахождения кристалла и повысить скорость выращивания до значения, которое позволяет наблюдать выращивание в реальном времени проведения занятия.
Таким образом, демонстрационное пособие простыми средствами делает наглядным процесс роста кристаллов и упрощает усвоение учебного материала. При этом его использование позволяет дать адекватное представление о сложных физико-химических явлениях.