Със сигурност някога сте чували за кристали, вероятно в този момент умът ви е визуализирал огромен диамант, аметист или топаз. И със сигурност тази група включва и много от добре познатите "Скъпоценни камъни", но кристалът не е деноминация, която ясно обхваща областта на бижутата.
Кристалът е крайният продукт на интересен процес, известен като кристализация, който се характеризира с получаване на хомогенно твърдо вещество, образувано от "лица", които са части, разположени в различни равнини.
Характеристики на твърдото вещество от кристализация
Размерът на кристала е променлива характеристика в широк диапазон от размери. Могат да бъдат намерени "огромни" кристали, които можем да измерим чрез линейната единица "метър", както и ние намерете кристали това трябва да бъде изразено в "микрони", тъй като малкият им размер ги прави сравними с микроорганизми като бактерии, които се наблюдават само чрез микроскопа.
Както споменахме, кристалните процеси водят до продукти с висока чистота, затова установихме, по-рано в дефиницията, че кристалите са хомогенни: т.е. съставът на продукта остава на постоянна стойност във всяка точка от обема на твърдото вещество, което също така означава, че физическите и химичните характеристики остават непроменени в цялата част и в случай на наблюдение на вариация поради нарушение, промяната ще се случи в целия вид. Това качество прави кристалите ценни продукти в различни области, вариращи от оценката на качеството на материала, до използване на процеса на кристализация като техника за разделяне на веществата.
Кристалните продукти могат да бъдат изолирани и на лабораторно ниво, чрез контролирани реакции в комплекти, които подражават на спонтанните процеси, които се случват в природата. Едно от основните предимства на кристалите, получени при контролирани процеси, е, че те представят по-правилни форми, които напълно отговарят на многоъгълните фигури с по-голяма точност.
В кристал трябва да различаваме лицата, които са част от истинския кристален навик (морфологични характеристики), и въз основа на броя им можем да разгледаме основните форми на твърдото вещество. Обикновено в кристалът се определя от комбинацията от няколко основни форми, основните от които са следните:
- Педион: Стъкло, състоящо се от една плоска повърхност, без еквиваленти.
- Пинакоид: Състои се от две лица, еквивалентни една на друга по отношение на оста на симетрия.
- Сфеноид: Двете еквивалентни лица, които изграждат това твърдо тяло, лежат около двоична ос.
- Призма: Състои се от хомоложни лица, които съставляват зона. Като "площ на кристал", дефинирана като набор от лица, успоредни на една и съща посока, съответстваща на ръб на същия.
Структурата на кристалите от вътрешна гледна точка може да се счита за съставена от повече или по-малко хомогенна, периодична и анизотропна система от разтворен материал, който развива структура в различни точки от пространството. В рамките на характеристиките на кристалите интересът винаги е бил предизвикан от факта, че всяка точка имайте редовно повторение в пространството, заето от материала. В кристалографията се нарича явлението, което влияе на това действие превод.
Процес на кристализация
За да настъпи кристализация, трябва да започнем от вещество, което може да бъде класифицирано като "Кристален", и това се определя, защото частиците, които го съставят, независимо дали са от атомна, молекулярна или йонна природа, имат свойства на хомогенност, периодичност и симетрия.
Целият процес се активира, когато в някакъв момент от кристалното вещество частиците започнат да се реорганизират, в етап, известен като зародиш. Целият този процес включва, освен очевидната промяна в реда на частиците, и процес на промяна в термодинамичните условия, които са ориентирани към компенсиране на смущенията, генерирани от промяната в свободната енергия на Гибс, която е маркирана с три събития:
- Промяната в химическата енергия.
- Създаването на интерфейс между зоната на нуклеация и останалата част от хомогенната фаза.
- Разликата в обема и формата, която този процес включва, предизвиква напрежение.
Следващата фаза възниква, когато структурата на нуклеационната основа се стабилизира. Следващата стъпка е нещо логично и предсказуемо, след като имаме основната структура, ще влезем в процес crecimiento, при който се наблюдава промяна в размерите на ядрото. Малко по малко това увеличение ще доведе до образуване на лица, докато кристалът придобие добре дефиниран навик.
Механизъм на растеж на кристали
Теорията, разработена от Волмер, обяснява как се извършва растежът на кристал, установявайки, че около основната структура от зародиша на кристалното вещество, вид абсорбиращ слой, който действа като интерфейс и в допълнение към това, насърчава миграция на частици около него, които се движат успоредно на повърхността. Резултатът от този процес се дефинира като структура, дефинирана в двумерна равнина.
От своя страна Косел и Страски определиха това необходима е механична работа за постигане на фиксиране на йон към повърхността на този слой и че това зависи от неговото положение.
Разработването на модел, който определя растежа, изисква прогнозата за зоните на насищане, където се наблюдава по-висока скорост на промяна (локални зони на пренасищане). Това показва, че растежът на кристалите се извършва на слоеве.
Кристализацията като механизъм за разделяне
Тъй като кристалът се образува с хомогенно вещество, неговото използване като метод за селективно разделяне на веществата е разширено, сред няколко метода, по-долу, ще обясним от какво се състоят тези, чието използване е по-широко разпространено:
- Добавяне на нов разтворител: Ако знаем естеството на продуктите, с които работим, можем да приложим този метод, който основно се състои в добавяне на нов разтворител, който взаимодейства с разтворителя, в който е потопено разтвореното вещество, което искаме да кристализира. Когато новият разтворител започне селективно да взаимодейства с неговия хомолог, разтвореното вещество се утаява, инициирайки процеса на кристализация.
- Охлаждане до високи концентрации на разтвореното вещество: Когато имаме разтвор с висока концентрация, който е направен при високи температури, и го подлагаме на процес на охлаждане, получаваме състояние на пренасищане, при което се разтваря по-голямо количество разтворено вещество, отколкото разтворителят може да приеме, в тези нови температурни условия. Ако процесът на намаляване на температурата се извършва по контролиран начин, можем да повлияем на размера на кристала, който ще получим.
- Сублимация: Тази техника може да се прилага само в кристални съединения, които представят високо налягане на парите, по такъв начин, че трансформациите от газова фаза в твърда не изискват преминаването през точката на топене.