制作氯化钠晶体
氯化钠(),俗称食盐,是一种具有立方晶体结构的物质,但我们日常在厨房里用的盐一般看着更像沙粒。
事实上,小朋友们做的科学实验中常常用到食盐来展示结晶的过程,这样的实验很简单,但其结果却很是令人失望。许多线上教程做出来的食盐晶体看起来比它本该看起来的更加简陋。
这其实是因为氯化钠晶体非常敏感,温度稍有差异就会导致一些瑕疵。而且,它更倾向于结晶成尘埃状微粒,长出一些畸形的晶簇、漏斗状晶体和干壳。
然而,晶体们想不到的是,我也和它们一样固执,过去的3年间我已经好几次尝试去种它们了。终于,我发现了一个能种出大块而高质量氯化钠晶体的方法,就在这篇文章中,我将把它分享给你。
晶体成品
这是一个你在家就能复现的一个简单过程。这篇教程也许看着挺长,但后半部分都是在讲如何通过调整步骤来种出更加有趣和独特的食盐晶体。
材料准备
开始之前,你需要准备:
- 无碘食盐
- 一锅开水
- 搅拌用的汤匙
- 过滤漏斗
- 滤纸 / 卫生纸
- 一个大罐子
- 一个平底盘
- 一些小而平的容器
有的人有跟我提到说很难得到无碘食盐,如果你也这样,你也可以选择无添加海盐(无碘、无抗结剂添加)。我已经试过了,结果是一样的。
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接下来,我们就要制备我们的溶液了。
制备饱和食盐水
氯化钠室温下在水中的溶解度为36g/100ml,当你把这么多的盐溶入水中,就能得到饱和食盐水了。
一旦水开始蒸发,多余的盐将会析出,形成食盐晶体。而我们的目标就是控制这一过程————让晶体尽可能生长得更好看。
但首先,我们需要制备我们的饱和食盐水。
准备一锅开水,量取每100ml水40g的盐,并将其溶入水中。然后搅拌溶液,直到大部分的盐溶解。如果有一点点盐留在底部的话,问题不是很大。
继续加热溶液,直到你看见一些小的、白色的盐薄片开始在溶液表面形成。然后盖上盖子,给溶液一天的时间冷却。
继续加热溶液,直到你看见一些小的、白色的盐薄片开始在溶液表面形成
注意:如果你用的是金属制的锅,最好是在溶液冷却之后将它转移到塑料或玻璃的容器中,因为饱和食盐水在金属锅中滞留太久将会对锅体造成损伤。
溶液冷却一天后,它照说应该更加稳定了。溶液中将会有一些多余的盐和一点黄色的杂质,而我们不需要它们。
所以,用一个过滤漏斗加上一些滤纸(或咖啡过滤器、卫生纸)将溶液过滤,并装入一个大罐子中。这将是我们干净的、完美饱和的溶液库存,我们将用它来种出好看的晶体。最后,回收或丢弃多余的盐。
饱和氯化钠溶液(NaCl)
制作种子晶体
有了饱和溶液之后,我们还需要制作一个种子晶体。种子晶体是一块小而完美的氯化钠晶体,我们可以在它的基础上种出更大的晶体。
制作种子晶体非常简单,只需要倒50ml你最近准备的溶液到一个平底盘中。你不需要把溶液倒满整个盘子;溶液只需要大概1cm深就好。
倒50ml你最近准备的溶液到一个小盘中
我用的是培养皿,不过别的非金属容器也是可以的。
好了之后,把这个盘子放到一个不受扰动的地方,让它在那待上1~2天。你可以把它放在阴凉的橱柜中、架子上或储物间。
由于盘子里的溶液是饱和的,照说不用太长时间就会有小氯化钠晶体开始形成。它们看着是小而透明的方块。
2天之后,这是我的盘子:

如果你的看起来像是这样:

这意味着你的溶液蒸发的速度太快了,要么是因为天气太热,要么就是它被暴露在了空气扰动中(比如风或风扇)。把它放在一个更阴蔽的地方再试试看。
很好,现在我们已经有了许多种子晶体。
尝试从中找出一个大小刚刚好、完全透明的方块状晶体,它将成为你的种子晶体。
制作更大的氯化钠晶体
现在,我们可以正式开始制作我们的晶体了。对绝大多数化合物来说,把晶体绑在绳子上,将它悬浮在溶液中会使它更容易结晶,但氯化钠是个例外。
因为氯化钠晶体太敏感了,任何对它生长的干扰(比如绑在绳上)基本上都会造成成品的瑕疵。
为了最小化它生成过程中的干扰,最好将它放在容器底部生长————这样的蒸发率最小。基于我的实践经验,那种极小的平底容器将是个不二之选。
在尝试过小烧杯、果酱罐和塑料制的酱料瓶后......我发现化妆品罐的盖子效果最好。当然,到底好不好还是取决于你自己。
现在,转移一点溶液到你选定的容器中,确保容器是在这之前是干燥的。选择一个种子晶体,用镊子小心翼翼地将它从盘子中转移到你的新容器里。
中间的是化妆品罐的盖子。我先转移了一点溶液到那里,再取出一个小种子晶体,把它放在化妆品罐盖子的正中央
把这个容器放到阴蔽处。同样,储物间、地下室或阴凉的橱柜都很合适。
这是目前为止我找到的最佳方法了,不过它仍然无法保证能够得到一个完美的晶体。
从左至右————蒸发率的提高是怎样降低晶体透明度的
所以,为了能营造一个更加稳定的环境,请确保溶液的表面不暴露在空气扰动中。要做到也挺简单的,只需要用别的容器把这整个装置盖起来。
你可以用你喜欢的方式把整个装置盖起来
这很大程度上有助于提升成品的透明度。在这之后,只需要把它放在那。在一天或两天之内,里面的晶体将会看起来如下图所示:
氯化钠晶体的生长
- 完美。晶体长得很好,干得漂亮!
- 盐粒开始在你的晶体周围形成,你大概率是在转移晶体的时候不小心把它划伤了。
- 晶体长得太快了,因此它的透明度开始下降。要么是天气太热了,要么就是湿度太低了。
- 食盐晶体开始溶解了,你的溶液还不够饱和。要么是湿度过高,要么就是你在加入溶液的时候,容器有一点湿。
出错了没关系。如果你的晶体是图2那样的,这意味着你得选择另一个种子晶体再重来一遍。
如果你的晶体是图3或图4那样的,就让它继续生长吧。最终的成品也许不会太完美,但正如你将看见的一样,它仍然会以一种别有新意的方式继续生长。
现在,你只需要等待晶体自己生长。在适当的环境条件下,它的大小应该会在一周之内翻倍,然后在一个月内达到1×1cm。这看起来要花很多时间,但对晶体爱好者们和化学家们来说,这已经是个了不起的成就了。

如上文所述,晶体如果长得过快,透明度就会下降。然而,随着晶体越来越大,你也得越来越能容忍这样的变化发生。这意味着你可以将你变得更大的晶体转移到一个更大的盘子中,来为它提供更多的生长空间:

当然,也不一定要转移晶体,因为在转移的过程中晶体有一定风险被划伤、透明度下降或开始溶解。一个更大的容器也会给其他小晶体更多机会粘在你的大晶体上。
小晶体开始在大容器中野蛮生长
你可以在你觉得它长得足够大的时候停下来,把它用镊子取出,然后用滤纸或卫生纸把它擦干。不要把它放在纸巾上太久————它会黏在上面的。
然后就...大功告成了!
把它拿到户外,欣赏一下它酥脆的边缘,拍点照片,给自己一些鼓励,或是拿着这个盐块在朋友面前装个X。
成品展示
然后,把它保存在一个密闭的容器中。氯化钠晶体很稳定,所以你不需要特别的容器来保存它。
有趣的氯化钠晶体
氯化钠晶体的生长受许多因素的影响,你种出来的晶体也许会和我的看起来完全不同。这有一些有意思的晶体,以及制作它们的方法。
导览:
慢速生长 vs 快速生长
晶体的质量很大程度上取决于它生长的速度。下面几张图分别展示了晶体在慢速、中速、快速蒸发率的条件下生长的状态。
慢速
中速
快速
制作一个良好的晶体样本需要耗费时间与耐心,但也不要因此而泄气;最重要的是享受制作晶体的整个过程。事实上,第三张图中左上角那个歪七扭八的晶体是我的第一个氯化钠晶体!
星形晶体
有些时候,晶体在一开始透明度会下降,但随着它逐渐长大,它的外层会变得透明,同时在内层形成一层白色的方形轮廓。结果看起来如下图所示:

如果想达到这种效果,你可以在一开始就直接使用更大的容器来制作晶体————不需要加盖子来限制蒸发率。
不过得小心,这个过程将变得更加难以预测。其他的小晶体可能会在周围形成,而且由于有充分的时间生长,它们可能会粘在你的大晶体上。不过只要有适合的环境条件,再加上点运气,你也可以拥有这样的星形晶体。
白色晶块
白色晶块其实基本上是以更快的速度形成的星形晶体。它与星形晶体之间其实是一种平衡————在星形晶体的基础上,如果蒸发率有点太快了,或是一些晶体想要以粉末状态形成,那么它就会变成一团白色的晶块。(存疑)

如果你想重现这种效果,只需要在一个热天重复星形晶体的制作过程就行了。
上图的晶体看起来更像个方块,因为我在把它转移到新容器的时候给它翻了一侧。正常情况下,由于生长速度的改变,新的那一侧会立刻开始变白,但因为晶体一开始本来已经比较白了,结果看起来还挺棒的。
幽灵晶体
在晶体生长的过程中,天气可能会突然变的特别热————或是下很多雨。这些条件分别会使晶体变白或溶解。而且,如果在几天之后,这些条件恢复正常,那么晶体就会恢复生长。
但是这种干扰会造成晶体在中心处出现一些瑕疵。有时,这种瑕疵看起来会很独特,就仿佛被困在琉璃中的全息影像一样。
注意右边晶体中的“星形”
金字塔状晶体
在种子晶体生长的时候,不是所有的晶体都会长成方块状。有时,种子晶体会落在它的顶点上,形成一种像金字塔一样的结构。
如果你让它继续生长,你就会得到如图所示的晶体:
一个普通食盐晶体(左)与金字塔状晶体(右)对比
由于它们奇怪的形成方式,金字塔状晶体会粘在盘底。它们无法被移动————如果尝试移动它们会让粉末状的盐开始形成,造成晶体制作失败。所以,它只能在同一容器中形成、生长,最后被收割。
注意,金字塔状晶体和那种在快速蒸发的溶液表面形成的漏斗状晶体是不一样的。那些空心的、看起来像是有阶梯的倒立金字塔的晶体,是以另一种完全不同的方式成型和生长的。虽然它们在自然界中偶尔会生成,但网上很少有资料教你如何制作它们。
修改(2021年12月):我发现了一种制作这些空心金字塔晶体的方法,我会继续研究这种制法,大概很快会出一个像这篇文章一样的教程。
修改(2022年8月):这比预期时间来得久,我会在大约一个月内发布那篇文章,分享我的发现。这一定很不错🙂
修改(2022年9月):文章出了!如何在家制作金字塔盐晶体 (How to Easily Make Your Own Pyramid Salt Crystals) (英语原文)
这是我尝试制作的空心金字塔盐晶体。它们和这篇教程介绍的那种晶体大相径庭
碘盐版晶体
制作氯化钠晶体并不推荐使用碘盐,因为它会把结晶的过程弄的一团糟,使得其难以形成单个的晶体。
下面的这个晶体就是用碘盐制作的,使用了相同的制法。

如果觉得这很好看,你无论如何都可以尝试一下。
其他杂质
除了碘盐,其他溶液中的杂质都会影响晶体的生长。
矿盐和海盐的结果可能会稍微不同,因为它们包含了其它矿物质的痕迹。但大体来说,都是可行的。确保你用的海盐不包含任何抗结剂。
往盐溶液中添加尿素会使晶体长成八面体状,但出乎意料的是,网上竟然没有一张这样的照片。酸性溶液会得到细长、针状的晶体。
晶体老玩家Dmishin发现,向盐溶液中添加氯化铁()会使晶体变得更好、更透明,但这是以更黄的晶体为代价的。看看他的文章,以了解更多细节。

晶簇
如果你不想制作单一的透明晶体,而是要那种看起来更加自然的食盐晶簇,好消息是,这比普通晶体更简单。这篇文章解释了关于这种晶簇的一切。

其他事项
虽然氯化钠理论上会结晶成方块状,但用我的制法做出来的晶体却在朝上的那一面看起来更扁平。这是从容器底部让晶体生长的一种弊端,原因是晶体的每一面都以不同的速率在生长。
要想阻止这种情况发生,我们就得把晶体悬挂在溶液中央,而这也会带来其他困难。目前我使用的悬挂方式都不能得到较好的晶体,但我有希望在这方面有所进展。如果你有好消息,记得跟我分享。
修改(2022年8月):我正在研究能得到对称方块状晶体的悬挂方法。我有半数的尝试失败了,而剩下的一半长得还行。请持续关注更新。
结语

总而言之,氯化钠晶体的制作非常刁钻棘手,但如果有正确的方法,任何人都可以在家制作出食盐晶体。某些影响晶体生长的因素,比如天气,可能会在我们掌控之外,我们也可能得不到一个十分完美的晶体,但我们最后的成果可能就已经够好看了。

这就是这篇教程的所有内容了。如果有问题,请你在原文下方评论区向我提问。
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与此同时,何不去看看我的另一篇文章用肥料制作晶体呢?
这种化合物常见、无毒且可以轻松形成令人惊叹的晶簇
你也可以制作巨大的泻盐晶体(),这是目前生长速度最快的晶体之一。
感谢阅读文本,还有一如既往的:祝你晶体制作愉快!
2021-11-10 Written By Chase(已授权翻译此文章)
Translated By NoahHrreion
英语原文:How to Grow Big Table Salt or Sodium Chloride Crystals at Home (crystalverse.com)