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Kristallzüchten 08:18 min

Textversion des Videos

Transkript Kristallzüchten

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das Kristallzüchten. Der Film gehört zur Reihe "Salze". An Vorkenntnissen solltest du dich mit Kochsalz und Salzen schon ganz gut auskennen. Der Film ist als Einführung in die Züchtung von Kristallen gedacht. Das Video besteht aus 7 Abschnitten: 1. Kristalle, Kristalle, Kristalle; 2. Nicht nur schön; 3. Künstliche Edelsteine; 4. Wir kristallisieren selber; 5. Was benötigt man? 6. Die Züchtung und 7. Ausblick.  1. Kristalle, Kristalle, Kristalle: Wenn man sich Kristalle anschaut, ist man immer wieder erstaunt, wie schön sie doch sind. Die Natur bringt eine riesige Vielfalt an Formen und Farben hervor.  2. Nicht nur schön: Natürlich ist es naheliegend, dass solche schönen Steine in erster Linie als Schmuck- und Edelsteine verwendet werden. Es gibt jedoch für sie auch ein großes Feld für praktische Verwendung. Elektronische Geräte und optische Geräte können ohne bestimmte Edelsteine oder natürliche Steine nicht auskommen. Hauptsächlich handelt es sich dabei um Rubin und Quarz.  3. Künstliche Edelsteine: Den Wissenschaftlern ist es gelungen, Edelsteine auch künstlich herzustellen. Eine Methode dafür ist das Verneuil-Verfahren. Bei dieser Methode wird mit hohen Temperaturen gearbeitet. Die Temperatur ist so hoch, dass Aluminiumoxid geschmolzen wird. Man gibt bestimmte Zusätze dazu, die farbige Ionen enthalten. Durch langsames Erstarren kristallisieren die Edelsteine aus. Aus Aluminiumoxid gewinnt man Rubine und Saphire. Gewissermaßen kann man die Halbleiter auch als moderne Edelsteine bezeichnen. Hier das Bild eines Silizium-Einkristalls, der in der Elektronik große Bedeutung besitzt. Um solche großen Kristalle herzustellen, gibt es Kristall-Ziehanlagen.  4. Wir kristallisieren selber: Zum Herstellen von Kristallen benötigt man zuerst ein Salz, nicht unbedingt Kochsalz. Dieses Salz soll so beschaffen sein, dass es sich in Wasser auflöst. Man erhält eine Salzlösung. Jetzt muss man nur noch lang genug warten, damit ein Teil des Wassers aus der Lösung verdampft. Dadurch bilden sich auf dem Boden des Gefäßes Kristalle. Die entstandenen Kristalle sind häufig zu klein und zu unregelmäßig geformt. Wie erhält man schöne, große und regelmäßige Kristalle?  5. Was benötigt man? Zunächst erstmal ein Salz, das wasserlöslich ist. Dann ein Becherglas, einen Spatellöffel, Wasser, einen Wollfaden, Holzstäbchen, ein Messer, einen Kühlschrank, einen Trichter und Filterpapier.  6. Die Züchtung: Aus Wasser und dem Salz stellen wir eine gesättigte Salzlösung her. Wenn sie trübe, also übersättigt ist, so müssen wir filtrieren, um eine klare Lösung zu erhalten. Die Lösung stellen wir nun zum Abkühlen in den Kühlschrank. Auf das Becherglas legen wir ein Holzstäbchen, an das wir ein Wollfädchen anbinden, das in die Lösung eintaucht. Wenn wir lang genug warten, bilden sich am Wollfädchen kleine Kristalle. Diese Kristalle verwenden wir als Impfkristalle. Wir binden sie wieder an das Holzstäbchen, diesmal allerdings mit einem glatten Faden. Wir stellen das Gefäß wieder in den Kühlschrank. Im Laufe der Zeit bildet sich um den Impfkristall ein immer größer werdender Zeit aus. Das ist der eigentliche Vorgang der Kristallzüchtung. Der erfordert sehr viel Zeit. Auf diese Art und Weise kann man große, schöne Kristalle züchten. Und noch einmal: Das Fädchen darf kein Baumwoll- oder Wollfädchen sein. Es muss ein glatter Zwirnsfaden sein, sonst würden sich nämlich viele kleine Kristalle bilden. Wir wollen aber nur einen haben. Ab und zu muss man die Lösung nachfüllen, weil sie sich durch die Kristallbildung aufbraucht. Nicht immer bildet sich nur ein einziger Kristall. Man muss die Kristalle mit dem Fädchen ab und zu entnehmen und mit dem Messer vorsichtig reinigen. Der größte Kristall wird wieder in die Lösung gehängt und so weiter. Ganz wichtig ist: Wir müssen immer mit gesättigten Lösungen arbeiten. Sonst bilden sich keine Kristalle. An einigen Beispielen möchte ich zeigen, wie groß die Löslichkeit einiger Salze ist, aus denen man Kristalle züchten kann. Die Angaben sind gerundet. Kupfersulfat: 300 g/l, Magnesiumsulfat: 700g/l, Mangansulfat: 1700g/l, Nickelsulfat: 600g/l, rotes Blutlaugensalz: 400g/l und Kaliumchromalaun: 250g/l. Und zum Schluss noch eine Warnung: Fast alle verwendeten Verbindungen, ich habe sie hier mit Sternchen gekennzeichnet, sind giftig. Das heißt, vorsichtig arbeiten.  7. Ausblick: Beim Kristallzüchten handelt es sich um ein wirkliches Handwerk. Man benötigt dafür Zeit, Geduld und, ich muss es leider sagen, auch etwas Verstand. Für das Kristallzüchten ist es immer gut, wenn man sich vorher eine entsprechende Arbeitsvorschrift heraussucht. Im Internet findet ihr ausführliche Vorschriften auf Professor Blumes Bildungsserver.  Ich danke für eure Aufmerksamkeit und wünsche euch alles Gute. Auf Wiedersehen

11 Kommentare
  1. sehr gut

    Von Beingnonstop, vor 6 Monaten
  2. Warum bilden sich regelmäßig geformte Salzkristalle nur,wenn sie frei schwebend ,beispielsweise an einem dünnen Fäden hängend gezüchtet werden?:)

    Von Physikmeister, vor etwa 2 Jahren
  3. Warum können Salzkristalle durch Verdunsten von Wasser aus einer Salzlösung im Prinzip beliebig groß werden? Das verstehe ich nicht

    Von Physikmeister, vor etwa 2 Jahren
  4. .

    Von Deleted User 247835, vor fast 4 Jahren
  5. Bei uns in Chemie haben wir statt einem Faden ein Haar benutzt

    Von Deleted User 247835, vor fast 4 Jahren
  1. Man benutzt Handschuhe. Es gibt günstige Einweghandschuhe.
    Alles Gute und viel Erfolg

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  2. was macht man wenn man eien kristall auf diese weise züchten möchte aber auf nickel allergisch reagiert ?

    Von Fam Emde, vor mehr als 5 Jahren
  3. Natürlich: Wenn man einen Kritall hat, der groß genug ist und man das Geschick hat, kann man ihn natürlich auch am Fädchen befestigen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  4. Danke für den Hinweis.

    Zum Impfkristall: Der Kristall kommt in die Lösung, NICHT an das Fädchen.

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  5. in der textversion muss es heißen: "Im Laufe der Zeit bildet sich um den Impfkristall ein immer größer werdender Kristall aus." (Seite 3, am Anfang)

    Von A4873126, vor mehr als 5 Jahren
  6. Wie kriegt man den Impfkristall an das Bindfädchen soll man es dran knoten?

    Von Luise 4, vor etwa 7 Jahren
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Kristallzüchten Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kristallzüchten kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, in welchen Bereichen Kristalle verwendet werden.

    Tipps

    Erinnere dich, welche Eigenschaften Kristalle haben.

    Lösung

    In den Bereichen, in denen Kristalle verwendet werden, ist entweder ihre Kristallstruktur und/oder ihre Fähigkeit zur entsprechenden Lichtbrechung wichtig. Durch Struktur und Lichtbrechung erhalten Schmucksteine ihre Schönheit. Die Kristallgitterstruktur ermöglicht den Schmuck- und Edelsteinen eine Haltbarkeit, die Jahrhunderte überdauert (z.B. die Kronjuwelen des englischen Königshauses). Auch in der elektrischen und optischen Industrie spielt die Lichtbrechung und Reflexion von Licht eine große Rolle.

    Zwar werden Salze auch in der Ernährung und der Landwirtschaft verwendet, hier spielt aber weder ihre Struktur noch ihre Fähigkeit zur Lichtbrechung eine große Rolle. In diesen Bereichen ist die Zusammensetzung der Salze und damit ihre Wirkung wichtiger und große Kristallstrukturen eher ungünstig.

  • Stelle die Materialien zusammen, die für die Herstellung von Kristallen wichtig sind.

    Tipps

    Gehe im Kopf durch, wie man Kristalle züchtet. Dann fällt dir auch ein, was du brauchst.

    Lösung

    Vielen hilft es beim Lernen von Versuchsaufbauten, wenn sie sich beschriftete Skizzen selbst erstellen. Eine Material- oder Geräteliste hilft immer dann sehr gut, wenn man selbst das Experiment durchführen möchte, da man dann alles zusammen hat und nicht während das Experiment schon läuft noch Material zusammensuchen muss.

    Hier noch einmal die vollständige Materialliste:

    • 2. Bechergläser
    • Spatellöffel
    • Wollfaden
    • glatter Garnfaden (z.B. Nähseide)
    • Holzstäbchen
    • Kühlschrank
    • Filterpapier
    • Messer
    • Trichter
    • wasserlösliches Salz
    • Wasser

  • Bestimme die Löslichkeiten folgender Salze in Wasser.

    Tipps

    Vergleiche die Werte der anderen Salze mit einem bekannten Salz, wie Natriumchlorid.

    Lösung

    Die Löslichkeit von Salzen gibt an, wie viel Gramm Salz sich in einem Liter Wasser lösen.

    Damit ist die vollständige Lösung des Salzes im Wasser gemeint.

    Betrachte einmal den Wert für Natriumchlorid: Kochsalz kennst du und weißt, dass es sich gut in Wasser löst. Es hat eine Löslichkeit von 358 g/l. Das bedeutet, dass du 358 g Kochsalz im Wasser vollständig lösen kannst. Salze, deren Löslichkeit über dem Wert von Natriumchlorid liegt, sind also gut löslich. Bei Salzen wie NaF erkennt man schon ein deutlich schlechteres Lösungsverhalten, auch wenn sich immerhin noch rund 42 Gramm in einem Liter Wasser lösen lassen. Ab 1-10 g/l spricht man von schwer löslichen Salzen. Unter diesem Wert sind Salze sehr schwer löslich bis unlöslich.

    Vergleicht man die Löslichkeit von Salzen, so ist es auch wichtig darauf zu achten, bei welcher Temperatur die Salze gelöst werden. Vielleicht ist dir schon aufgefallen, dass sich Kochsalz in heißem Wasser besser löst als in kaltem. So ist das bei vielen Salzen. Wasser nimmt mehr Salz auf, wenn es warm ist. Das bedeutet, dass du mehr Salz brauchst bis die Lösung gesättigt ist. Auf diese Weise zubereitete Salzlösungen eignen sich besonders gut zum Kristalle züchten.

  • Benenne folgende Metallsalzkristalle.

    Tipps

    Jedes Metall-Ion beeinflusst die Farbgebung der Kristalle.

    Überlege dir einmal, ob dir schon farbige Verbindungen in der Umwelt aufgefallen sind und woraus sie bestehen könnten. Rost ist zum Beispiel bräunlich und Kirchendächer werden mit der Zeit grünlich türkis.

    Lösung

    Bei der Zusammensetzung von Ionengittern ist das Metall-Ion sehr wichtig. Anhand der Färbung lässt sich auch bei natürlichen Mineralien voraussagen, welche Metall-Ionen für die Farbe zuständig sind.

    Kupfer-Ionen sind oft für ein leuchtendes Blau bis Türkis verantwortlich. Chrom-Ionen können ein tiefes Rot erzeugen, aber auch grüne Kristalle hervorbringen. Kobalt-Ionen bilden oft rot-violette Salze. Eisen-Ionen können braun-gelbliche, orange oder auch rote Färbung bei Kristallen verursachen. Nickel ist für die hellgrüne Farbgebung bekannt.

    Das Wissen über die farbgebende Wirkung der Metall-Ionen findet auch Verwendung in der Herstellung von Buntglas. Hier werden häufig Schwermetalloxide verwendet, um dem Glas die bunte Färbung zu verleihen.

  • Stelle eine Versuchsanordnung zum Kristallzüchten her.

    Tipps

    Beachte, bei welchem Schritt welcher Faden verwendet wird.

    Lösung

    Die entscheidenden Schritte, die dazu führen, dass dir die Kristallzüchtung gelingt, sind:

    1. Herstellen der gesättigten Salzlösung
    2. Erst den Wollfaden in die Salzlösung hängen und Impfkristalle züchten
    3. Die Impfkristalle an den glatten Faden hängen und wieder in die Salzlösung geben
    Bei der Züchtung von Kristallen ist die Einhaltung der Anleitung sehr wichtig.

    Tipp: Damit sich das Salz besser im Wasser löst, kann man das Wasser erwärmen.

  • Nenne die chemische Formel zu folgenden Kristallnamen.

    Tipps

    Erinnere dich, welche Kristalle aus dem Vernuil-Verfahren kommen.

    Diamant und Graphit sind aus den gleichen Atomen aufgebaut.

    Quarz ist in seiner Zusammensetzung nichts anderes als Glas und Sand.

    Lösung

    In der Natur kommen Kristalle und Salze nur sehr selten in Reinform vor. Deshalb sind große Diamanten oder Rubine auch so wertvoll. Sieht man sich aber mal ihre chemische Zusammensetzung an, stellt man fest, dass sie gar nicht so besonders aufgebaut sind. Diamant besteht zum Beispiel einfach aus Kohlenstoffatomen und der Saphir aus Aluminiumoxid. Aluminiumoxid ist eigentlich ein farbloses Pulver. Die Farbigkeit entsteht durch zusätzliche Metall-Ionen. Auch Quarz besteht nur, genau wie Strandsand, aus Siliciumdioxid. Der Topas ist ein Oxid, der sowohl Aluminium als auch Silicium enthält. Besonders wertvoll werden die Edelsteine dann in der Verarbeitung, wenn sie geschliffen werden. Die ursprüngliche Form des Gesteins ist bei Schmucksteinen nicht immer zu erkennen.