Určite ste už niekedy počuli o kryštáloch, je pravdepodobné, že v tomto okamihu vaša myseľ predstavila obrovský diamant, ametyst alebo topás. A do tejto skupiny určite patria aj mnohí známi "Drahokamy", ale krištáľ nie je denominácia, ktorá jasne zahŕňa oblasť šperkov.
Kryštál je konečným produktom zaujímavého procesu známeho ako kryštalizácia, ktorý je charakterizovaný tým, že výsledkom je homogénna pevná látka tvorená „povrchmi“, čo sú časti umiestnené v rôznych rovinách.
Charakteristika tuhej látky z kryštalizácie
Veľkosť kryštálu je premenlivá charakteristika v širokej škále rozmerov. Nájdeme „obrovské“ kryštály, ktoré je možné merať rovnako ako lineárne jednotky „meter“ nájsť kryštály to musí byť vyjadrené v „mikrónoch“, pretože ich malá veľkosť ich robí porovnateľnými s mikroorganizmami, ako sú baktérie, ktoré sú pozorovateľné iba mikroskopom.
Ako už bolo spomenuté, výsledkom kryštalických procesov sú produkty vysokej čistoty, preto sme to zaviedli skôr v definícii kryštály sú homogénne: to znamená, že zloženie výrobku zostáva v ktoromkoľvek bode objemu pevnej látky na konštantnej hodnote, čo tiež znamená, že fyzikálne a chemické vlastnosti zostávajú v celom kusu nezmenené, a v prípade pozorovania odchýlok v dôsledku poruchy, zmena nastane u všetkých druhov. Táto kvalita robí z kryštálov cenné výrobky v rôznych oblastiach, od ocenenia kvality materiálu až po použitie procesu kryštalizácie ako techniky na separáciu látok.
Kryštalické produkty je možné izolovať aj na laboratórnej úrovni riadenými reakciami v zostavách, ktoré napodobňujú spontánne procesy, ktoré sa vyskytujú v prírode. Jednou z hlavných výhod kryštálov získaných v kontrolovaných procesoch je to, že majú pravidelnejšie tvary, ktoré sa dokonale zhodujú s polygonálnymi obrázkami vyššej presnosti.
V kryštáli musíme rozlišovať tváre, ktoré sú súčasťou skutočného kryštalického návyku (morfologické charakteristiky), a na základe ich počtu môžeme uvažovať o základných tvaroch telesa. Zvyčajne v kryštál je definovaný kombináciou niekoľkých základných tvarov, z ktorých hlavné sú tieto:
- Pedion: Sklo pozostávajúce z jedinej plochej plochy bez ekvivalentov.
- Pinacoid: Skladá sa z dvoch ekvivalentných plôch vzhľadom na os symetrie.
- Sfénoid: Dve rovnocenné plochy, ktoré tvoria toto teleso, ležia okolo binárnej osi.
- Hranol: Skladá sa z homológnych tvárí, ktoré tvoria zónu. Je „oblasťou kryštálu“ definovanou ako množina tvárí rovnobežných s rovnakým smerom, zodpovedajúcich rovnakému okraju.
Za štruktúru kryštálov z vnútorného hľadiska možno považovať viac-menej homogénny, periodický a anizotropný systém rozpusteného materiálu, ktorý vytvára štruktúru v rôznych bodoch vesmíru. V rámci charakteristík kryštálov záujem vždy vzbudzovala skutočnosť, že každý bod pravidelne sa opakuj v priestore obsadenom materiálom. V kryštalografii sa nazýva jav, ktorý ovplyvňuje túto akciu preklad.
Proces kryštalizácie
Aby došlo ku kryštalizácii, musíme vychádzať z látky, ktorú možno klasifikovať ako "Kryštalický", a to je definované, pretože častice, ktoré ju tvoria, či už majú atómovú, molekulárnu alebo iónovú povahu, majú vlastnosti homogenity, periodicity a symetrie.
Celý proces sa aktivuje, keď sa v určitom okamihu v kryštalickej látke častice začnú reorganizovať v štádiu známom ako nukleácia. Celý tento proces zahŕňa okrem zjavnej zmeny v poradí častíc aj proces zmeny termodynamických podmienok, ktoré sú orientované na kompenzáciu porúch generovaných zmenou voľnej energie Gibbs, ktorá je poznačená tri udalosti:
- Zmena chemickej energie.
- Vytvorenie rozhrania medzi zónou nukleácie a zvyškom homogénnej fázy.
- Rozdiely v objeme a tvare, ktoré tento proces zahŕňa, vyvolávajú napätie.
Ďalšia fáza vzniká, keď sa stabilizuje základná štruktúra nukleácie. Ďalším krokom je niečo logické a predvídateľné, akonáhle máme základnú štruktúru, vstúpime do procesu rast, pri ktorom sa pozoruje zmena rozmerov jadra. Postupne toto zvýšenie bude mať za následok formovanie tvárí, kým si kryštál nezíska presne stanovený návyk.
Mechanizmus rastu kryštálov
Teória, ktorú vyvinul Volmer, vysvetľuje, ako prebieha rast kryštálu, a ustanovuje, že okolo základnej štruktúry z nukleácie kryštalickej látky je druh absorpčná vrstva, ktorý funguje ako rozhranie a okrem toho podporuje migráciu častíc okolo seba, ktoré sa pohybujú rovnobežne s povrchom. Výsledok tohto procesu je definovaný ako štruktúra definovaná v dvojrozmernej rovine.
Kossel a Straski to určili sami sú potrebné mechanické práce dosiahnuť fixáciu iónu na povrch tejto vrstvy a to závisí od jej polohy.
Vypracovanie modelu, ktorý definuje rast, si vyžaduje predpoveď saturačných zón, kde sa pozoruje vyššia miera zmien (miestne zóny presýtenia). To ukazuje, že k rastu kryštálov dochádza vo vrstvách.
Kryštalizácia ako separačný mechanizmus
Pretože je kryštál tvorený s homogénnou látkou, jeho použitie ako metódy selektívnej separácie látok sa rozšírilo, medzi niekoľkými metódami nižšie vysvetlíme, z čoho pozostávajú tie, ktorých použitie je rozšírenejšie:
- Pridanie nového rozpúšťadla: Ak poznáme povahu produktov, s ktorými manipulujeme, môžeme použiť túto metódu, ktorá v zásade spočíva v pridaní nového rozpúšťadla, ktoré interaguje s rozpúšťadlom, do ktorého je ponorená rozpustená látka, ktorú chceme kryštalizovať. Keď nové rozpúšťadlo selektívne začne interagovať so svojím homológom, rozpustí sa zrazenina, ktorá spustí kryštalizačný proces.
- Chladenie na vysoké koncentrácie rozpustenej látky: Keď máme roztok s vysokou koncentráciou, ktorý bol vyrobený pri vysokých teplotách, a podrobíme ho procesu chladenia, získame stav presýtenia, v ktorom je rozpustené väčšie množstvo rozpustenej látky, ako môže rozpúšťadlo prijať, v tých nových teplotné podmienky. Ak je proces znižovania teploty riadený, môžeme ovplyvniť veľkosť kryštálu, ktorý sa chystáme získať.
- Sublimácia: Táto technika sa môže použiť iba v prípade kryštalických zlúčenín, ktoré vykazujú vysoký tlak pár, a to tak, že premeny z plynnej fázy na tuhú fázu si nevyžadujú prechod cez bod topenia.