Кристаллизация

Кристаллы образуются из растворов, расплавов и паров. В этих неупорядоченных состояниях атомы распределены случайно, но с изменением температуры, давления и концентрации они могут сближаться и располагаться упорядоченно, что характерно для кристаллического состояния.

В качестве примера кристаллизации из раствора рассмотрим образование кристаллов хлористого натрия из водного раствора. Если дать воде испаряться, то раствор будет содержать все больше и больше Na и Cl на единицу объема. В конце концов наступит момент, когда оставшаяся вода не сможет больше удерживать всю соль в растворе, и тогда начнет осаждаться твердая соль. E ли испарение будет очень медленным, то ионы натрия и хлора будут собираться вместе, образуя один или несколько кристаллов с характерными формами и часто с общей ориентировкой. Если испарение быстрое, то возникнет много центров кристаллизации, что обычно приводит к образованию множества мелких беспорядочно ориентированных кристаллов.

Кристаллы также образуются из растворов при уменьшении температуры или давления. Например, горячая вода растворяет больше соли, чем холодная, и если дать горячей воде остыть, то будет достигнута точка, где раствор будет достаточно концентрированным для кристаллизации соли. С другой стороны, чем больше давление, тем больше соли может удерживаться в растворе. Таким образом, понижение давления насыщенного раствора приведет к пересыщению и образованию кристаллов. Следовательно, кристаллы могут образовываться из растворов при испарении растворителя, понижении температуры или уменьшении давления.

Кристаллы образуются из расплава почти тем же путем, что и из раствора. Наиболее знакомым примером кристаллизации из расплава является образование кристаллов льда при замерзании воды. Хотя обычно в этом не отдают отчета, вода, таким образом, является расплавленным льдом. Когда температура достаточно уменьшается, молекулы воды, которые были достаточно свободны для движения в любом направлении в жидком состоянии, становятся неподвижными и располагаются в определенном порядке, образуя твердую кристаллическую массу. Образование изверженных горных пород из расплавленных магм, хотя и более сложное, подобно замерзанию воды. В магме ионы многих элементов присутствуют раздельно. Ho мере остывания магмы различные ионы притягиваются друг к другу, образуя кристаллические ядра различных минералов. В процессе кристаллизации большинство ионов присоединяется к кристаллическим ядрам и образует минеральные зерна остывающей породы.

Хотя кристаллизация из паров менее обычна, чем из растворов или расплавов, основные принципы те же. По мере охлаждения пара диссоциированные атомы или молекулы сближаются, постепенно связываясь в кристаллическое твердое тело. Наиболее знакомый пример этого способа кристаллизации — образование снежинок из воздуха, насыщенного водяным паром.