Tentunya Anda pernah mendengar tentang kristal, kemungkinan pada titik ini pikiran Anda telah membayangkan berlian besar, batu kecubung atau topas. Dan yang pasti, grup ini juga termasuk banyak kalangan ternama "Batu mulia", tetapi kristal bukanlah denominasi yang secara jelas meliputi bidang perhiasan.
Kristal adalah produk akhir dari proses menarik yang dikenal sebagai kristalisasi, yang dicirikan dengan menghasilkan padatan homogen yang dibentuk oleh "permukaan", yang merupakan bagian yang terletak di bidang yang berbeda.
Karakteristik padatan dari kristalisasi
Ukuran kristal adalah karakteristik variabel, dalam berbagai dimensi. Kristal "besar" dapat ditemukan yang dapat diukur melalui satuan linier "meter", sebaik yang kita bisa temukan kristal itu pasti dinyatakan dalam istilah "mikron", karena ukurannya yang kecil membuatnya sebanding dengan mikroorganisme seperti bakteri, yang hanya dapat diamati melalui mikroskop.
Seperti disebutkan, proses kristal menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi, itulah sebabnya kami menetapkan, sebelumnya dalam definisi, itu kristal itu homogen: yaitu, komposisi produk tetap pada nilai konstan pada titik mana pun dalam volume padatan, yang juga menyiratkan bahwa karakteristik fisik dan kimiawi tetap tidak berubah di seluruh bagian, dan dalam hal pengamatan variasi karena gangguan, perubahan akan terjadi di seluruh spesies. Kualitas ini menjadikan produk kristal berharga di berbagai bidang, mulai dari apresiasi terhadap kualitas bahan, hingga penggunaan proses kristalisasi sebagai teknik untuk memisahkan zat.
Produk kristal juga dapat diisolasi di tingkat laboratorium, melalui reaksi terkontrol dalam rakitan yang meniru proses spontan yang terjadi di alam. Salah satu keuntungan utama dari kristal yang diperoleh dalam proses terkontrol adalah bahwa mereka menyajikan bentuk yang lebih teratur, yang sangat cocok dengan bentuk poligonal dengan akurasi yang lebih tinggi.
Dalam sebuah kristal, kita harus membedakan muka yang merupakan bagian dari sifat kristal yang sebenarnya (ciri morfologi), dan berdasarkan jumlahnya, kita dapat mempertimbangkan bentuk dasar dari padatan tersebut. Biasanya dalam kristal ditentukan oleh kombinasi dari beberapa bentuk dasar, yang utama adalah sebagai berikut:
- Pedion: Kaca terdiri dari satu permukaan datar, tanpa padanan.
- Pinacoid: Itu terdiri dari dua permukaan yang setara sehubungan dengan sumbu simetri.
- Sphenoid: Dua sisi ekivalen yang membentuk solid ini terletak di sekitar sumbu biner.
- Prisma: Itu terdiri dari wajah homolog yang membentuk zona. Menjadi "area kristal" yang didefinisikan sebagai sekumpulan wajah yang sejajar dengan arah yang sama, sesuai dengan tepi yang sama.
Struktur kristal dari sudut pandang internal dapat dianggap terbentuk oleh sistem yang kurang lebih homogen, periodik dan anisotropik dari bahan terlarut yang mengembangkan struktur di berbagai titik di ruang angkasa. Dalam karakteristik kristal, minat selalu dibangkitkan oleh fakta di setiap titik ulangi secara teratur di ruang yang ditempati materi. Dalam kristalografi, fenomena yang mempengaruhi tindakan ini disebut terjemahan.
Proses kristalisasi
Agar kristalisasi terjadi, kita harus mulai dari zat yang dapat diklasifikasikan sebagai "Kristal", dan ini ditentukan karena partikel yang menyusunnya, baik yang bersifat atom, molekuler atau ionik, memiliki sifat homogenitas, periodisitas dan simetri.
Seluruh proses diaktifkan ketika di beberapa titik dalam zat kristal, partikel mulai mengatur ulang, dalam tahap yang dikenal sebagai nukleasi. Seluruh proses ini melibatkan, selain variasi nyata dalam urutan partikel, proses perubahan kondisi termodinamika, yang diorientasikan pada kompensasi gangguan yang ditimbulkan oleh perubahan energi bebas Gibbs, yang ditandai dengan tiga peristiwa:
- Perubahan energi kimia.
- Pembuatan antarmuka antara zona nukleasi dan fase homogen lainnya.
- Variasi volume dan bentuk yang proses ini melibatkan pemicu ketegangan.
Fase berikutnya dimulai ketika struktur dasar nukleasi menjadi stabil. Langkah selanjutnya adalah sesuatu yang logis dan dapat diprediksi, setelah kita memiliki struktur dasar, kita akan memasuki prosesnya pertumbuhan, di mana perubahan dimensi inti diamati. Sedikit demi sedikit, peningkatan ini akan menghasilkan pembentukan permukaan, sampai kristal memperoleh kebiasaan yang terdefinisi dengan baik.
Mekanisme pertumbuhan kristal
Teori yang dikembangkan oleh Volmer menjelaskan bagaimana pertumbuhan kristal terjadi, menetapkan bahwa, di sekitar struktur dasar dari nukleasi zat kristal, semacam lapisan penyerapan, yang bertindak sebagai antarmuka, dan selain itu, ini mendorong migrasi partikel di sekitarnya, yang bergerak sejajar dengan permukaan. Hasil dari proses ini didefinisikan sebagai struktur yang didefinisikan dalam bidang dua dimensi.
Untuk bagian mereka, Kossel dan Straski, menentukan itu pekerjaan mekanis diperlukan untuk mencapai fiksasi ion ke permukaan lapisan ini, dan itu tergantung pada posisinya.
Pengembangan model yang mendefinisikan pertumbuhan membutuhkan prakiraan zona saturasi di mana tingkat perubahan yang lebih tinggi diamati (zona jenuh lokal). Hal ini menunjukkan bahwa pertumbuhan kristal terjadi secara berlapis.
Kristalisasi sebagai mekanisme pemisahan
Karena kristal dibentuk dengan zat homogen, penggunaannya sebagai metode pemisahan selektif zat telah diperpanjang, di antara beberapa metode, di bawah ini, kami akan menjelaskan apa yang penggunaannya lebih luas terdiri dari:
- Menambahkan pelarut baru: Jika kita mengetahui sifat produk yang akan kita tangani, kita dapat menerapkan metode ini, yang pada dasarnya terdiri dari penambahan pelarut baru yang berinteraksi dengan pelarut di mana zat terlarut yang ingin kita kristalisasi dibenamkan. Ketika pelarut baru secara selektif mulai berinteraksi dengan homolognya, zat terlarut mengendap, memulai proses kristalisasi.
- Pendinginan hingga konsentrasi zat terlarut tinggi: Ketika kami memiliki larutan konsentrasi tinggi, yang dibuat pada suhu tinggi, dan kami mengirimkannya ke proses pendinginan, kami memperoleh kondisi jenuh, di mana jumlah zat terlarut yang lebih banyak daripada yang dapat diterima pelarut, dalam kondisi baru tersebut. kondisi suhu. Jika proses penurunan suhu dilakukan dengan cara yang terkontrol, maka kita dapat mempengaruhi ukuran kristal yang akan kita peroleh.
- Sublimasi: Teknik ini hanya dapat diterapkan pada senyawa kristal yang memiliki tekanan uap tinggi, sedemikian rupa sehingga transformasi dari fasa gas menjadi padat tidak memerlukan lintasan melalui titik leleh.