Vous avez sûrement déjà entendu parler de cristaux, il est probable qu'à ce stade, votre esprit ait visualisé un énorme diamant, une améthyste ou une topaze. Et certainement, ce groupe comprend également de nombreux "pierres précieuses", mais un cristal n'est pas une dénomination qui englobe clairement le domaine de la bijouterie.
Un cristal est le produit final d'un processus intéressant connu sous le nom de cristallisation, qui se caractérise par l'obtention d'un solide homogène formé par des «faces», qui sont des parties situées dans des plans différents.
Caractéristiques du solide issu de la cristallisation
La taille d'un cristal est une caractéristique variable, dans une large gamme de dimensions. Des cristaux "énormes" peuvent être trouvés qui peuvent être mesurés par l'unité linéaire "mètre", aussi bien que nous pouvons trouver des cristaux ça doit être exprimé en termes de "microns", car leur petite taille les rend comparables à des micro-organismes tels que les bactéries, qui ne sont observables qu'au microscope.
Comme mentionné, les processus cristallins donnent des produits de haute pureté, c'est pourquoi nous avons établi, plus tôt dans la définition, que les cristaux sont homogènes: c'est-à-dire que la composition du produit reste à une valeur constante en tout point du volume du solide, ce qui implique également que les caractéristiques physiques et chimiques restent inchangées dans toute la pièce, et en cas d'observation de variation due à une perturbation, le changement se produira dans toute l'espèce. Cette qualité fait des cristaux des produits précieux dans divers domaines, allant de l'appréciation de la qualité du matériau à la utilisation du processus de cristallisation comme technique de séparation des substances.
Les produits cristallins peuvent également être isolés au niveau du laboratoire, grâce à des réactions contrôlées dans des assemblages qui imitent les processus spontanés qui se produisent dans la nature. L'un des principaux avantages des cristaux obtenus dans des procédés contrôlés est qu'ils présentent des formes plus régulières, qui correspondent parfaitement aux figures polygonales de plus grande précision.
Dans un cristal, il faut distinguer les faces qui font partie du véritable habit cristallin (caractéristiques morphologiques), et en fonction du nombre d'entre elles, on peut considérer les formes fondamentales du solide. Habituellement en un cristal est défini par la combinaison de plusieurs formes fondamentales, les principaux étant les suivants:
- Pédion: Verre constitué d'une seule face plane, sans équivalents.
- Pinacoïde: Il est composé de deux faces équivalentes par rapport à un axe de symétrie.
- Sphénoïde: Les deux faces équivalentes qui composent ce solide se trouvent autour d'un axe binaire.
- Prisme: Il est composé de faces homologues qui composent une zone. Étant la "zone d'un cristal" définie comme un ensemble de faces parallèles à la même direction, correspondant à un bord de celle-ci.
La structure des cristaux d'un point de vue interne peut être considérée comme constituée par un système plus ou moins homogène, périodique et anisotrope d'un matériau dissous qui développe une structure en différents points de l'espace. Parmi les caractéristiques des cristaux, le fait que chaque point avoir une répétition régulière dans l'espace occupé par le matériau. En cristallographie, le phénomène qui influence cette action s'appelle traduction.
Processus de cristallisation
Pour qu'une cristallisation se produise, il faut partir d'une substance qui peut être classée comme "Cristalline", et ceci est défini parce que les particules qui le composent, qu'elles soient de nature atomique, moléculaire ou ionique, ont des propriétés d'homogénéité, de périodicité et de symétrie.
L'ensemble du processus est activé lorsque, à un moment donné dans la substance cristalline, les particules commencent à se réorganiser, dans une étape connue sous le nom de nucléation. Tout ce processus implique, en plus de la variation évidente de l'ordre des particules, un processus de changement des conditions thermodynamiques, qui sont orientées vers la compensation des perturbations générées par le changement de l'énergie libre de Gibbs, qui est marqué par trois événements:
- Le changement d'énergie chimique.
- La création d'une interface entre la zone de nucléation et le reste de la phase homogène.
- La variation de volume et de forme que ce processus implique déclenche des tensions.
La phase suivante commence lorsque la structure de base de nucléation se stabilise. La prochaine étape est quelque chose de logique et de prévisible, une fois que nous avons la structure de base, nous entrerons dans un processus de crecimiento, dans lequel un changement des dimensions du noyau est observé. Petit à petit, cette augmentation se traduira par la formation de faces, jusqu'à ce que le cristal acquière une habitude bien définie.
Mécanisme de croissance cristalline
La théorie développée par Volmer explique comment se déroule la croissance d'un cristal, établissant que, autour de la structure de base de la nucléation de la substance cristalline, une sorte de couche d'absorption, qui agit comme une interface, et en plus de cela, il favorise une migration de particules autour de lui, qui se déplacent parallèlement à la surface. Le résultat de ce processus est défini comme une structure définie dans un plan bidimensionnel.
Pour leur part, Kossel et Straski, ont déterminé que des travaux mécaniques sont nécessaires pour réaliser la fixation d'un ion à la surface de cette couche, et que cela dépend de sa position.
Le développement d'un modèle qui définit la croissance nécessite la prévision de zones de saturation où un taux de changement plus élevé est observé (zones locales de sursaturation). Cela montre que la croissance des cristaux se produit en couches.
La cristallisation comme mécanisme de séparation
Puisqu'un cristal est formé avec une substance homogène, son utilisation s'est répandue comme méthode de séparation sélective des substances, parmi plusieurs méthodes, ci-dessous, nous expliquerons en quoi consistent celles dont l'utilisation est la plus répandue:
- Ajout d'un nouveau solvant: Si nous connaissons la nature des produits que nous manipulons, nous pouvons appliquer cette méthode, qui consiste essentiellement à ajouter un nouveau solvant qui interagit avec le solvant dans lequel le soluté que nous voulons cristalliser est immergé. Lorsque le nouveau solvant commence à interagir sélectivement avec son homologue, le soluté précipite, amorçant le processus de cristallisation.
- Refroidissement à des concentrations élevées de soluté: Lorsque nous avons une solution à haute concentration, qui a été faite à des températures élevées, et que nous la soumettons à un processus de refroidissement, nous obtenons une condition de sursaturation, dans laquelle une plus grande quantité de soluté est dissoute que le solvant ne peut accepter, dans ces nouveaux conditions de température. Si le processus de réduction de la température se fait de manière contrôlée, nous pouvons influencer la taille du cristal que nous allons obtenir.
- Sublimation: Cette technique ne peut être appliquée que dans des composés cristallins qui présentent une pression de vapeur élevée, de sorte que les transformations d'une phase gazeuse à une phase solide ne nécessitent pas le passage par le point de fusion.