Wenn die Wissenschaft ist Süß: Growing Rock Candy Kristalle

Chemistry Science Fair Projekt: Untersuchen, wie die Verwendung eines seed crystal Veränderungen der Wachstumsrate der Zucker-Kristalle, wenn Sie machen rock candy.

Abstract

Ziel

In diesem science-fair-Projekt, werden Sie untersuchen, wie das Vorhandensein von Samen Kristalle änderungen der Wachstumsrate von rock candy.

Einführung

Haben Sie jemals sah kandis und fragte sich, wie wird er hergestellt? Rock candy ist eigentlich eine Sammlung von großen Zucker-Kristalle, die sind “gewachsen” aus einem Zucker-Wasser-Lösung. Zucker, wie viele andere Materialien, kann kommen in vielen verschiedenen physikalischen Zuständen. Als solide kann es entweder

amorph, ohne Gestalt, wie wenn es Formen Zuckerwatte, oder kristallin, mit einer hoch geordneten Struktur und Form, wie wenn es Formen kandis-Kristalle.

Kristalle bilden sich, wenn die kleinsten Teilchen eines Stoffes, die Moleküle ordnen sich in einer geordneten und sich wiederholenden Muster. Moleküle sind zu klein für uns, um zu sehen, bewegen und arrangieren sich, aber können Sie bekommen eine Ungefähre Vorstellung, wie dieser Aussehen würde, indem Sie einen kleinen flachen Schale und füllen es mit Kugeln, Kugellager oder andere Lebensbereiche. Wie fügen Sie mehr Kugeln, die unten im Fach angegeben wird, dann die Kugeln zu bilden Schichten übereinander und eine Struktur oder ein Muster entsteht.

So wie die Moleküle eines Stoffes kommen zusammen, um einen Kristall? Erstens gibt es noch genug Moleküle in einem Bereich, dass Sie eine hohe chance, stoßen in eine andere. Dies geschieht, wenn eine Lösung, die aus einer Flüssigkeit und die Verbindung wird kristallisiert, ist gesättigt. In der rock-candy, die Flüssigkeit ist Wasser, und die Verbindung ist Zucker. Eine Lösung ist gesättigt , wenn die Flüssigkeit hält, wie viel von der Substanz gelöst in es wie möglich. Zum Beispiel, wenn rock candy, Sie aufzulösen, so viel Zucker wie möglich im Wasser zu einer gesättigten Lösung. Wenn Sie mehr Verbindung als können, lösen sich in der Flüssigkeit, die ungelösten bits bleiben als Feststoffe in der Flüssigkeit. In einer gesättigten Lösung die Moleküle stoßen einander Häufig, weil es so viele von Ihnen. Gelegentlich, wenn Sie in einander stoßen, enden die Moleküle zusammenhalten; dies ist der Anfang der Kristallisation und wird als Keimbildung. Sobald mehrere Moleküle sind bereits verklebt, Sie aktiv ziehen andere Moleküle an, Sie zu begleiten. Dieser langsame Prozess ist, wie der Kristall “wächst.”

Abbildung 1. Dieses Diagramm veranschaulicht die große Anzahl von Molekülen in einer gesättigten Lösung. Mit so viele Moleküle in der Flüssigkeit, es besteht eine hohe chance, die Sie stoßen Ineinander und schaffen eine Keimbildung Veranstaltung.

In diesem science-fair-Projekt wird eine gesättigte Lösung von Zucker und Wasser, um zu wachsen, Ihre eigenen rock-candy-Zucker Kristalle. Vergleichen Sie die Wachstumsrate zwischen rock candy, Links zu nucleate auf seine eigene in der Lösung, und rock candy, beginnt mit etwas Hilfe. Zur Unterstützung dieser rock candy, springen-beginnen die Keimbildung Prozess, indem Sie Zucker-Kristalle, die sogenannten seed-Kristalle, um die Zeichenfolge zunächst.

Begriffe und Konzepte

Hier sind einige Begriffe, die Sie wissen sollten, und Fragen, die Sie denken sollten, bevor Sie diese science-Projekt. Von einem Erwachsenen helfen, Sie schauen diese Worte und Konzepte.

  • Amorphe Festkörper
  • Kristalliner Feststoff (auch bekannt als crystal)
  • Molekül
  • Lösung
  • Verbindung
  • Gesättigt
  • Die Keimbildung
  • Seed crystal

Fragen

  • Wie macht man eine gesättigte Lösung?
  • Was hat mehr Zucker: kaltes Wasser oder heißes Wasser?
  • Wie wachsen die Kristalle?
  • Was ist die Keimbildung?

Bibliographie

  • Semper, R. et al. (n.d….). Wissenschaft von Zucker. Retrieved April 15, 2008 von Der Exploratorium-website in der Wissenschaft des Kochens Bereich: http://www.exploratorium.edu/cooking/candy/sugar.html
  • Für ein weiteres experiment, diese website wird Ihnen zeigen, wie Sie wachsen, rock candy mit nur einem großen seed crystal:
    Helmenstine, A. M. (n.d….). Seed Crystal Anleitung: How to Grow a Seed Crystal. Retrieved April 15, 2008 von der About.com Chemie-website: http://chemistry.about.com/od/growingcrystals/a/seedcrystal.htm

Materialien und Geräte

Dieses Projekt ist speziell für Gläser, die halten etwa 14 oz. Wenn Ihre Gläser sind größer, benötigen Sie die doppelte Menge an Wasser und Zucker.

  • Garn oder Baumwollschnur (über 1,5 Meter)
  • Wasser
  • Cup
  • Esslöffel Messlöffel
  • Kleine Platte
  • Granulierter weißer Zucker (3 Tassen)
  • Wachs Papier
  • Schrauben, Holz-Perlen oder andere kleine ungiftige Objekte zu verwenden als GEWICHTE (2)
  • Holz-Spieße, Popsicle® – sticks oder Stifte (2)
  • Marker zum schreiben mit
  • Lineal (mit Zentimeter-Markierungen)
  • Band
  • Die Gläser, stellen Sie sicher, Sie sind identisch in Größe und Form (2)
  • Topf
  • Herd
  • Messbecher (für Flüssigkeiten)
  • Messbecher (für trockene Zutaten)
  • Holz-Rührlöffel
  • Topflappen
  • Papier Handtuch
  • Lab notebook

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Experimentelle Verfahren

Achtung: Diese Wissenschaft Projekt erfordert die Verwendung von einem Ofen, um eine kochende Zucker-Wasser-Lösung. Seien Sie vorsichtig, und tun Sie dies nur unter Aufsicht eines Erwachsenen; die Zucker-Wasser-Lösung ist extrem heiß und kann die Ursache für schlechten verbrennen, wenn Sie Auslaufen.

Tag 1

  1. Zu Beginn dieser Wissenschaft fair-Projekt, schneiden Sie zwei Stücke von Garn. Jedes Stück sollte etwa 1 Zoll länger als die Höhe der Gläser.
  2. Legen Sie eines der Stücke von string beiseite und nichts tun, um es. Weichen Sie die anderen Stück Schnur, die in einer Tasse Wasser für 5 Minuten.
  3. Nach dem einweichen, verwenden Sie Ihre hand und drücken Sie das überschüssige Wasser aus dem string. Rollen Sie die Zeichenfolge in 1 Esslöffel Zucker auf einen Teller geben. Die Zeichenfolge beschichtet mit Zucker. Diese kleinen Stückchen Zucker sind die Samen, die anderen Zucker-Kristalle, kann wachsen.
  4. Legen Sie beide Ihre ausgesät (Zucker beschichtet) string und Ihre nicht-seeded string auf ein Stück Wachspapier über Nacht. Stellen Sie sicher, dass Sie sich nicht berühren.

Tag 2

  1. Bereiten Sie die Saiten.
    1. Nehmen Sie Ihre gesetzten Zeichenfolge und binden Sie ein Ende an einer Schraube, Holzperle oder einen anderen kleinen Gegenstand, dienen als Gewicht. Es ist ok, wenn einige der Zucker fällt, während Sie binden es an das Gewicht. Wiederholen Sie den Vorgang mit der nicht-gesetzten string und einem zweiten Gewicht. Verwenden Sie die gleiche Art von Gewicht für jede Zeichenfolge.
    2. Binden Sie das andere Ende jedes Stück Schnur auf einem Spieß, Eis am Stiel-stick oder Bleistift. Siehe Abbildung 2 unten.
      • Mit einem marker, Farbe der Kanten der Achse, hält die gesetzten string. So wissen Sie später die Schnur hatte Zucker auf. Stellen Sie sicher, zu notieren, in Ihrem Labor notebook die Kennzeichnung Ihrer ausgesät string Spieß in Fall, dass Sie vergessen später.

    Abbildung 2. Die Zeichenfolge in dieses Foto wurde an einem Spieß und gewichtet nach unten mit einer Schraube am anderen Ende. Es ist bereit, verwendet werden, um rock candy.

  2. Senken Sie die gewichtete Ende der gesetzten string in einen der Krüge und der rest der Spieß über den Mund des jar. Rollen Sie den Spieß um wickeln Sie die saite, bis das Gewicht hängt etwa 1 Zentimeter (cm) von der Unterseite der jar-Datei, die Sie Messen können, mit Ihrem Lineal. Band die Schnur um die Achse, so dass die Länge der Zeichenfolge nicht geändert werden können. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die non-seeded-string, dann nehmen Sie die Spieße und Streicher aus der Sie die Gläser und legen Sie Sie beiseite.
  • Vorwärmen der Gläser. Dadurch wird sichergestellt, dass Sie nicht das hinzufügen Ihre heiße Zucker-Wasser-Lösung in ein kaltes Gefäß, das würde zu einer dramatischen Temperatur ändern, dass vielleicht kleine Kristalle bilden zusammen das Glas. Die kleinen Kristalle stören würde Ihrem rock candy-Formationen.
    1. Vorsicht: Holen Sie sich Hilfe von einem Erwachsenen beim Umgang mit kochendem Wasser.
    2. Kochen Sie genug Wasser zu füllen Sie beide Gläser.
    3. Wenn das Wasser kocht, vorsichtig Gießen Sie Sie in die Gläser. Sie möchten möglicherweise verwenden Sie einen Trichter, um zu vermeiden verschütten zu viel Wasser.
    4. Lassen Sie die vollen Gläsern zu sitzen, mit dem heißen Wasser in Ihnen, bis die Zucker-Wasser-Lösung bereit ist.
  • Machen Sie die Zucker-Wasser-Lösung.
    1. Mit einem flüssigen Messbecher, fügen Sie 1 Tasse Wasser zu einem Topf. Bringen Sie das Wasser zum rollenden Kochen auf dem Herd. Schalten Sie die Hitze nach unten zu niedrig. Hinweis: wenn Sie Gläser, die sind größer als 14 Unzen, Wärme 2 Tassen Wasser.
    2. Mit einem trockenen Messbecher, fügen Sie 2 Tassen Zucker in das heiße Wasser. Hinweis: wenn Sie Gläser, die sind größer als 14 Unzen, fügen Sie 4 Tassen Zucker.
    3. Mischen mit einem hölzernen Löffel mischen, bis alle der Zucker aufgelöst hat.
    4. Drehen Sie die Hitze zurück und warten, bis die Zucker-Wasser-Lösung wieder zu einem sanften Kochen bringen. Stellen Sie sicher, rühren Sie halten also die Temperatur ist konsequent in der gesamten Lösung.
    5. Entfernen Sie das kochende Zucker-Wasser-Lösung aus dem Herd.
    6. Weiterhin fügen Sie den Zucker 1 Esslöffel zu einem Zeitpunkt. Rühren Sie gründlich nach jeder zusätzlichen Löffel, so dass Sie sicher, dass der Zucker vollständig gelöst ist, bevor das hinzufügen eines weiteren Esslöffel. Hinweis: verwechseln Sie nicht die kleinen Luftblasen in der Lösung für ungelöste Zucker. Sie können sagen, Sie auseinander durch anhalten rühren für einen moment; der Zucker, der sich auf der Unterseite der Wanne, die Blasen bleiben in der Schwebe in der gesamten Lösung.
    7. Halten Sie das hinzufügen von Zucker, bis nicht mehr auflösen in der Lösung. Wenn Sie denken, die Sie Hinzugefügt haben, zu viel Zucker, zu Ihrer Lösung, keine Sorge. Immer wieder umrühren und, wenn auch nach einem vollen 2 Minuten rühren, haben Sie ungelöste Zucker an der Unterseite des Topfes, kehren Sie den Topf auf den Herd. Erhitzen Sie die Lösung, bis es gerade beginnt zu Kochen, entfernen Sie Sie dann vom Herd. Dies sollte helfen, Sie zu bekommen, dass das Letzte bisschen Zucker in die Lösung.
  • Nach dem letzten bit der Zucker aufgelöst hat, lassen Sie die Lösung abkühlen, 5 Minuten.
  • Gießen Sie das heiße Wasser aus der vorgewärmten Gläsern. Vorsicht: die Gläser werden heiß sein, so verwenden Sie Ofenhandschuhe oder Topflappen, um Sie zu behandeln.
  • Nach dem Zucker-Wasser-Lösung abgekühlt, für 5 Minuten, Gießen Sie die Lösung in den zwei vorgewärmte Gläser Abfüllen, die die Flüssigkeit gleichmäßig zwischen den zwei Behältern. Vorsicht: Seien Sie extrem vorsichtig, wenn Gießen Sie die Zucker-Wasser-Lösung; Sie ist heiß und brennt, wenn verschüttet auf Ihrer Haut.
  • Mit Topflappen, bewegen Sie die Gläser Zucker-Wasser-Lösung an einen Ort, wo Sie ungestört für eine Woche. Stelle beide Gläser in der gleichen Lage. Große Schwankungen in der Temperatur kann zu Störungen bei der Kristallisation, so vermeiden Sie die Gläser an Orten, die direkter Sonneneinstrahlung oder nahe einer Heizung oder Kühlung Entlüftungs.
  • Sanft senken Sie den gewichteten strings in die Gläser, Zucker-Wasser-Lösung, eine saite pro Glas.
  • Sicher kleben Sie die Spieße halten die Saiten an den Kanten der Gläser zu verhindern, dass die Saiten nicht aus versehen angerempelt. Siehe Abbildung 3 unten.

    Abbildung 3. Wenn das experiment ist eingerichtet, Ihren rock candy wachsenden Gläser sollten so Aussehen wie das hier dargestellt wird.

  • Lose decken Sie die Gläser mit einem Papiertuch, um zu verhindern, dass Staub und Trümmer Fliegen in, während immer noch so dass die Verdampfung auftreten.
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