铋晶體

铋晶體

金屬元素
铋晶體是一種原子晶體,是融化的高純度金屬铋在緩慢冷卻時結晶所得到的。铋在元素周期表中原子序數為83,屬VA族金屬元素,元素符号Bi。晶體铋一般有複雜而規則的形狀。
  • 中文名:铋晶體
  • 熔點:271.3℃
  • 英文名:Bismuth crystal
  • 原子量:208.98038
  • 元素類型:金屬元素
  • 元素符号:Bi
  • 形态:常溫固态
  • 原子序數:83第6周期第VA族

簡介

晶體铋是融化的高純度金屬铋在緩慢冷卻時結晶所得到的,密度大約在9.8 克/立方厘米左右,有着複雜而規則的形狀。晶體铋在制作過程中會被氧化,氧化膜的厚度不同會決定所反射的光的顔色,從而形成多種顔色的氧化膜,顯得十分耀眼。晶體铋的形狀不定,随制作時容器的大小而決定,一般大小在1~15厘米之間。

铋晶體的含義

完美的铋晶體象征着神秘與能量,十七世紀的煉金術士們認為铋晶體那七彩的光輝與複雜的幾何結構中蘊含有某種神秘力量,并将其列入合成賢者之石的可能要素之一

制作

準備和提示

為了培養出高品質的晶體,必須使用純度大于或等于99.99%的铋金屬,這種純度更适合于培養的高品質的金屬晶體。影響铋晶體質量和大小的重要因素是冷卻時間。通過使铋單質從熔化狀态緩慢冷卻并且固化,或許就能夠生長出較大的晶體。

铋的熔點與其它金屬單質相比相對較低,隻有271℃(520°F),使用一個小型的丙烷噴燈或電爐就可以輕松的将其熔化。但是,值得注意的是,這仍舊是非常燙的熔融金屬,就像任何液體一樣容易流動和飛濺,并可能導緻嚴重的燒傷。

根據使用的铋的體積,在各種容器中放入适量的铋單質,同時保持它的熔化狀态。一塊中等大小鋼闆和量杯适合用來制作铋晶體。

步驟

設計并實驗實現了利用單塊矽酸铋(Bi12SiO20,BSO)晶體同時測量交流電壓和電流的傳感方案,其光學傳感單元僅由起偏器、BSO晶體和檢偏器組成。

第1步:熔化铋

将铋單質放入一個鋼制量杯中并放置在高溫的熱闆上。

作為铋的熔液,該液體的表面暴露在空氣中并被迅速氧化,因為高溫和氧氣形成灰色的表層,這是正常的。

第2步:澆注熔融铋

铋熔化後,将液體铋緩慢地,小心地倒到另一個幹淨并且預熱過的鋼制量杯中。通過将铋熔液轉移到新的容器中,可以除去影響晶體生長的已經氧化的表面。

将铋液體倒進新的容器之後,可以觀察到殘餘的铋的氧化物仍然留在原容器中。

第3步:使液态铋冷卻

将铋放置在新的容器中,絕緣和耐熱的表面冷卻後開始凝固。将盛有铋的容器放已回到關閉電源的熱闆上,通過餘熱使它緩慢降溫至室溫。

一段時間後,新容器中的铋出現一層清晰可見的新的氧化層。新的氧化層并不如上一層那麼厚。新的氧化層在不斷增厚的同時将會吸收不同波長的光線導緻不斷變色。因為相同的原因所以铋晶體表面會有那麼多種顔色。

第4步:倒出多餘的铋

當铋完全凝固之後,将多餘的液态铋倒入另一個容器中。不要讓铋充分固化;如果不倒出多餘的液體,晶體将會成為被困在量杯中的金屬塊。通常铋晶體生長時間的長短會導緻晶體的大小變化。但是,如果等待時間太長,尚未形成晶體的過量液态铋将凝固并影響已經形成的結晶。什麼時候倒出多餘的液态铋并沒有固定的時間限制,因為它取決于現場的實驗條件。

通過照明設備我們可以觀察到液态铋的即時狀态。如果在液體表面上的還會有波紋,并且铋仍是液态。随着越來越多的铋凝固,波紋将會越來越小并且晶體變得可見。

請注意,不能經常移動正在凝固的液态铋,因為它會影響晶體的形成:将會有很多小的铋晶體出現,并不會生成大的單晶。

可能需要多次嘗試才能獲得良好的晶體。如果等待太久,溶液凝固隻能重新熔化,然後再試一次。甚至可以嘗試使用倒出過量的液态铋在二級容器中以形成新的晶體。

第5步:取出晶體

過濾出多餘的液态铋之後,在铋晶體生長的容器内應該可以看到生長完成的铋晶體。在铋晶體暴露于空氣中的幾分鐘内其表面将會出現很多顔色。铋晶體可能會被卡在容器内,或者會有粘稠的液态铋附着在铋晶體上。待它們冷卻之後可以輕松地折斷它們并從容器中取出。

容器的内表面會導緻晶體出現固有的缺陷,因為總是會有晶體附着在容器的内表面上。避免這一缺陷的方法是通過使用一顆晶種懸浮在熔融的液态铋上作為晶體生長過程中的成核點。之後,隻需要将铋晶體從溶液中提出,而不是到處過量的液态铋。晶種放置時間不宜過長,否則可能會與容器中其他晶體融合導緻過大無法取出。

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