Určitě jste někdy slyšeli o krystalech, je pravděpodobné, že v tomto okamžiku si vaše mysl představila obrovský diamant, ametyst nebo topaz. A určitě tato skupina zahrnuje i mnoho známých "Vzácné kameny", ale krystal není označení, které jasně zahrnuje pole šperků.
Krystal je konečným produktem zajímavého procesu známého jako krystalizace, který je charakterizován výsledkem vzniku homogenní pevné látky tvořené "tvářemi", což jsou části umístěné v různých rovinách.
Vlastnosti pevné látky z krystalizace
Velikost krystalu je proměnná charakteristika v širokém rozsahu rozměrů. Lze najít „obrovské“ krystaly, které lze stejně jako my měřit lineárním jednotkovým „metrem“ najít krystaly to musí být vyjádřeno jako „mikrony“, protože jejich malá velikost je srovnatelná s mikroorganismy, jako jsou bakterie, které lze pozorovat pouze mikroskopem.
Jak již bylo zmíněno, krystalické procesy vedou k produktům vysoké čistoty, proto jsme to dříve v definici stanovili krystaly jsou homogenní: to znamená, že složení produktu zůstává v jakémkoli bodě objemu pevné látky na konstantní hodnotě, což také znamená, že fyzikální a chemické vlastnosti zůstávají v celém kusu nezměněny, a v případě pozorování odchylek v důsledku narušení, změna nastane u všech druhů. Díky této kvalitě jsou krystaly cennými produkty v různých oblastech, od oceňování kvality materiálu až po použití procesu krystalizace jako techniky k oddělení látek.
Krystalické produkty lze také izolovat na laboratorní úrovni prostřednictvím řízených reakcí v sestavách, které napodobují spontánní procesy, ke kterým dochází v přírodě. Jednou z hlavních výhod krystalů získaných v kontrolovaných procesech je, že mají pravidelnější tvary, které dokonale odpovídají polygonálním obrázkům s vyšší přesností.
V krystalu musíme rozlišit tváře, které jsou součástí skutečného krystalického zvyku (morfologické charakteristiky), a na základě jejich počtu můžeme uvažovat o základních tvarech tělesa. Obvykle v krystal je definován kombinací několika základních tvarů, z nichž hlavní jsou následující:
- Pedion: Sklo skládající se z jediného plochého obličeje bez ekvivalentů.
- Pinacoid: Skládá se ze dvou ekvivalentních ploch vzhledem k ose symetrie.
- Sfénoid: Dvě rovnocenné plochy, které tvoří toto těleso, leží kolem binární osy.
- Hranol: Skládá se z homologních tváří, které tvoří zónu. Být „oblastí krystalu“ definovanou jako sada ploch rovnoběžných se stejným směrem, odpovídající hraně stejného.
Strukturu krystalů z vnitřního hlediska lze považovat za strukturu více či méně homogenního, periodického a anizotropního systému rozpuštěného materiálu, který vyvíjí strukturu v různých bodech v prostoru. V rámci vlastností krystalů vždy vzbudil zájem fakt, že každý bod mít pravidelné opakování v prostoru obsazeném materiálem. V krystalografii se nazývá jev, který ovlivňuje tuto akci překlad.
Krystalizační proces
Aby došlo ke krystalizaci, musíme vycházet z látky, kterou lze klasifikovat jako "Krystalický", a to je definováno, protože částice, které ji tvoří, ať už mají atomovou, molekulární nebo iontovou povahu, mají vlastnosti homogenity, periodicity a symetrie.
Celý proces se aktivuje, když se v určitém okamžiku v krystalické látce začnou částice reorganizovat ve fázi známé jako nukleace. Celý tento proces zahrnuje kromě zjevné variace v pořadí částic i proces změny termodynamických podmínek, které jsou orientovány na kompenzaci poruch generovaných změnou Gibbsovy volné energie, která je poznamenána tři události:
- Změna chemické energie.
- Vytvoření rozhraní mezi zónou nukleace a zbytkem homogenní fáze.
- Variace objemu a tvaru, které tento proces zahrnuje, vyvolává napětí.
Další fáze vzniká, když se stabilizuje nukleační základní struktura. Další krok je něco logického a předvídatelného, jakmile máme základní strukturu, vstoupíme do procesu růst, ve kterém je pozorována změna rozměrů jádra. Postupně toto zvýšení povede k tvorbě tváří, dokud si krystal nezíská dobře definovaný zvyk.
Mechanismus růstu krystalů
Teorie vyvinutá Volmerem vysvětluje, jak probíhá růst krystalu, a stanoví, že kolem základní struktury z nukleace krystalické látky je druh absorpční vrstva, který funguje jako rozhraní a navíc podporuje migraci částic kolem něj, které se pohybují rovnoběžně s povrchem. Výsledek tohoto procesu je definován jako struktura definovaná v dvourozměrné rovině.
Kossel a Straski to určili sami je nutná mechanická práce dosáhnout fixace iontu na povrch této vrstvy a to záleží na její poloze.
Vypracování modelu, který definuje růst, vyžaduje předpověď saturačních zón, kde je pozorována vyšší rychlost změn (lokální zóny přesycení). To ukazuje, že růst krystalů nastává ve vrstvách.
Krystalizace jako separační mechanismus
Jelikož je krystal vytvořen s homogenní látkou, jeho použití jako metody selektivní separace látek bylo rozšířeno, mezi několika způsoby níže vysvětlíme, z čeho se skládají ty, jejichž použití je rozšířenější:
- Přidání nového rozpouštědla: Pokud známe povahu produktů, se kterými manipulujeme, můžeme použít tuto metodu, která v zásadě spočívá v přidání nového rozpouštědla, které interaguje s rozpouštědlem, do kterého je ponořena rozpuštěná látka, kterou chceme krystalizovat. Když nové rozpouštědlo začne selektivně interagovat se svým homologem, sraženina se vysráží a zahájí proces krystalizace.
- Chlazení na vysoké koncentrace rozpuštěné látky: Když máme roztok s vysokou koncentrací, který byl vyroben při vysokých teplotách, a podrobíme ho procesu chlazení, získáme podmínku přesycení, ve které je rozpuštěno větší množství rozpuštěné látky, než může rozpouštědlo přijmout, v těchto nových teplotní podmínky. Pokud se proces snižování teploty provádí řízeným způsobem, můžeme ovlivnit velikost krystalu, který získáme.
- Sublimace: Tuto techniku lze použít pouze v krystalických sloučeninách, které vykazují vysoký tlak par, a to takovým způsobem, že transformace z plynné fáze na tuhou nevyžadují průchod teplotou tání.