Kristalų auginimas

Kietos neorganinės medžiagos, su kuriomis susiduriame gamtoje, buityje ar laboratorijoje, dažniausiai būna kristalinės.

Nors nuo pirmojo kristalinės užuomazgos susidarymo aprašymo praėjo beveik 300 metų (farengeitas 1724 m), bendri kristalų augimo dėsningumai suformuluoti tik praeito šimtmečio septintame dešimtmetyje.

Kristalų augimas nepriklausomai nuo to, iš kokios fazės (kietos, skystos ar dujinės) vyksta kristalizacija, yra dviejų elementarių procesų: submikroninio dydžio kristalinės užuomazgos, galinčios toliau augti, susidarymas ir šios užuomazgos didėjimas iki makroskopinio kristalo. Todėl pirmiausia reikėtų aptarti užuomazgų susidarymo termodinamines sąlygas.

Panagrinėkime fazinio virsmo garai-kristalas (. pav. ) fazinę p-t diagramą, kur p - garų slėgis, t - temperatūra. Tokia fazinė diagrama atskiria garų ir kristalinę būsenas. Jei šaldysim garus nuo jų pradinio būvio (taškas a) iki temperatūros t1, tai taške b garai ir kieta fazė bus pusiausvyroje. Šaldant toliau, pereiname į sritį, kur garai jau yra kur po – prisotintų garų slėgis. Tokia garų būsena yra nestabili. Nesant kristalo, kuris būtų kristalo augimo užuomazga, prasideda spontaniškas užuomazgų susidarymas iš garų fazės, jei dp dydis yra pakankamas tiriamai medžiagai. Jei temperatūra bus pastovi, tai fazinis virsmas vyks kreive cd ir persotinimas artės prie nulio.

Visiškai analogiška situacija bus ir šaldant lydalą, tik nagrinėjama fazinė bus c-t diagrama, c-tirpalo koncentracija (tik jei apie garų fazę sakome persotinta, tai aptariant lydalą, skurie vadinami persotinimo koeficientais. Persotinimo koeficientas ir lydalo peršaldymas charakterizuoja kristalizacijos pradžią ir vadinami kritiniais.

Pirmą kartą dar 1724 m. Kristalizacijos reiškinį aprašė farengeitas, stebėjęs vandens ledėjimą. Vėliau buvo stebėta kristalizacija iš persotintų vandeninių neorganinių druskų tirpalų, bet retai šį reiškinį pavykdavo atkartoti, ir apie 200 metų besitęsiantys eksperimentai neturėjo tinkamo paaiškinimo. Xix amžiaus pabaigoje l. Pasteur (pasteras) tirdamas bakterijas, pastebėjo, kad bakterijos patekusios į palankias sąlygas, pradeda daugintis. Tai ir buvo kristalizacijos mokslo pradžia – kietojo kūno dalelės, patekusios į prisotintą tirpalą, inicijuoja kristalinės medžiagos augimą. 1876 m. J. W. Gibbs sukūrė teorinius pamatus, kurių pagrindinė tezė yra ta, kad kristalo užuomazgų atsiradimui būtinas tirpalo persotinimas. Vėliau šią problemą nagrinėjo folmeris.