Chắc chắn bạn đã từng nghe đến pha lê, rất có thể lúc này tâm trí bạn đã hình dung ra một viên kim cương khổng lồ, một viên thạch anh tím hay một viên topaz. Và chắc chắn, nhóm này cũng bao gồm nhiều "Đá quý", nhưng pha lê không phải là một mệnh giá rõ ràng bao hàm lĩnh vực đồ trang sức.
Tinh thể là sản phẩm cuối cùng của một quá trình thú vị được gọi là kết tinh, có đặc điểm là tạo ra một chất rắn đồng nhất được hình thành bởi các "mặt", là các phần nằm trong các mặt phẳng khác nhau.
Đặc điểm của chất rắn từ quá trình kết tinh
Kích thước của tinh thể là một đặc tính có thể thay đổi, trong một loạt các kích thước. Các tinh thể "khổng lồ" có thể được tìm thấy có thể được đo thông qua đơn vị tuyến tính "mét", cũng như chúng ta có thể tìm tinh thể đó phải là được thể hiện dưới dạng "microns", vì kích thước nhỏ của chúng khiến chúng có thể so sánh với các vi sinh vật như vi khuẩn, vốn chỉ có thể quan sát được qua kính hiển vi.
Như đã đề cập, các quá trình kết tinh tạo ra các sản phẩm có độ tinh khiết cao, đó là lý do tại sao chúng tôi đã thiết lập, trước đó trong định nghĩa, các tinh thể đồng nhất: nghĩa là, thành phần của sản phẩm vẫn ở một giá trị không đổi tại bất kỳ điểm nào trong thể tích của chất rắn, điều này cũng ngụ ý rằng các đặc tính vật lý và hóa học không thay đổi trong toàn bộ mảnh và trong trường hợp quan sát thấy sự thay đổi do nhiễu loạn, sự thay đổi sẽ xảy ra trong toàn bộ loài. Chất lượng này làm cho các sản phẩm pha lê có giá trị trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ việc đánh giá cao chất lượng của vật liệu, đến sử dụng quá trình kết tinh như một kỹ thuật để tách các chất.
Các sản phẩm kết tinh cũng có thể được phân lập ở cấp phòng thí nghiệm, thông qua các phản ứng được kiểm soát trong các tổ hợp mô phỏng các quá trình tự phát xảy ra trong tự nhiên. Một trong những ưu điểm chính của các tinh thể thu được trong các quy trình được kiểm soát là chúng có hình dạng đều đặn hơn, hoàn toàn khớp với các hình đa giác có độ chính xác cao hơn.
Trong một tinh thể, chúng ta phải phân biệt các mặt là một phần của thói quen kết tinh thực (đặc điểm hình thái), và dựa vào số lượng của chúng, chúng ta có thể xem xét các hình dạng cơ bản của vật rắn. Thường ở một tinh thể được xác định bởi sự kết hợp của một số hình dạng cơ bản, những cái chính là như sau:
- Pedion: Kính bao gồm một mặt phẳng duy nhất, không có mặt tương đương.
- Pinacoid: Nó được tạo thành từ hai mặt tương đương đối với một trục đối xứng.
- Sphenoid: Hai mặt tương đương tạo nên khối rắn này nằm xung quanh một trục nhị phân.
- Lăng kính: Nó được tạo thành từ các khuôn mặt tương đồng tạo nên một khu vực. Là "diện tích của tinh thể" được định nghĩa là một tập hợp các mặt song song với cùng một phương, tương ứng với một cạnh của cùng một mặt.
Cấu trúc của tinh thể theo quan điểm bên trong có thể được coi là được tạo thành bởi một hệ thống ít nhiều đồng nhất, tuần hoàn và dị hướng của một vật chất hòa tan phát triển cấu trúc tại các điểm khác nhau trong không gian. Trong các đặc tính của tinh thể, sự quan tâm luôn được khơi dậy bởi thực tế rằng mỗi điểm có một sự lặp lại thường xuyên trong không gian bị chiếm bởi vật liệu. Trong tinh thể học, hiện tượng ảnh hưởng đến hành động này được gọi là dịch.
Quá trình kết tinh
Để xảy ra sự kết tinh, chúng ta phải bắt đầu từ một chất có thể được phân loại là "Tinh thể", và điều này được xác định bởi vì các hạt tạo nên nó, cho dù chúng có bản chất nguyên tử, phân tử hay ion, đều có các tính chất đồng nhất, tuần hoàn và đối xứng.
Toàn bộ quá trình được kích hoạt khi tại một thời điểm nào đó trong chất kết tinh, các hạt bắt đầu tổ chức lại, trong một giai đoạn được gọi là sự tạo mầm. Toàn bộ quá trình này bao gồm, ngoài sự thay đổi rõ ràng về thứ tự của các hạt, một quá trình thay đổi trong các điều kiện nhiệt động lực học, được định hướng để bù đắp các nhiễu tạo ra bởi sự thay đổi năng lượng tự do Gibbs, được đánh dấu bằng ba sự kiện:
- Sự thay đổi năng lượng hóa học.
- Sự tạo ra một mặt phân cách giữa vùng tạo mầm và phần còn lại của pha đồng nhất.
- Sự thay đổi về khối lượng và hình dạng mà quá trình này liên quan đến gây ra căng thẳng.
Giai đoạn tiếp theo bắt đầu, khi cấu trúc cơ sở tạo mầm ổn định. Bước tiếp theo là một cái gì đó logic và có thể dự đoán được, một khi chúng ta có cấu trúc cơ bản, chúng ta sẽ bước vào một quá trình tăng trưởng, trong đó sự thay đổi về kích thước của hạt nhân được quan sát thấy. Từng chút một, sự gia tăng này sẽ dẫn đến việc hình thành các khuôn mặt, cho đến khi tinh thể có được một thói quen rõ ràng.
Cơ chế phát triển tinh thể
Lý thuyết được phát triển bởi Volmer giải thích sự phát triển của một tinh thể diễn ra như thế nào, thiết lập rằng, xung quanh cấu trúc cơ bản từ sự tạo mầm của chất tinh thể, một loại lớp hấp thụ, hoạt động như một giao diện, và thêm vào đó, nó thúc đẩy sự di chuyển của các hạt xung quanh nó, chúng di chuyển song song với bề mặt. Kết quả của quá trình này được định nghĩa là một cấu trúc được xác định trong một mặt phẳng hai chiều.
Về phần mình, Kossel và Straski, xác định rằng công việc cơ khí là bắt buộc để đạt được sự cố định của một ion trên bề mặt của lớp này, và nó phụ thuộc vào vị trí của nó.
Việc phát triển một mô hình xác định tăng trưởng đòi hỏi phải có dự báo về các vùng bão hòa, nơi quan sát thấy tỷ lệ thay đổi cao hơn (các vùng siêu bão hòa cục bộ). Điều này cho thấy sự phát triển tinh thể xảy ra theo từng lớp.
Kết tinh như một cơ chế phân tách
Vì tinh thể được tạo thành với một chất đồng nhất, việc sử dụng nó như một phương pháp phân tách chọn lọc các chất đã được mở rộng, trong số một số phương pháp, dưới đây, chúng tôi sẽ giải thích những gì mà việc sử dụng nó phổ biến hơn bao gồm:
- Thêm dung môi mới: Nếu chúng ta biết bản chất của sản phẩm chúng ta đang xử lý, chúng ta có thể áp dụng phương pháp này, về cơ bản bao gồm việc thêm một dung môi mới tương tác với dung môi mà chất tan mà chúng ta muốn kết tinh được ngâm vào. Khi dung môi mới bắt đầu tương tác chọn lọc với chất tương đồng của nó, chất tan kết tủa, bắt đầu quá trình kết tinh.
- Làm lạnh đến nồng độ chất tan cao: Khi chúng ta có một dung dịch có nồng độ cao, được tạo ra ở nhiệt độ cao, và chúng ta đưa nó vào quá trình làm lạnh, chúng ta sẽ có được điều kiện siêu bão hòa, trong đó một lượng chất tan lớn hơn được hòa tan so với dung môi có thể chấp nhận, trong những điều kiện nhiệt độ. Nếu quá trình giảm nhiệt độ được thực hiện một cách có kiểm soát, chúng ta có thể ảnh hưởng đến kích thước của tinh thể mà chúng ta sẽ thu được.
- Thăng hoa: Kỹ thuật này chỉ có thể được áp dụng trong các hợp chất tinh thể có áp suất hơi cao, theo cách mà quá trình chuyển đổi từ pha khí sang thể rắn không yêu cầu phải đi qua điểm nóng chảy.