Творим оригинальный подарок при помощи химии физики и электроники

Добрый день, уважаемые хабровчане. Так получилось, что я уже довольно долго занимаюсь разработкой электронных устройств на базе микроконтроллеров, микропроцессоров и ПЛИС. Одним из разработанных мной девайсов я хочу с вами поделиться.

Идея


Идея пришла ко мне во время просмотра статей на Википедии, а именно статьи про сульфат меди (медный купорос), в которой есть картинка кристалла, выращенного в домашних условиях.

image

В процессе обдумывания я пришел к следующему девайсу: выращенный кристалл сульфата меди должен быть помещен в прозрачный стеклянный цилиндр вместе со светодиодом для подсветки и небольшой электронной схемой, которая управляет светодиодом. Кристалл должен медленно разгораться, когда его возьмет в руку человек, светить, пока находится в руке, и через некоторое время после того, как его выпустят из руки гаснуть. Таким образом, на выходе получим красивый и оригинальный сувенир, который можно подарить девушке, друзьям, или оставить себе на память.

В результате реализации получилось следующее:



На видео показан сам кристалл, собранный девайс, и девайс с уже подключенным питанием и прошитим кодом. К сожалению, моя камера не смогла справиться с ярко-синим свечением, в жизни он выглядит намного более красиво.

Теперь я постараюсь кратко изложить процесс создания такого устройства.

Шаг 1: выращиваем кристалл


Из школьного курса физики мы помним, что растить кристаллы солей из водных растворов нетрудно. Для этого достаточно изготовить насыщенный раствор выбранной соли (в данном случае – медного купороса), внести в него кристаллик-затравку и подождать несколько дней. Разумеется, сразу возникают два вопроса: где взять медный купорос и где взять кристалл-затравку. Медный купорос можно приобрести в любом магазине для садоводов. Если не ошибаюсь, его используют ни то как средство от вредителей, ни то как средство от болезней растения. Стоит он около 100 рублей за 500 гр. баночку. Также, можно приобрести его непосредственно у поставщика химических реактивов, в процессе гугления я натолкнулся на хим. склад в Москве, где продают купорос по цене около 120 рублей за килограмм.
Где бы вы его ни купили, в итоге у вас окажется пакетик с голубым порошком.

image

500 грамм для нашей цели будет более чем достаточно.

Следующее, о чем нам необходимо позаботиться – о кристалле-затравке. Это небольшой кристаллик, на котором будет оседать сульфат меди из раствора, и который в последствие вырастет до довольно внушительных размеров (кстати, если есть желание, можно вырастить кристалл намного большего размера, чем тот, что продемонстрировал я, процесс не будет отличаться, нужно будет просто подождать подольше). Затравку мы получим из насыщенного раствора купороса.
На помощь опять приходит википедия с графиком растворимости купороса в зависимости от температуры:

image

Как мы видим, с ростом температуры растворимость существенно увеличивается, поэтому возьмем стакан-полтора воды, выльем в кастрюлю и поставим на огонь. Совсем не обязательно доводить воду до кипения, нам хватит и 70-80 градусов. Когда вода окажется достаточно нагретой, начнем сыпать в нее купорос, постоянно помешивая. Необходимо продолжать добавлять сульфат меди в воду до тех пор, пока он не перестанет в ней растворяться. После этого перельем теплый раствор в любую подходящую посуду, я для этого пользовался довольно широкими пластиковыми упаковками от сыра «виола»

image

Теперь нам остается только ждать. Т.к. центров кристаллизации, кроме стенок, нет, процесс может затянуться. В результате охлаждения и испарения раствора на стенках сосуда начнут осаживаться небольшие кристаллы медного купороса.
Наша задача на данный момент – отобрать наиболее красивый кристалл достаточного размера, чтобы его можно было обвязать ниткой. Вид кристалла – дело вкуса, но я лично предпочитаю небольшие друзы монокристаллам и большим неряшливым скоплениям. В процессе роста друза из 4-5 монокристаллов, по моему мнению, становится куда более красивой, нежли один большой монокристалл или непонятный «ежик» из десятка, поэтому я проверял емкость каждые 1-2 часа в поисках наиболее подходящих кандидатов.

Итак, после 4-5 часов у нас появился небольшой кристалл-затравка. Его нужно аккуратно обвязать ниткой (не наматывайте на него кокон, достаточно одной петли, иначе нитки будут препятствовать росту кристалла). Второй конец нитки наматываем на карандаш и удаляемся на кухню, готовить насыщенный раствор второй раз. На этот раз нам надо приготовить его достаточно, чтобы залить в подходящую банку, в которой наш кристалл-затравка сможет висеть, не касаясь стенок и дна даже после 4х дней роста. В остальном технология та же – подогреваем воду и сыпем в нее купорос до тех пор, пока он не перестает растворяться. Далее немного остужаем раствор и выливаем в подготовленную банку (которую желательно перед этим тоже слегка прогреть теплой водой, чтобы не допустить быстрой кристаллизации раствора на стенках) и опускаем в нее затравку, кладя карандаш поперек горлышка банки и следя за тем, чтобы кристалл не касался стенок и дна. Банку ставим в какое-нибудь не очень теплое и не очень холодное место, например, на полку, и первый шаг практически закончен!

Нам остается только подождать несколько дней, пока кристалл не вырастет до нужных нам размеров. Вынимать надолго кристалл из раствора не рекомендуется, но достать и проверить как идет процесс роста вполне можно. Также не помешает очищать нитку от оседающих на нее мелких кристаллов, чтобы они не испортили форму затравки.

Необходимо учитывать одну вещь: водные кристаллы нестабильны и склонны к выветриванию – из них испаряется вода, в результате чего красивый кристалл постепенно покрывается белым налетом и в итоге рассыпается порошком. Чтобы сохранить кристалл как можно дольше, можно принять следующие меры:

1) Покрыть кристалл лаком. Это не панацея, но все же продлит жизнь кристалла на несколько месяцев.
2) Хранить кристалл в герметичной таре. Тоже не спасет, но в сочетании с первым способом даст кристаллу с год жизни, а то и больше.
3) Самый лучший способ – залить кристалл прозрачной органической жидкостью, например, каким-нибудь прозрачным маслом. В таком сосуде кристалл будет сохраняться очень долго.

На этом пока все, в следующих двух статьях речь пойдет о конструкции девайса, разработке его электронной части и прошивки.

Часть 2
Часть 3
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 84
    +3
    Помню лет так в 7 выращивал корабли из соли, и человечков.
      +3
      Угу, я так из соли пещеру со сталактитами делал внутри обувной коробки
        +1
        Корабли из соли и человечков? :)
        0
        ИМХО если лаком не обмазывать кристалл, а макать в лак несколько раз, с промежуточными сушками, то можно добиться довольно плотного покрытия, может и спасет кристалл.

        Но с другой стороны от толстого лака кристалл начнет выглядеть несколько иначе…

        Или там что-то фундаментальное происходит?
          +1
          Происходит, к нему вообще слабо липнет обычный клей и лак, я покрывал лаком-спреем.
          Он со временем начнет отставать, к сожалению. Конечно, если залить толстым слоем, то проживет намного дольше, я полагаю, но не знаю как это отразится на его виде.

          Я видел в продаже прозрачные составы, наподобие эпоксидки, кажется, специально предназначенные для заливания различных объектов, вот таким, наверное, залить всю емкость с кристаллом — лучшее решение.
            0
            Залить обычным глицерином не?
          0
          Не вредно такой кристалл в руке держать?
            0
            Купорос не ядовит, если его не жевать и мыть руки все будет в порядке.
            Судя по википедии, он даже зарегистрирован в качестве пищевого консерванта. Но т.к. тут он достаточно концентрированный, нужно избегать попадания в глаза и на слизистые оболочки.
              +3
              Медный купорос — яд(
                +3
                Соль — тоже яд. А уж этилен так вообще.
                  +1
                  Может быть Вы имели ввиду этанол?
                    0
                    нет, этилен. этанол это не яд ^_^
                      +2
                      Метанол — яд. А этанол эт так… )
                        +1
                        этанол — это приятный яд )
                          +13
                          извращенцы, блин…
                    0
                    только пересоленый суп вас не убъет)
                      0
                      Смотря как пересоленный. Смертельная доза соли согласно википедии — 3 грамма на кило веса.
                0
                Нет, если после того как подержали — помыть руки.
                  0
                  Аллергическую реакцию получить, наверное, можно, раз токсическая доза — десятки миллиграмм на клиограмм тела. Видимо, резиновые перчатки и недоступные для детей/животных места помогут с гарантией.
                    +1
                    Это скорее относится к раствору, чем к самому кристаллу, кристалл достаточно стабильный, и не будучи растворенным в воде, не взаимодействует с кожей. Впрочем, подстраховаться никогда не помешает)
                    В любом случае, после покрытия лаком и заключения в стеклянную тару он будет полностью безопасен.
                  +1
                  Больше фоток и прошивок-конструкций-схем!
                  А так отлично для первого поста.
                    +7
                    И мое личное мнение, что не стоит разделять на три статьи разработку-конструкцию-прошивку
                      0
                      Тогда не помещается в один пост. Сильно много символов, не пускает. :(
                    +2
                    Получался слишком длинный пост, решил разделить.
                    Оставлю вместо трех частей две, в таком случае — во второй будет конструкция+железо, в третьей — прошивка и заключение.
                      0
                      Ну с другой стороны оно и к лучшему — растянуть удовольствие :)
                      0
                      Кстати как реализован сенсор? акселерометр?
                        +1
                        Скорее всего на замыкание двух контактов рукой. У меня такая уточка есть с подобным механизмом.
                          0
                          Ну незнаю… С замыканием пропадает вся волшебность. Еще было бы вариант поставить датчик температуры, чтобы кристалл разгорался постепенно от держания в руках)
                            +1
                            Зато дешево и сердито. :-)
                            Датчик температуры не покатит потому что возможны ложные срабатывания. (например летом жарко, солнышко, батарея отопления)
                            А вот акселерометр интересно конечно, но не думаю что они дешевы.
                              +1
                              Ну я думаю 300 рублей не жалко для благого дела.
                                +1
                                Простейший датчик на встряску, кстати, можно сделать собственноручно. Этакий акселерометр.
                                  0
                                  Ну для этого понадобится солидная встряска, если я думаю о том же о чем и вы — пружинка и контакт.
                                    +1
                                    Немного не то. Я думал о механизме типа «плохое соединение», например, стальной шарик в небольшой полости пробки с двумя контактами: перекатывается, замыкает на доли секунды цепь и запускает программу включения диода.
                            0
                            Уточка, она же, в воде. Не уверен, но раз 8 пересмотрел момент, когда видна рука и девайс включается, сдается, что загорается от нажатия на кнопку в дне. Можно заметить, что перед включение рукой идет нажатие, особенно видно, т.к. безымянный палец уходит чуть вверх.
                          –3


                          Отличный первый пост. Картинка просто пришла в голову)
                            0
                            А давайте не будем устраивать из Хабра двач или иные имиджборды?
                              –8
                              Нуу, не знаю…
                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  0
                                  Темните.
                                  На дваче веселее.
                                +7
                                Минусующие просто не смотрели Breaking Bad. Один из лучших сериалов и однозначно перекликается с темой этого поста.
                                  +9
                                  Да нет просто хабр стал настолько уныл что унылее уже некуда.
                                    +5
                                    ну да, варить мет и выращивать кристалы как в школе это практически одно и то же…
                                  +2
                                  Очень здорово. Впервые за пару лет возникло желание что то подобное сделать.
                                  С нетерпением жду следующей статьи.
                                    +1
                                    Круто.

                                    Вот читаю я DIY постоянно, хочется самому повторить, а либо некогда, либо лень… ((
                                      0
                                      А что если положить в баночку герметичную силикагель?
                                      Он же по идее будет поглощать влагу? И его не сложно менять скажем раз в пол года
                                        +1
                                        если с кристалла испаряется вода и это его уничтожает, тогда поглотители влаги только ускорят этот процес. Разве нет?
                                          0
                                          Протупил, думал наоборот он от влаги умирает.
                                          Как соль допустим.
                                        0
                                        На сколько вреден для человека медный купорос?
                                          0
                                          Достаточно соблюдать банальные правила личной гигиены, мыть руки, ну и не совать всяку каку в рот :)
                                            0
                                            В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519 (консервант).

                                            Судя по тому, что используется в пищевой промышленности и для окраска воды в бассеинах — «яд» неприменимо. Думаю от того, что он будет находиться в комнате тоже ничего страшного не случится. Но понятно, что есть кристаллы не стоит)))
                                              0
                                              Всегда считал его ядовитым — ещё с тех времен, когда у меня был набор «Юный Химик». Сейчас полез гуглить — вот например: www.floralworld.ru/fungicid/mednii_cuporos.html («Меры предосторожности»).
                                              Понятно, что если соображаешь что делаешь — не отравишься. Но дарить такие кристаллы девушкам я бы не рискнул.
                                                0
                                                В запечатанной баночке — почему бы и нет?
                                            +39
                                              +15
                                              В следующем топике мы научимся добывать газ…
                                                –5
                                                И про нефть не забудьте пожалуйста!
                                                  +1
                                                  А я то весь топик думал что мне это напоминает!
                                                  Хм, т.е. для игрушечного старика кристалы сделать не сложно…
                                                  +2
                                                  Ага ага, а скрин из сериала забраковали значит, ведь варить мет и добывать кристаллы это разные вещи!!! Ханжи и лицемеры.
                                                  +1
                                                  Насколько я помню из бурного детства, кристаллы купороса хорошо хранятся в керосине (можно вроде еще и в силиконовом масле — но точно не помню). Давно хотел взять красивый шарик — пресс-папье, аккуратно разобрать, выкинуть из него детали ландшафта и падающие хлопья «снега» и законсервировать прям в той же жижке кристалл. Только красный.
                                                    0
                                                    А красный из чего можно сделать?
                                                    0
                                                    Народ, хорошенько остужайте раствор до комнатной температуры, прежде чем совать в него кристалл. Помнится, из-за такой ошибки я проимел двухнедельный труд по выращиванию, пришлось начинать почти с нуля.
                                                      0
                                                      А к чему это приводит, не подскажете? Я вот сколько не пытался кристаллы растить, ничего путного не получалось :( С той же солью… просто возникала куча мест кристаллизации и росла труха а не затравка. При удалении лишних кристаллов все повторялось заново.
                                                        0
                                                        В тёплом растворе кристалл быстро растворится.

                                                        Из соли кристаллы не растил, но проблемы могут возникать из-за примесей, а также из-за чрезмерной концентрации раствора.

                                                        Ниже дали два замечательных развёрнутых комментария.
                                                          +1
                                                          Кристалл не растворится в теплом *насыщенном* растворе.
                                                          Он растворится только если вы туда пожадничали досыпать купороса.
                                                            0
                                                            Я не пожадничал, много класть тоже плохо.

                                                            Как написано в Википедии про насыщенный раствор, «осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.» Вот у меня кристалл и перешёл в осадок через равновесное состояние. Тёплая вода расшатывает ионы кристалла, они убегают с конвекционными потоками, и всё это кристаллизуется на каёмке банки, где от испарения возникло множество центров кристаллизации.
                                                              0
                                                              Ну, вероятно, если опустить в совсем горячий, то, может быть, так и случится — но я точно опускал в достаточно теплый раствор, и основной «бросок» роста кристалла пришелся как раз на то время, пока он остывал — все осело на самом кристалле.

                                                              Грубо говоря, за пол часа-час кристалл вырос больше чем за день спокойного роста до этого.
                                                                0
                                                                Я понял, мы просто растили кристалл по разным технологиям. Моя задача была в том, чтобы получить кристал правильной ромбической формы, поэтому я не мог делать очень насыщенный раствор.
                                                      0
                                                      Ну я просто брал из пачки побольше кристалл и делал из него затравку. А что касается вытащить и поглядеть — это не есть хорошо, так как нарушается кристаллическая решетка.
                                                        0
                                                        Не задерживайтесь, пожалуйста, со следующими статьями — там самое интересное.
                                                        К сожалению, планы на следующие статьи часто не выполняются, а очень бы хотелось, чтобы вы доописали весь процесс до конца.
                                                          0
                                                          Во втором этапе роста (в банке) основную роль играет испарение воды, а не охлаждение раствора. Так что желательно предварительно охладить раствор до комнатное температуры, что бы быстрое выпадение кристалликов не испортило затравку. А лучше сразу брать воду комнатной температуры. В общем случае, чем медленнее кристаллизация — тем лучше (правильнее) кристаллы. Так что если в комнате сухой воздух, то рекомендую прикрыть баночку крышкой с небольшими отверстиями закрытыми сеточкой от пыли. И очень желательно фильтровать растворы перед использованием.
                                                          В процессе роста можно немного управлять кристаллизацией. Что бы избежать роста отдельных граней кристалла их нужно смазать вазелином или жиром. Для того что бы вырастить большой кристалл, нужно менять раствор в процессе роста на новый и следить что бы кристалл всегда был погружен в раствор.
                                                            0
                                                            Я правильно понимаю, что в конечной колбе кристалл будет хранится в банке с маслом? Какой тогда вес конечно конструкции?
                                                            Все-таки хочется, чтобы сувенир был не очень тяжелым.
                                                              0
                                                              Извиняюсь, вопрос отпал — я просто по фоткам переоценил размер кристалла:)
                                                              0
                                                              Так, народ минутку внимания.
                                                              Следующие части статьи готовы уже, не успел выложить просто, сегодня выложу.
                                                              Кристалл в любом случае хранится в герметичной банке, даже если бы он был ядовит, в банке он был бы безопасен. Но. Купорос не более ядовит чем соль. Концентрированный раствор может плохо отразиться на коже, при попадании в глаза или в рот также опасен, но это не относится к кристаллу. Если вы не будете его лизать, с вами ничего не случится, даже если он не покрыт лаком и вы держите его в руках.

                                                              Далее, насчет сенсоров. Нет, разумеется там не замыкание контактов. На видео, кстати говоря, еще тестовая прошивка, финальная версия работает слегка по-другому, она медленно разгорается, будучи взятой в руку, потом светит пока в руке и медленно гаснет, когда поставили на место. Это реализовано емкостным сенсором.
                                                              Разумеется, можно взять акселерометр, но это увеличит и удорожит схему, емкостной же сенсор не будет стоить и копейки, при этом он отлично работает в данном случае.

                                                              И последнее — могу точно сказать что лично у меня основную роль при росте кристалла играло именно охлаждение раствора. Это быстрый способ. За пару заходов я вырастил кристалл большого размера, если бы я просто подвесил его и ждал, то он рос бы куда медленнее. С хорошей затравкой не грозит искажение формы. Раствор я не фильтровал. Никаких нареканий к кристаллу в итоге ни у меня, ни у тех кто его видел вживую не было — большой, красивый, ровный кристалл.
                                                                0
                                                                Вам бы усилия вот с этим товарищем объединить: steampunker.ru/blog/our_workshop/2847.html
                                                                =)


                                                                Проект еще не доделан, подсветка планируется. )
                                                                  0
                                                                  а что за аппарат, для самогона?
                                                                    0
                                                                    Официальное название — «Биосфера». Это скорее декоративный объект, чем функциональный аппарат.
                                                                    Если не ошибаюсь, то изначально внутрь планировалось разместить богомола, но зимой не смогли достать. Поэтому автор сейчас думает, что бы туда засунуть.
                                                                      0
                                                                      предлагаю поместить туда солод и варить, там ведь змеевики функциональны, будем перегонять
                                                                        0
                                                                        Ну это уже не ко мне. =)
                                                                  –1
                                                                  Увидел стакан и сразу вспомнилось про это:



                                                                  «В дно «Люминаруса» встроена интерактивная светодиодная подсветка, которая автоматически включается, если взять стакан в руку. Пока «Люминарус» остается в руке, диоды красиво светятся»
                                                                    0
                                                                    Кстати, иногда стакан глючит и светится пару секунд после того, как его отпустили.
                                                                    Лень ковырять, как он устроен, но на поверхности (особенно чистого) достаточно чётко видны две широкие полоски чего-то. Фактически, они занимают большую часть поверхности, а ширина просветов между ними — 2–3см.
                                                                    0
                                                                    Ух ты, довольно нетрудно реализовать такое, но результат очень красив, тем более DIY практически полностью. Отличный подарок.
                                                                      +1
                                                                      Оргия Праведников на Хабре!

                                                                      Спасибо, интересная статься.
                                                                        0
                                                                        чем больше вырастишь кристалл, тем больше он к харизме дает, максимально можно прокачать 80 уровень.
                                                                          0
                                                                          Смастерил. по образу и подобию такую же штуку. Правда электронная часть у меня примитивная, ибо лень и вообще хреновый из меня электрик =) Но вроде получилось, нечто похожее…
                                                                          www.youtube.com/watch?v=FVkWwftPD0U

                                                                          Кстати один интересный нюанс… Если после того как купорос перестал размешиваться дать воде самую капельку выкипеть — то кристаллизация пойдёт в разы быстрее. У меня например уже на следующее утро был большущий кристалл.
                                                                            0
                                                                            А за сколько времени вырастает такой кристалл как на первом фото?

                                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                            Самое читаемое