鉍晶體

鉍晶體是融化的高純度金屬鉍在緩慢冷卻時結晶所得到的。鉍在元素周期表中原子序數為83，屬VA族金屬元素，元素符號Bi。晶體鉍一般有複雜而規則的形狀。

基本信息

• 中文名稱：晶體鉍
• 外文名：Bismuth crystal

• 原子量：208.98038
• 元素類型：金屬元素
• 元素符號：Bi
• 形態：常溫固態
• 原子序數：83 第6周期第VA族
• 熔點：271.3℃

簡介

漏斗狀的晶體鉍

晶體鉍是融化的高純度金屬鉍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，有著複雜而規則的形狀。晶體鉍在製作過程中會被氧化，氧化膜的厚度不同會決定所反射的光的顏色，從而形成多種顏色的氧化膜，顯得十分耀眼。晶體鉍的形狀不定，隨製作時容器的大小而決定，一般大小在1~15厘米之間。

準備和提示

鉍晶體的圖片

為了培養出高品質的晶體，必須使用純度大於或等於99.99%的鉍金屬，這種純度更適合於培養的高品質的金屬晶體。

影響鉍晶體質量和大小的重要因素是冷卻時間。通過使鉍單質從熔化狀態緩慢冷卻並且固化，或許就能夠生長出較大的晶體。
鉍的熔點與其它金屬單質相比相對較低，只有271℃（520°F），使用一個小型的丙烷噴燈或電爐就可以輕鬆的將其熔化。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，並可能導致嚴重的燒傷。
根據使用的鉍的體積，在各種容器中放入適量的鉍單質，同時保持它的熔化狀態。一塊中等大小鋼板和量杯適合用來製作鉍晶體。

步驟

熔化鉍

將鉍單質放入一個鋼製量杯中並放置在高溫的熱板上。
作為鉍的熔液，該液體的表面暴露在空氣中並被迅速氧化，因為高溫和氧氣形成灰色的表層，這是正常的。

澆注熔融鉍

澆注熔融鉍

鉍熔化後，將液體鉍緩慢地，小心地倒到另一個乾淨並且預熱過的鋼製量杯中。通過將鉍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。
將鉍液體倒進新的容器之後，可以觀察到殘餘的鉍的氧化物仍然留在原容器中。

使液態鉍冷卻

使液態鉍冷卻

將鉍放置在新的容器中，絕緣和耐熱的表面冷卻後開始凝固。將盛有鉍的容器放已回到關閉電源的熱板上，通過餘熱使它緩慢降溫至室溫。
一段時間後，新容器中的鉍出現一層清晰可見的新的氧化層。新的氧化層並不如上一層那么厚。新的氧化層在不斷增厚的同時將會吸收不同波長的光線導致不斷變色。因為相同的原因所以鉍晶體表面會有那么多種顏色。

倒出多餘的鉍

到出多餘的鉍

當鉍完全凝固之後，將多餘的液態鉍倒入另一個容器中。不要讓鉍充分固化;如果不倒出多餘的液體，晶體將會成為被困在量杯中的金屬塊。通常鉍晶體生長時間的長短會導致晶體的大小變化。但是，如果等待時間太長，尚未形成晶體的過量液態鉍將凝固並影響已經形成的結晶。什麼時候倒出多餘的液態鉍並沒有固定的時間限制，因為它取決於現場的實驗條件。通過照明設備我們可以觀察到液態鉍的即時狀態。如果在液體表面上的還會有波紋，並且鉍仍是液態。隨著越來越多的鉍凝固，波紋將會越來越小並且晶體變得可見。
請注意，不能經常移動正在凝固的液態鉍，因為它會影響晶體的形成：將會有很多小的鉍晶體出現，並不會生成大的單晶。
可能需要多次嘗試才能獲得良好的晶體。如果等待太久，溶液凝固只能重新熔化，然後再試一次。甚至可以嘗試使用倒出過量的液態鉍在二級容器中以形成新的晶體。

取出晶體

取出晶體

過濾出多餘的液態鉍之後，在鉍晶體生長的容器內應該可以看到生長完成的鉍晶體。在鉍晶體暴露於空氣中的幾分鐘內其表面將會出現很多顏色。鉍晶體可能會被卡在容器內，或者會有粘稠的液態鉍附著在鉍晶體上。待它們冷卻之後可以輕鬆地折斷它們並從容器中取出。容器的內表面會導致晶體出現固有的缺陷，因為總是會有晶體附著在容器的內表面上。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態鉍上作為晶體生長過程中的成核點。之後，只需要將鉍晶體從溶液中提出，而不是到處過量的液態鉍。晶种放置時間不宜過長，否則可能會與容器中其他晶體融合導致過大無法取出。