Homemade Candy – kristali od šećera!

Prvo ćemo naučiti:

ŠTO SU KRISTALI I KAKO NASTAJU?

Kristali su uistinu posebna i unikatna materija. Čvrsta su tvar, a formiraju se slaganjem molekula u identičan i ponavljajući uzorak. Kristali mogu formirati širok spektar jedinstvenih uzoraka – kao pahulje snijega na primjer. Svaka pahulja je unikatna i nikada nećemo pronaći dvije pahulje koje su iste.

U prirodnom okruženju, kristali nastaju na jedan od tri načina: iz otopine tekućine, taljenjem krute tvari, i isparavanjem.

Kristali najčešće nastaju iz otopine, kada se tekućina počne hladiti i postaje kruta tvar. Baš kao u našem primjeru s pahuljom. Molekule tekućine se približavaju jedna drugoj s namjerom da postanu stabilnije. Uz to, molekule tekućine se grupiraju koristeći homogeni i ponavljajući obrazac što rezultira formacijom kristala. Proces formacije kristala se naziva kristalizacija.

Najpoznatiji kristali su kameni kristali poput dijamanata, rubina, i smaragda, a oni nastaju taljenjem krute tvari. Nastaju iz vulkana, hlađenjem tekuće magme. Ako se magma hladi dovoljno sporo, to će dovesti do formacije kristala. Više o vulkanima možete saznati u članku Kako napraviti vulkan kod kuće.

Kristali mogu nastati i isparavanjem. Ako tekućina polako isparava, može doći do nastanka kristalnih formacija. Kristali od soli su najbolji primjer ovog načina kristalizacije do kojega dolazi postupnim isparavanjem slane vode.

Svi kristali nastaju kroz proces od tri stadija: nukleacije, rasta i prestanka rasta.

1. Prvi stadij, koji nazivamo nukleacija je kada molekule prilaze jedna drugoj i formiraju stabilnu, ponavljajuću i homogenu subatomsku strukturu.
2. Druga faza, faza rasta je kada je subatomska struktura već formirana i ona privlači druge molekule koje se na nju spajaju. Te molekule se isto tako spajaju slijedeći postojeći uzorak. Tu kristali poprimaju karakteristiku po kojoj su najpoznatiji – simetričnost.
3. Zadnji stadij, stadij prestanka rasta je kada rast kristala prestaje i kristal je dovršen. Budući da ne postoji gornja granica koliko kristal može narasti, ovaj stadij se najčešće doseže kada ponestane molekula koje bi se mogle spojiti na kristal, i kada nema više fizičkog prostora da se kristal širi.

Kao što smo već spomenuli, ne postoji limit koliko kristal može rasti. Najveći kristal koji je ikada pronađen je beril iz Malakialine na Madagaskaru. Dug je 18 metara te širok 3 metra. Teži preko 380 tona. No formacija kristala može jako dugo trajati. Čak i rast od 2 milimetra dnevno zahtjeva da se na stotine novih slojeva formira na površini kristala svake sekunde. Da bi kristal rastao potreban je ogroman broj molekula.

ZNANOST IZA KRISTALA OD ŠEĆERA

Šećer je zanimljiva tvar. Kao i većina drugih materijala, možemo ga naći u različitim agregatnim stanjima. U krutom stanju, šećer može biti bez jasno definiranog oblika, kao u slučaju šećerne vune, ili može biti strogo definiranog oblika i strukture (kristalnog oblika) kao u slučaju kristala od šećera.

Kristali se formiraju kada se minijaturne čestice zvane molekule raspoređuju na određen i strukturiran način. Molekule su nevidljive golim okom ali njihovu strukturu u kristalu bi mogli demonstrirati na sljedeći način:

“Pokušajte stavljati klikere u usku posudu. Klikeri će se prvo rasporediti po dnu, nakon čega će početi stvarati novi sloj na već postojećem sloju. Kako budete dodavali nove klikere, vidjet ćete kako se oni raspoređuju u pravilnu strukturu na uvijek isti način”.

I kako dobiti kristale? Prvo moramo biti sigurni da imamo dovoljno molekula na jednom mjestu kako bi bili sigurni da će molekule naletjeti jedna na drugu i tako se spojiti. Da bi to omogućili, potrebna nam je otopina koja se sastoji tekućine i smjese koju želimo da se kristalizira. I najbitnija stvar, otopina mora biti zasićena.

U slučaju kristala od šećera, tekućina je voda, a smjesa šećer. Tekućina postaje prezasićena kada u sebi sadrži maksimalno moguće rastopljene smjese. Da bismo povećali količinu zasićenja, vodu ćemo zagrijati, jer što je temperatura veća, više šećera je moguće rastopiti. Kada imamo zasićenu otopinu, molekule se često sudaraju zato što ih jako puno na jednom mjestu (više od 10¹⁵ molekula!). Ponekad kada se sudare, molekule se spajaju i to je početak procesa kristalizacije koji nazivamo jezgrenje ili nukleacija.

Nakon što se nekoliko molekula međusobno spoji, one počinju povlačiti i ostale molekule koje se pridružuju u strukturu. To je način na koji šećerni kristali polako “rastu” i formiraju impresivne strukture.

 

POTREBNI MATERIJALI ZA EKSPERIMENT NASTANKA KRISTALA OD ŠEĆERA

• Šećer
• Voda
• Lonac
• Staklenke
• Drveni štapići
• Kvačice
• Boje za hranu (bonus)

POSTUPAK IZRADE EKSPERIMENTA

Na početku članka se nalazi video koji možete pogledati za detaljne upute o tome kako provesti aktivnost izrade kristala od šećera. Ili nastavite čitati za detaljnije, korak po korak upute cijelog procesa.

1. Odredite šećer i vodu koji ćete koristiti: omjer neka bude 1,5:1 (1,5 mjera šećera na 1 mjeru vode).
2. Zagrijte vodu dok ne dođe do točke vrenja (dok ne prokuha).
3. Polako usipavajte šećer i miješajte. Kako se šećer topi, usipavajte novi sve dok ne rastopite sav šećer.
4. Skinite šećernu smjesu s vatre i ostavite da se hladi 15-ak minuta.
5. Namočite štapiće (može u običnoj vodi) i uvaljajte ih u šećer. Taj šećer će nam biti baza za stvaranje kristala. Važno: ostavite štapiće da se dobro osuše. Ako se ne osuše, šećer će otpasti s njih i kristali neće rasti.
6. Ulijte šećernu smjesu u staklenke. Ako želite, možete dodati i boju za hranu kako biste dobili kristale različitih boja.
7. Nakon što su se štapići osušili, uronite ih (zašećerena strana ide u smjesu) u staklenke. Uronite ih tik do dna ali da vrhovi ipak ne dodiruju dno. Možete se poslužiti kvačicama da pričvrstite štapiće u ispravan položaj.
8. Ostavite tako staklenke da stoje tjedan-dva. Kako vrijeme prolazi, vidjet ćete kako kristali rastu.
9. Kada ste zadovoljni s veličinom kristala, izvadite ih iz staklenki i domaći slatkiš je gotov!
   • Pri vađenju, primijetit ćete kako se i površina stvrdnula. Lagano ju probijte i zatim možete s lakoćom izvaditi kristalni štapić.

 

ŠTO ĆETE NAUČITI I KOJE VJEŠTINE ĆETE RAZVIJATI IZRADOM KRISTALA OD ŠEĆERA

• Kemijske principe
• Što su kristali i kako nastaju
• Kako provesti eksperiment, koristiti znanstvenu metodu i provoditi opservaciju
• Mjerenje i proporcije
• Kako napraviti kristale od šećera i kako uzgojiti vlastiti kristal

Ovaj poučni kuhinjski eksperiment jednako je sladak za raditi, kao i za jesti, te se nadamo da ćete uživati. Nastali kristali od šećera su vrlo impresivni te vam mogu poslužiti kao ukras ako ih ne želite pojesti.