Protams, jūs kādreiz esat dzirdējis par kristāliem, iespējams, ka šajā brīdī jūsu prāts ir vizualizējis milzīgu dimantu, ametistu vai topāzi. Un noteikti šajā grupā ietilpst arī daudzi labi zināmie "Dārgakmeņi", bet kristāls nav nosaukums, kas skaidri aptver juvelierizstrādājumu jomu.
Kristāls ir gala produkts interesantam procesam, kas pazīstams kā kristalizācija, un to raksturo homogēnas cietas vielas iegūšana, ko veido "sejas", kas ir daļas, kas atrodas dažādās plaknēs.
Kristalizācijas procesā iegūtās cietās vielas raksturojums
Kristāla izmērs ir mainīgs raksturlielums, plašā izmēru diapazonā. Var atrast "milzīgus" kristālus, kurus var izmērīt caur lineāro mērvienību "metrs", kā arī mēs atrast kristālus tā tam jābūt izteikts kā "mikroni", jo to mazais izmērs padara tos salīdzināmus ar tādiem mikroorganismiem kā baktērijas, kurus var novērot tikai caur mikroskopu.
Kā jau minēts, kristālisko procesu rezultātā rodas augstas tīrības produkti, tāpēc mēs iepriekš definīcijā to konstatējām kristāli ir viendabīgitas ir, produkta sastāvs paliek nemainīgā vērtībā jebkurā cietās vielas tilpuma punktā, kas arī nozīmē, ka fizikālās un ķīmiskās īpašības nemainās visā gabalā, un gadījumā, ja tiek novērotas izmaiņas traucējumu dēļ, izmaiņas notiks visā sugā. Šī kvalitāte padara kristālus par vērtīgiem izstrādājumiem dažādās jomās, sākot no materiāla kvalitātes novērtēšanas līdz pat kristalizācijas procesa izmantošana kā paņēmiens vielu atdalīšanai.
Kristāliskos produktus var izolēt arī laboratorijas līmenī, izmantojot kontrolētas reakcijas mezglos, kas atdarina dabā notiekošos spontānos procesus. Viena no kontrolētajos procesos iegūto kristālu galvenajām priekšrocībām ir tā, ka tiem ir vairāk regulāru formu, kas lieliski sakrīt ar daudz precīzākām daudzstūru figūrām.
Kristālā mums jānošķir sejas, kas ir daļa no reālā kristāliskā ieraduma (morfoloģiskās īpašības), un, pamatojoties uz to skaitu, mēs varam apsvērt cietā pamata formas. Parasti kristālu nosaka vairāku pamatformu kombinācija, no kuriem galvenie ir šādi:
- Pedions: Stikls, kas sastāv no vienas plakanas sejas bez ekvivalentiem.
- Pinakoīds: To veido divas līdzvērtīgas sejas attiecībā pret simetrijas asi.
- Sphenoid: Divas līdzvērtīgas sejas, kas veido šo cieto daļu, atrodas ap bināro asi.
- Prizma: To veido homologas sejas, kas veido zonu. Būt par "kristāla laukumu", kas definēts kā seju kopums, kas ir paralēls tai pašai virzienam un atbilst tā paša malai.
Var uzskatīt, ka kristālu struktūru no iekšēja viedokļa veido vairāk vai mazāk viendabīga, periodiska un anizotropiska izšķīduša materiāla sistēma, kas attīsta struktūru dažādos telpas punktos. Ievērojot kristālu īpašības, interesi vienmēr ir izraisījis fakts, ka katrs punkts regulāri atkārtojiet materiāla aizņemtajā telpā. Kristalogrāfijā tiek saukts fenomens, kas ietekmē šo darbību tulkojums.
Kristalizācijas process
Lai notiktu kristalizācija, mums jāsāk no vielas, kuru var klasificēt kā "Kristālisks", un tas ir definēts tāpēc, ka daļiņām, kas to veido, neatkarīgi no tā, vai tām ir atoma, molekulāra vai jonu raksturs, piemīt viendabīguma, periodiskuma un simetrijas īpašības.
Viss process tiek aktivizēts, kad kādā brīdī kristāliskajā vielā daļiņas sāk reorganizēties stadijā, kas pazīstama kā kodols. Šis viss process papildus acīmredzamajām daļiņu secības izmaiņām ietver termodinamisko apstākļu maiņas procesu, kas ir orientēts uz traucējumu kompensēšanu, ko rada Gibba brīvās enerģijas izmaiņas, ko iezīmē trīs notikumi:
- Ķīmiskās enerģijas izmaiņas.
- Saskarnes izveidošana starp kodola zonu un pārējo viendabīgo fāzi.
- Šajā procesā iesaistītās tilpuma un formas variācijas izraisa spriedzi.
Nākamā fāze rodas, kad kodola bāzes struktūra stabilizējas. Nākamais solis ir kaut kas loģisks un paredzams, kad mums būs pamatstruktūra, mēs iesāksim procesu pieaugums, kurā novēro kodola izmēru izmaiņas. Pamazām šī palielināšanās rezultātā veidosies sejas, līdz kristāls iegūs labi definētu ieradumu.
Kristāla augšanas mehānisms
Volmera izstrādātā teorija izskaidro, kā notiek kristāla augšana, nosakot, ka ap pamatstruktūru no kristāliskās vielas kodoliem ir sava veida absorbcijas slānis, kas darbojas kā saskarne, un papildus tam tas veicina daļiņu migrāciju ap to, kas pārvietojas paralēli virsmai. Šī procesa rezultāts ir definēts kā struktūra, kas definēta divdimensiju plaknē.
Savukārt Kossels un Straski to noteica nepieciešams mehāniskais darbs lai panāktu jona fiksāciju uz šī slāņa virsmas un ka tas ir atkarīgs no tā stāvokļa.
Izstrādājot modeli, kas nosaka izaugsmi, ir nepieciešama piesātinājuma zonu prognoze, kur novērojams lielāks izmaiņu ātrums (vietējās pārsātinājuma zonas). Tas parāda, ka kristālu augšana notiek slāņos.
Kristalizācija kā atdalīšanas mehānisms
Tā kā kristāls tiek veidots ar viendabīgu vielu, tā izmantošana kā vielas selektīvas atdalīšanas metode ir paplašināta, vairāku zemāk aprakstīto metožu starpā, mēs paskaidrosim, no kā sastāv tie, kuru lietošana ir plašāka:
- Jauna šķīdinātāja pievienošana: Ja mēs zinām produktu, ar kuriem mēs strādājam, būtību, mēs varam izmantot šo metodi, kas būtībā sastāv no jauna šķīdinātāja pievienošanas, kas mijiedarbojas ar šķīdinātāju, kurā iegremdēta izšķīdinātā viela, kuru mēs vēlamies kristalizēt. Kad jaunais šķīdinātājs selektīvi sāk mijiedarboties ar tā homologu, izšķīdušā viela nogulsnējas, uzsākot kristalizācijas procesu.
- Atdzesēšana līdz lielai izšķīdušās vielas koncentrācijai: Kad mums ir augstas koncentrācijas šķīdums, kas tika pagatavots augstā temperatūrā, un mēs to pakļaujam dzesēšanas procesam, mēs iegūstam pārsātinājuma stāvokli, kurā šajos jaunajos šķīdumos izšķīdina lielāku daudzumu izšķīdušās vielas, nekā šķīdinātājs var pieņemt temperatūras apstākļi. Ja temperatūras pazemināšanas process tiek veikts kontrolētā veidā, mēs varam ietekmēt iegūtā kristāla izmēru.
- Sublimācija: Šo paņēmienu var izmantot tikai kristāliskos savienojumos, kuriem ir augsts tvaika spiediens, tādā veidā, ka transformācijām no gāzes fāzes uz cietu nav nepieciešama pāreja caur kušanas temperatūru.