Описание метода и проведение эксперимента

Лабораторная работа № 1

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СОЛЕЙ

Цель работы

Привить навыки исследования сложныхявлений методами моделирования на примере изучения влияния условий кристаллизации на характер и форму роста кристаллов.

Домашнее задание

Самостоятельно по [1] изучить следующиетеоретические вопросы кристаллизации металлов: агрегатные состояния вещества, энергетические условия и механизм процесса кристаллизации, форма кристаллических образований и строение слитка.

Рабочее задание

1. Провести эксперимент по кристаллизации водных растворов солей, зафиксировать движения фронта кристаллизации, графическим дифференцированием по способу нормалей определить скорости кристаллизации для трех моментов времени, объяснить причину изменения скорости кристаллизации в зависимости от размеров и формы капли раствора;

2. Изучить по излому слитков кристаллизацию металлов в зависимости от скорости ее охлаждения в холодной и горячей формах, зарисовать структуру излома и объяснить причину изменения характера кристаллизации в зависимости от скорости охлаждения.

Оборудование и реактивы

Биологический микроскоп МБС-10, стеклянная палочка, предметное стекло, насыщенный водный раствор соли.

Описание метода и проведение эксперимента

Процесс кристаллизации изучается методом моделирования на прозрачных водных растворах солей.

На рис. 1.1 представлена схема наблюдения за ходом процессакристаллизации в проходящем свете с помощью бинокулярного* искусственного источника света 1, отразившись от зеркала (или матовой пластины) 2, проходят через стеклянную пластину 4 предметного столика 3 и прозрачнуюкаплю раствора соли 5 в объектив 6, освещая ее. Полученное в объективе изображение капли рассматривается через окуляр 7, дополнительно увеличивающий изображение капли, полученное в объективе. Микроскоп настроен на
56-кратное увеличение с диаметром круглого поля зрения 2,9 мм.

Для оценки линейных размеров объекта наблюдения следует пользоваться окуляром «8^х» с диоптрийной наводкой со шкалой. Окуляр вставляется в одну из окулярных трубок микроскопа, вращая диоптрийное кольцо, нужно добиться резкого изображения шкалы. Затем поворотом рукоятки механизма фокусировки микроскопа необходимо добиться резкого изображения объекта. Чтобы определить размер кристалла (в мм), достаточно подсчитать число делений шкалы, которое укладывается в измеряемый участок объекта и это число умножить на 0,014, соответствующее увеличению «7^х» на шкале рукояткиобъектива.

Рис. 1.1. Схема наблюдения за ходом процесса кристаллизации: 1 – источник света; 2 – зеркало; 3 – предметный столик; 4 – стеклянная пластина; 5 – капля раствора соли; 6 – объектив: 7 – окуляр; 8 – глаз наблюдателя

Для исследования процесса кристаллизации предварительно изготовляют насыщенный раствор соли в дистиллированной воде.

Процессы кристаллизации солей, а также влияние модификаторов на него исследуются на насыщенных водных растворах: бихромата калия K₂Cr₂O₇ – кристаллы, кубической формы, хлористого аммония NH₄Cl – кристаллы дендритной формы и хлористого аммония модифицированного хлористым железом – FeCl₃– кристаллы кубической формы.

Влияние скорости кристаллизации на форму и размеры дендритов изучается на изломах слитков сурьмы. Для этого расплавленную сурьму заливают в холодную и нагретую формы и охлаждают до комнатной температуры. Характер кристаллизации изучают на изломах слитков.