Pěstování krystalů v domácích podmínkách
- Autor:
- Dalibor Velebil – Národní muzeum, Praha
- Tištěné vydání:
- Kamenický zpravodaj (Praha) 1 (1999), 6, 29–30
Obsah
- Úvod
- Rozpouštění ve vodě
- Pomalá krystalizace
- Zrychlená krystalizace
- Tvorba krystalů volných, na podložce, drúz, monokrystalů a srostlic
- Pomůcky, bezpečnost práce
- Chemikálie
- Závěr
- Přílohy
1. Úvod
V posledních letech se na trhu s minerály často setkáváme s drúzami různých barevných uměle vypěstovaných krystalů. Jedná se o velmi estetické až kýčovité ukázky, které však, pokud nejsou řádně označeny, mohou člověka věci neznalého zmást a oklamat. Tento rozhodně ne zcela vyčerpávající příspěvek by měl přinést několik praktických obecných rad pro ty, kteří si pěstování krystalů chtějí sami vyzkoušet.
Pro amatérské pěstování krystalů lze použít prakticky pouze látky snadno rozpustné ve vodě. Jedná se především o různé hydratované sulfáty (skalice, kamence), popř. i látky jiné. Kromě dobré rozpustnosti ve vodě je pro pěstování krystalů důležitá i míra schopnosti dané látky vytvářet krystaly. Subjektivním kritériem použitelnosti určité látky je i její dostupnost.
Nejvhodnější snadno dostupnou surovinou pro pěstování krystalů je pentahydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5H2O čili modrá skalice (přírodní ekvivalent – chalkantit), proto většina údajů vychází především ze zkušeností s touto chemikálií, i když následující informace platí do značné míry obecně.
2. Rozpouštění ve vodě
Pro rozpouštění je vhodné použít příslušnou látku pokud možno v co nejjemnějším stavu, aby rozpouštění probíhalo rychle. Cílem je vytvořit nasycený roztok, tzn. takový ve kterém se rozpouštěná látka za dané teploty již dále nerozpouští. (V závěrečné fázi probíhá rozpouštění velmi pomalu, takže se může zdát, že k rozpouštění již nedochází. Použijeme-li pro krystalizaci nenasycený roztok, předem připravené zárodečné krystaly, jež chceme krystalizací zvětšit, se naopak částečně nebo zcela rozpustí.) V průběhu rozpouštění je vhodné roztok neustále míchat a látku přidávat jen pomalu, popř. nechat proces probíhat po několik hodin v klidu.
3. Růst krystalů z nasyceného roztoku (pomalá krystalizace)
Téměř okamžitě po dosažení nasycenosti roztoku začíná krystalizace. Voda se pomalu odpařuje a přebytečná rozpuštěná látka vytváří zárodky krystalů. Důležitým faktorem ovlivňujícím kvalitu tvořivších se krystalů je klid při krystalizaci, proto je dobré nechat roztok stát mimo dosah běžného domácího ruchu. Rychlost krystalizace je přímo závislá na rychlosti odpařování a ta zase na velikosti odpařovací plochy (hladiny roztoku v nádobě) a vlhkosti respektive teplotě vzduchu. Krystal velikosti řádově prvních několika cm roste dny až týdny.
V úvahu je třeba brát skutečnost, že používané chemikálie mohou být znečištěny. Rozpustné nečistoty krystalizují zvlášť a do značné míry se od hlavní komponenty oddělují; mechanické nečistoty tvoří suspenzi. Ta po určité době částečně sedimentuje a vytváří na povrchu krystalů vrstvu nečistot, která může krystal značně znehodnotit, a to i přesto, že během pokračující krystalizace tyto nečistoty zarůstají. Již usazené a včas zpozorované nečistoty lze do jisté míry odstranit opatrným zvířením roztoku nad krystaly tak, aby se většina nečistot znovuusadila mimo ně. (Zcela lze roztok zbavit mechanických nečistot pouze jeho důkladným přefiltrováním.)
Pokud se již většina vody z roztoku odpařila a jeho objem je řádově srovnatelný s objemem vytvořených krystalů, dojde k náhlému usazení dosud rozptýlených nečistot (krystaly jimi bývají doslova obaleny). Tomu předejdeme včasným přerušením krystalizace.
V průběhu pomalé krystalizace někdy dochází k tvorbě plochých zrnitých agregátů (krust), které působením povrchových sil plavou na hladině roztoku a po určité době ztěžknou a klesají. Krusty je vhodné včas z hladiny odstranit, aby neznehodnocovaly zárodky námi pěstovaných krystalů.
4. Růst krystalů z přesyceného roztoku (zrychlená krystalizace)
S rostoucí teplotou roste i rozpustnost, tzn. že za zvýšené teploty se v roztoku rozpustí větší množství (pochopitelně ne neomezené) rozpouštěné látky než za teploty nižší. (Jedním z praktických důsledků tohoto jevu je například to, že po přemístění nádoby s roztokem z chladnějšího prostředí do teplejšího, nedochází dočasně ke krystalizaci, ale naopak k rozpouštění.)
Rozpouštěním za postupného zvyšování teploty získáváme roztok přesycený. Během chladnutí takového roztoku klesá rozpustnost a dochází ke krystalizaci.Výhodou této metody je, že během několika desítek minut se vytvoří krystaly i několik centimetrů veliké. Nevýhodou je, že vytvořené krystaly nebývají tak dokonalé jako u metody předchozí. Prudkým ochlazením studenou vodou přes stěny nádoby s roztokem lze vyrobit i krystaly kostrovité, jehlicovité či monstrózní.
Při této metodě je praktické používat zárodečné krystaly vyrobené metodou předchozí, omezí se tak finální počet krystalů a ovlivní se i dokonalost jejich omezení. Během přípravy přesyceného roztoku je třeba brát v úvahu, že existuje určitá kritická teplota. Pokud dosáhneme této teploty, pak při ochlazování roztoku nebude docházet k pokračování růstu zárodečných krystalů, ale bude vznikat ohromné množství nových zárodků, tzn. že finálním produktem bude zrnitá hmota a původní zárodečné krystaly budou v podstatě zničeny. Proto je nutné se k této kritické teplotě jenom do určité míry přiblížit. (V případě modré skalice doporučuji zahřívat zhruba do 70 °C.) Další nevýhodou je, že při stěnách nádoby a zejména na hladině zahřátého roztoku dochází k ochlazování velmi rychle, tzn. že dochází i k rychlejší krystalizaci a tvorbě krusty, která posléze těžkne, láme se, klesá, srůstá se zárodečnými krystaly a tím je znehodnocuje. Tento jev lze omezit tak, že roztok překryjeme (zpomalíme ochlazování). Kromě toho zvýšená manipulace s roztokem způsobuje znečištění pracovního prostředí.
5. Tvorba krystalů volných, na podložce, drúz, monokrystalů a srostlic
Průběh a výsledek krystalizace lze do značné míry ovlivňovat. Zárodečné krystaly vyrobené pomalou krystalizací můžeme opakovanou krystalizací zvětšovat, popř. pro jejich růst použít podložku (nejlépe horninovou) a vytvořit tak drúzu krystalů. Na této podložce lze na počátku krystalizace zárodečné krystaly libovolně seskupovat, aranžovat či vytvářet více generací krystalů.
Při výrobě monokrystalů je třeba během krystalizace odstraňovat nově vytvořené krystaly narostlé na zárodečném krystalu. V místě odlomení se krystalová plocha snadno zacelí a vyrovná. Zárodečné krystaly lze také do roztoku zavěšovat, ale praktičtější je pokládat je pouze na dno nádoby, přestože plocha na níž krystal leží nebude dokonale omezená.
Pokud chceme vytvořit srostlici (nikoli dvojče!), použijeme pro krystalizaci vhodně vybranou srostlici zárodečných krystalů nebo k sobě přiložíme dva krystaly do libovolné polohy a necháme je v roztoku srůst.
6. Pomůcky, bezpečnost práce
Výběr nádob a nástrojů, respektive materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, musíme vhodně přizpůsobit vlastnostem chemikálie, se kterou pracujeme. Nejvhodnější je používat nádoby z varného skla a z plastu; méně vhodné jsou smaltované hrnce; zcela nevhodné jsou nádoby hliníkové a litinové. (Např. na železe dochází k vylučování kovové mědi z roztoku modré skalice.)
Je důležité seznámit se s vlastnostmi používaných chemikálií a dodržovat určité bezpečnostní zásady (např. používat ochranné pomůcky).
7. Chemikálie
Kromě modré skalice (jed!) se na mineralogických burzách, zejména u polských obchodníků, setkáváme s drúzami sytě červených krystalů dichromanu draselného K2Cr2O7 (karcinogen!) označených názvem jeho přírodního ekvivalentu jako lopezit (Občas byl dichroman didraselný vydáván dokonce za realgar, to když jej „obchodníci“ nechali narůst na drúzy krystalů křemene z rumunského naleziště Cavnic).
Další látkou, která velice dobře krystalizuje, je hydratovaný síran hlinitodraselný KAl(SO4)2 · 12H2O (kamenec draselný), komerčně někdy označený mineralogickým názvem podobné sloučeniny KAl(SO4)2 · 11H2O – kalinit. Tvoří pěkné bezbarvé oktaedrické krystaly, které lze snadno libovolně dobarvovat použitím různých barvicích příměsí. Na mineralogických burzách bývají drúzy nejrůzněji obarvených uměle vyrobených kamenců nabízeny také pod označením čermíkit, které ovšem náleží minerálu s odlišným chemickým složením.
Podobné vlastnosti má i hydratovaný síran hlinitosodný NaAl(SO4)2 · 12H2O (kamenec sodný). Méně snadno krystalizuje chlorid sodný NaCl (sůl kamenná, halit), chlorid draselný KCl (sylvín) a sacharosa C12H22O11 (cukr řepný, třtinový, potravinářský). Dobře krystalizující relativně dostupnou látkou je například i tzv. žlutá a červená krevní sůl, hexakyanoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6] a hexakyanoželezitan draselný K3[Fe(CN)6]. K výrobě pěkných barevných krystalů a jejich drúz bývají občas některými zájemci o minerály používány ještě desítky dalších pestrobarevných, již méně dostupných chemických sloučenin.
Obecnou vlastností látek rozpustných ve vodě je, že z nich vytvořené krystaly jsou na vzduchu poměrně nestálé. Při časté manipulaci ztrácejí vlivem vlhkosti rukou lesk a zanechávají na nich stopy. Skalice na vzduchu snadno ztrácejí vodu a rozpadají se, proto je dobré chránit je plastovým neprodyšným obalem (krabičkou, sáčkem).
8. Závěr
Výroba vlastních krystalů nám umožní lépe pochopit proces krystalizace a s ním spojených zákonitostí. Při dostatečném množství suroviny a prostoru lze teoreticky vytvořit krystaly neomezené velikosti.