, larutan, meleleh, dari suatu zat dalam keadaan kristal atau amorf lain.
Kristalisasi dimulai ketika kondisi pembatas tertentu tercapai, misalnya, pendinginan berlebih cairan atau supersaturasi uap, ketika kristal kecil - "inti", pusat kristalisasi, muncul hampir bersamaan dalam banyak kristal. Mikrokristal tumbuh dengan menempelkan atom atau molekul baru dari lelehan, cairan, atau uap di sekitarnya ke permukaannya. Pertumbuhan permukaan kristal terjadi lapis demi lapis, tepi lapisan atom yang tidak lengkap (tahap pertumbuhan) selama kristalisasi bergerak di sepanjang permukaan dalam bidang yang berurutan satu demi satu. Tergantung pada laju dan kondisi pertumbuhan, proses kristalisasi mengarah pada pembentukan berbagai bentuk pertumbuhan (polihedral, pipih, acicular, filiform, skeletal, dendritik, dan bentuk lainnya) dan struktur kristal internal (zonal, sektoral, blok, dan lainnya). struktur). Dengan kristalisasi yang cepat, berbagai cacat internal kisi kristal pasti muncul.
Jika kristal tidak meleleh, tidak larut, tidak menguap dan tidak tumbuh, maka kristal tersebut berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan medium induk (meleleh, larutan atau uap). Kesetimbangan kristal dengan lelehan zat yang sama hanya mungkin pada suhu leleh, dan keseimbangan dengan larutan dan uap - jika yang terakhir jenuh. Supersaturasi atau supercooling medium adalah kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan kristal di dalamnya, dan laju pertumbuhan kristal semakin besar, semakin besar penyimpangan dari kondisi kesetimbangan PT.
Kristalisasi adalah fase transisi suatu zat dari keadaan medium induk yang sangat dingin (supersaturated) menjadi senyawa kimia kristal dengan energi bebas yang lebih rendah. Kelebihan energi yang dihasilkan selama kristalisasi dilepaskan dalam bentuk panas laten. Sebagian dari panas ini dapat diubah menjadi kerja mekanis. Misalnya, kristal yang tumbuh dapat mengangkat beban yang diletakkan di atasnya, mengembangkan tekanan kristalisasi (berbeda untuk mineral yang berbeda, dalam beberapa kasus dapat diperkirakan puluhan kg/cm2). Secara khusus, antholith dari mineral lunak seperti gipsum dapat mengangkat potongan batu dengan berat beberapa kg. Contohnya juga dikenal luas dengan antholit es yang mampu mendorong tanah beku atau mengangkat benda berat. Dan kristal garam yang terbentuk di celah-celah bendungan beton di air laut terkadang menyebabkan beton runtuh.
Media yang sangat dingin dapat mempertahankan untuk waktu yang lama, tanpa mengkristal, keadaan metastabil yang tidak stabil. Namun, ketika pendinginan media kritis tertentu, yang sangat penting untuk kondisi tertentu, tercapai, banyak kristal benih kecil langsung muncul di dalamnya. Kristal yang dihasilkan tumbuh dan, jika pendinginan berkurang, inti baru, sebagai suatu peraturan, tidak lagi muncul. Banyak juga tergantung pada keberadaan fase atau partikel yang aktif secara energetik yang dapat memainkan peran "benih" yang memicu timbulnya kristalisasi.
Plasma, serta dari zat amorf atau kristal dari struktur yang berbeda. Dalam proses kristalisasi, atom, molekul atau ion suatu zat berbaris dalam kisi kristal. Kristalisasi adalah transisi fase non-kesetimbangan orde 1. Kondisi kesetimbangan kristal dengan medium (meleleh, uap, larutan, dll.) didefinisikan sebagai kesetimbangan fase dari keadaan agregat suatu zat selama transisi fase dari jenis pertama: kesetaraan suhu, tekanan, dan kimia potensi. Kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan kristal adalah penyimpangan dari kesetimbangan, ditentukan oleh pendinginan berlebih (perbedaan suhu dari kesetimbangan) dan supersaturasi (perbedaan tekanan atau konsentrasi dari nilai kesetimbangan). Gaya pendorong termodinamika transisi fase semakin tinggi, semakin besar penyimpangan dari kesetimbangan. Transisi suatu zat ke fase kristal disertai dengan pelepasan panas laten kristalisasi, dan jika panas ini tidak sepenuhnya dihilangkan, penyimpangan dari kesetimbangan dapat berkurang dan prosesnya melambat. Sebagai transisi fase dari jenis kristalisasi pertama, ini disertai dengan lonjakan volume spesifik relatif terhadap fase awal, dan ini dapat menyebabkan perubahan tekanan dalam sistem kristalisasi. Dengan demikian, kristalisasi adalah proses kompleks perpindahan panas dan massa, yang dikendalikan oleh faktor termodinamika dan kinetik. Banyak dari mereka yang sulit dikendalikan. Tingkat kemurnian, suhu dan konsentrasi komponen di sekitar batas fase, pencampuran, perpindahan panas dapat menjadi faktor utama yang menentukan ukuran, jumlah dan bentuk kristal yang dihasilkan.
Pusat kristalisasi. Proses kristalisasi terdiri dari dua tahap: nukleasi pusat kristalisasi dan pertumbuhan kristal. Tahap awal - nukleasi pusat kristalisasi - adalah pembentukan cluster dengan karakteristik urutan kristal. Tetapi terkadang strukturnya mungkin berbeda dari struktur kristal makroskopik yang stabil. Pembentukan gugus seperti itu dalam cairan atau gas murni terjadi di bawah titik leleh kristal masif sebagai akibat dari tumbukan acak selama gerakan termal atom atau molekul. Pada suhu di bawah kesetimbangan, asosiasi partikel ke dalam kluster kristal menguntungkan secara termodinamika, tetapi penampilan permukaan barunya membutuhkan energi, yang merupakan hambatan untuk nukleasi pusat kristalisasi. Semakin kecil cluster, semakin besar fraksi partikel yang membentuk permukaannya. Oleh karena itu, pada ukuran kecil, sebagian besar kluster pecah karena fluktuasi energi vibrasi partikel. Saat cluster tumbuh, fraksi energi permukaan berkurang sehubungan dengan energi massal asosiasi partikel, yang meningkatkan stabilitas cluster. Pada kejenuhan tertentu, ada ukuran kritis, di atas mana klaster mampu tumbuh lebih lanjut dan menjadi pusat kristalisasi.
Karakteristik numerik dari intensitas nukleasi pusat kristalisasi adalah frekuensi nukleasi (nukleasi) - jumlah pusat yang muncul per satuan waktu per satuan volume medium. Teori yang ada menjelaskan ketergantungan suhu dari frekuensi nukleasi dan menghubungkannya dengan parameter medium di mana pusat kristalisasi terbentuk. Untuk cairan dengan viskositas rendah, misalnya, untuk sebagian besar logam cair, teori memprediksi pendinginan super besar, di mana nukleasi spontan pusat kristalisasi harus diamati. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam pendinginan super, frekuensi nukleasi meningkat dengan cepat, mencapai maksimum pada suhu yang kira-kira sama dengan sepertiga suhu kesetimbangan kristal dengan lelehan. Penurunan cepat dalam frekuensi nukleasi pusat kristalisasi pada suhu yang bahkan lebih rendah disebabkan oleh perlambatan gerakan termal dan peningkatan viskositas yang kuat. Untuk cairan yang lebih kental, frekuensi maksimum digeser ke sub-pendinginan yang lebih rendah, dan nilai frekuensi itu sendiri jauh lebih rendah.
Karena banyak parameter teori yang diketahui dengan akurasi yang tidak memadai untuk perhitungan, data eksperimen memainkan peran penting. Perkiraan kondisi ideal dicapai dengan menggunakan tetesan kecil cairan dengan diameter dari beberapa mikrometer hingga nanometer dalam percobaan. Nukleasi spontan membutuhkan penyimpangan besar dari kesetimbangan, dan pusat kristalisasi dicirikan oleh ukuran kritis orde satu nanometer. Misalnya, untuk lelehan logam murni, suhu nukleasi spontan pusat kristalisasi yang diamati dalam percobaan adalah 30-50% dari suhu leleh. Banyak silikat yang meleleh, ketika didinginkan, umumnya mengeras tanpa kristalisasi, membentuk gelas. Telah dibuktikan secara eksperimental bahwa dalam cairan kental proses nukleasi pusat kristalisasi adalah nonstasioner. Ini berarti bahwa frekuensi nukleasi pusat kristalisasi, yang merupakan karakteristik dari penyimpangan tertentu dari kesetimbangan, muncul hanya setelah waktu tunda berlalu, yang bisa sangat besar, sebanding dengan atau bahkan melebihi waktu pendinginan sampel. Lelehan logam dicirikan oleh viskositas yang jauh lebih rendah, dan penekanan nukleasi spontan pusat kristalisasi untuk beberapa paduan hanya dimungkinkan dengan pendinginan yang sangat cepat (pada kecepatan lebih dari 106 K/s). Ini mendasari teknologi untuk memproduksi logam amorf. Stabilitas keadaan amorf dipastikan dengan perlambatan yang kuat dari pertukaran atom antara kristal dan medium pada suhu rendah. Dimungkinkan untuk mengamati kristalisasi keadaan amorf yang diperoleh dengan cara ini selama pemanasan, meningkatkan intensitas gerakan termal, dan panas laten dari transisi fase yang dilepaskan dalam kasus ini dapat secara signifikan mengintensifkan proses, yang selanjutnya meningkatkan suhu. Untuk beberapa zat (germanium, silikon, es amorf), kristalisasi eksplosif dari keadaan amorf diamati.
Dalam media yang tercemar, pusat kristalisasi muncul pada partikel kristal asing dengan penyimpangan yang jauh lebih kecil dari kesetimbangan. Frekuensi nukleasi pusat kristalisasi dalam kasus seperti itu juga tergantung pada bahan dinding bejana dan efek radiasi. Kristal germinal pada permukaan orientasi yang dapat dibasahi dengan baik kira-kira berbentuk kubah; Oleh karena itu, nukleasi heterogen dari pusat kristalisasi terjadi pada pendinginan yang lebih rendah. Nukleasi heterogen terkontrol dari pusat kristalisasi digunakan, misalnya, dalam produksi epitaxial film kristal tunggal. Ketika menumbuhkan kristal tunggal sempurna yang besar yang mengandung jumlah cacat seminimal mungkin pada pusat kristalisasi benih, perlu untuk menghindari munculnya inti spontan. Untuk melakukan ini, gunakan penyimpangan kecil dari kondisi keseimbangan. Dalam metalurgi, ketika memperoleh bahan kristal, mereka berusaha untuk mendapatkan jumlah maksimum pusat kristalisasi, di mana pendinginan leleh yang dalam dibuat.
Mekanisme pertumbuhan kristal. Tergantung pada apakah permukaan kristal halus atau kasar pada skala atom, dua mekanisme pertumbuhan kristal dibedakan: berlapis dan normal. Permukaan yang halus secara atom biasanya sesuai dengan permukaan yang paling berkembang dengan indeks kristalografi sederhana. Mereka mengandung sejumlah kecil cacat: kekosongan dan atom teradsorpsi. Tepi bidang atom yang tidak lengkap membentuk anak tangga (Gbr. 1), yang, pada gilirannya, memiliki sedikit kekusutan. Tindakan dasar pertumbuhan kristal terdiri dari menempelkan partikel baru ke patahan dan tidak mengubah energi permukaan. Perlekatan partikel yang berurutan pada rekahan menyebabkan pergerakannya di sepanjang anak tangga, dan langkah di sepanjang permukaan - pertumbuhan seperti itu disebut lapis demi lapis. Kepadatan langkah selama pertumbuhan lapis demi lapis tergantung pada mekanisme generasinya. Langkah-langkah dapat muncul sebagai akibat dari pembentukan dan pertumbuhan inti dua dimensi. Proses pembentukan inti dua dimensi yang mampu tumbuh lebih lanjut pada permukaan yang halus secara atom memiliki beberapa analogi dengan pembentukan pusat kristalisasi dalam cairan. Inti dua dimensi juga memiliki ukuran kritis, mulai dari mana ia mampu tumbuh lebih lanjut. Ketika inti dua dimensi digabungkan, hambatan untuk pengembangannya pada ukuran kecil adalah pengeluaran kerja pada energi linier kelilingnya. Tetapi dengan bertambahnya ukuran, fraksi energi linier dari perimeter menjadi lebih kecil dan lebih kecil, dan, mulai dari ukuran kritis tertentu, inti dua dimensi menjadi pusat pertumbuhan langkah baru. Frekuensi pembentukan inti dua dimensi sangat rendah untuk penyimpangan kecil dari keseimbangan, dan laju pertumbuhan yang ditentukan oleh inti dua dimensi juga rendah. Tingkat pertumbuhan yang nyata dengan mekanisme pembentukan langkah ini dimulai pada pendinginan super yang nyata dan meningkat sangat kuat (secara eksponensial) dengan peningkatannya. Mekanisme generasi langkah lainnya dikaitkan dengan dislokasi sekrup. Jika kristal mengandung dislokasi ulir, maka pertumbuhannya terjadi dengan menempelkan atom ke ujung langkah yang berakhir di dislokasi (Gbr. 2a). Ketika tumbuh pada dislokasi sekrup, langkah tersebut memperoleh bentuk spiral (Gbr. 2b), dan laju pertumbuhan yang nyata meningkat dengan pendinginan super menurut hukum kuadrat dan diamati sudah pada penyimpangan kecil dari keseimbangan.
Pada permukaan yang kasar secara atomik (Gbr. 3), kerapatan ketegarannya tinggi, dan penambahan partikel baru ke kristal terjadi hampir di setiap titik di permukaannya. Pertumbuhan ini disebut normal. Kecepatannya meningkat secara linier dengan pendinginan super. Teori pertumbuhan kristal menghubungkan kerapatan pengepakan permukaan kristal dengan energi ikat antara partikel permukaan kristal dan panas kristalisasi. Dipercaya bahwa jika energi ikatnya cukup tinggi, semua permukaan yang rapat akan halus. Ini adalah karakteristik kristal yang tumbuh dari uap. Panas kristalisasi lelehan, sebagai suatu peraturan, jauh lebih rendah daripada panas kristalisasi dari uap, oleh karena itu, energi ikat partikel dalam kristal lebih rendah dibandingkan dengan lelehan daripada dibandingkan dengan uap. Dalam hal ini, permukaan kristal yang tumbuh dari lelehan biasanya kasar, yang menentukan pertumbuhan normal dan pembentukan wajah bulat. Transisi dari kekasaran ke faceting dimungkinkan dengan perubahan konsentrasi dalam sistem dua komponen selama pertumbuhan kristal dari larutan. Dalam kristal germanium dan silikon yang tumbuh dari lelehan, seseorang dapat mengamati koeksistensi permukaan datar dan bulat.
Bentuk pertumbuhan kristal ditentukan oleh sifat anisotropi dan kondisi perpindahan panas dan massa selama kristalisasi. Kristal dengan permukaan kasar biasanya berbentuk bulat. Ketika kristal seperti itu ditumbuhkan, karena laju proses permukaan yang tinggi, pendinginan super pada batas dengan lelehan menjadi kecil dan permukaan yang tumbuh mengulangi bentuk isoterm medan suhu dalam sistem pada suhu kesetimbangan. Permukaan yang halus secara atomik muncul sebagai wajah. Bentuk kesetimbangan dari polihedron kristal sedemikian rupa sehingga jarak dari pusat ke setiap permukaan sebanding dengan besarnya energi permukaannya. Bentuk ekuilibrium juga merupakan bentuk pertumbuhan stasioner, tetapi dalam proses pertumbuhan nyata dapat sangat terdistorsi karena ketidakstabilan permukaan pertumbuhan di bawah pendinginan yang terbatas (bukan sangat kecil) dan pengaruh pengotor.
Jika lelehan sangat didinginkan dan suhu dalam lelehan berkurang dengan jarak dari bagian depan pertumbuhan, maka pertumbuhannya tidak stabil: tonjolan yang muncul secara acak pada permukaan kristal jatuh ke wilayah pendinginan yang lebih besar, dan laju pertumbuhannya meningkat. Ketidakstabilan seperti itu untuk bagian depan kristalisasi datar mengarah pada pembentukan struktur pita atau seluler kristal (Gbr. 4). Dengan pertumbuhan kristal kecil, ketidakstabilan ini memanifestasikan dirinya mulai dari ukuran kristal tertentu. Ini mengembangkan tonjolan dan memperoleh bentuk kerangka atau dendritik, yang ditandai dengan munculnya cabang sekunder setelah tonjolan primer mencapai panjang kritis (Gbr. 5). Pertumbuhan kristal segi besar dari larutan tidak bergerak juga bisa tidak stabil. Supersaturasi dalam hal ini lebih tinggi di simpul dan tepi kristal dan lebih sedikit di bagian tengah wajah. Oleh karena itu, simpul menjadi sumber utama pertumbuhan lapisan. Dengan perbedaan besar dalam supersaturasi di simpul dan di tengah wajah, simpul menyusul pusat wajah, dan bentuk kerangka kristal muncul (Gbr. 6). Pada suhu tertentu dalam sistem dua komponen, kesetimbangan dapat terjadi untuk komposisi kristal dan lelehan yang berbeda. Selama pertumbuhan kristal, salah satu komponen terakumulasi di depan depan, menyebabkan supercooling konsentrasi, dan ini sering menyebabkan ketidakstabilan bagian depan pertumbuhan.
Wajah kristal yang berbeda selama pertumbuhan menangkap jumlah pengotor yang berbeda yang terkandung dalam media. Begitulah struktur sektoralnya muncul. Jika kristal menangkap pengotor dengan buruk, ia menumpuk di depan bagian depan pertumbuhan. Penangkapan periodik lapisan batas ini oleh kristal yang tumbuh mengarah pada pembentukan struktur zona (Gbr. 7). Penangkapan pengotor menyebabkan perubahan parameter kisi kristal, dan tekanan internal muncul pada batas-batas wilayah dengan komposisi yang berbeda, yang mengarah pada pembentukan dislokasi dan retakan. Dislokasi timbul sebagai akibat relaksasi tegangan elastis dalam kristal yang dipanaskan secara tidak merata, atau dapat berpindah dari benih ke kristal yang sedang tumbuh.
Kristalisasi massal - pertumbuhan simultan banyak kristal, banyak digunakan dalam industri. Sifat ingot dan coran selama kristalisasi lelehan metalurgi sangat bergantung pada jumlah pusat kristalisasi dan kondisi pertumbuhannya. Selama pemadatan coran logam, pusat kristalisasi muncul pertama kali di dinding cetakan yang didinginkan, di mana logam cair dituangkan. Dari kristal berorientasi acak, mereka yang tumbuh tegak lurus ke dinding bertahan. Mereka membentuk zona kolumnar di dekat dinding. Arus konveksi dalam lelehan dapat memutuskan cabang dendritik, memasok pusat kristalisasi sekunder ke lelehan. Kristalisasi massal dalam larutan dimulai di pusat kristalisasi heterogen atau pada kristal benih yang diperkenalkan secara khusus. Tumbukan kristal-kristal ini satu sama lain dan dengan dinding bejana dalam larutan yang diaduk menimbulkan pusat kristalisasi sekunder. Untuk membuat pusat kristalisasi tambahan, penghancuran kristal ultrasonik yang tumbuh atau penambahan surfaktan digunakan. Kristalisasi massal juga digunakan untuk memurnikan zat dari kotoran.
Aplikasi kristalisasi. Di alam, kristalisasi mengarah pada pembentukan mineral, es, memainkan peran penting dalam banyak proses biologis. Kristalisasi juga terjadi pada beberapa reaksi kimia, dalam proses elektrolisis. Ini mendasari banyak proses teknologi: dalam metalurgi, dalam produksi bahan untuk elektronik dan optik. Kristal tunggal besar dan film tipis diperoleh dengan kristalisasi. Kristalisasi banyak digunakan dalam industri kimia, makanan, dan medis: dalam teknologi pemurnian zat, dalam produksi garam, gula, dan obat-obatan.
Lit.: Shubnikov A.V. Pembentukan kristal. M.; L., 1947; Lemmlein GG Morfologi dan genesis kristal. M., 1973; Lodiz R. A., Parker R. L. Pertumbuhan kristal tunggal. M., 1974; Masalah kristalografi modern. M., 1975; kristalografi modern. M., 1980. T.3; Chernov A.A. Fisika Kristalisasi. M., 1983; Geguzin Ya. E., Kaganovsky Yu. S. Proses difusi pada permukaan kristal. M., 1984; Skripov VP, Koverda VP Kristalisasi spontan dari cairan superdingin. M., 1984; Masalah kristalografi. M., 1987; Chuprunov E. V., Khokhlov A. F., Faddeev M. A. Kristalografi. M, 2000.
Air bukan hanya salah satu yang paling penting, tetapi juga fenomena paling menakjubkan di planet kita.
Diketahui bahwa hampir semua zat yang berasal dari alam atau buatan dapat berada dalam keadaan agregasi yang berbeda dan mengubahnya tergantung pada kondisi lingkungan. Dan meskipun para ilmuwan mengetahui lebih dari selusin keadaan fase, beberapa di antaranya hanya dapat diperoleh di dalam laboratorium, hanya tiga keadaan seperti itu yang paling sering ditemukan di alam: cair, padat, dan gas. Air dapat berada di ketiga kondisi ini, berpindah dari satu ke yang lain dalam kondisi alami.
Air dalam keadaan cair memiliki molekul terikat longgar yang bergerak konstan dan mencoba mengelompok menjadi suatu struktur, tetapi tidak dapat melakukannya karena panas. Dalam bentuk ini, air benar-benar dapat mengambil bentuk apa pun, tetapi tidak dapat menahannya sendiri. Ketika dipanaskan, molekul-molekul mulai bergerak lebih cepat, mereka menjauh satu sama lain, dan ketika air secara bertahap berubah menjadi gas, yaitu berubah menjadi uap air, ikatan antara molekul akhirnya putus. Ketika air terkena suhu rendah, pergerakan molekul sangat melambat, ikatan molekul menjadi sangat kuat, dan molekul, yang tidak lagi terganggu oleh panas, tersusun menjadi kristal. 
struktur heksagonal. Kita semua telah melihat segi enam serupa jatuh ke tanah dalam bentuk kepingan salju. Proses mengubah air menjadi es disebut kristalisasi atau solidifikasi. Dalam keadaan padat, air dapat mempertahankan bentuk apa pun untuk waktu yang lama.
Proses kristalisasi air dimulai pada suhu 0 derajat Celcius yang memiliki 100 satuan. Sistem pengukuran ini digunakan di banyak negara Eropa dan di CIS. Di Amerika, suhu diukur menggunakan skala Fahrenheit, yang memiliki 180 divisi. Melalui itu, air berpindah dari keadaan cair ke keadaan padat pada 32 derajat.
Namun, air tidak selalu membeku pada suhu ini, sehingga air yang sangat murni dapat didinginkan hingga suhu -40 ° C dan tidak akan membeku. Faktanya adalah bahwa dalam air yang sangat murni tidak ada kotoran yang menjadi dasar untuk membangun struktur kristal. Kotoran yang melekat pada molekul dapat berupa partikel debu, garam terlarut, dll.
Fitur air adalah kenyataan bahwa sementara zat lain dikompresi saat membeku, sebaliknya, mengembang ketika berubah menjadi es. Ini terjadi karena ketika air berpindah dari cair ke padat, jarak antara molekulnya sedikit meningkat. Dan karena es memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada air, ia mengapung di permukaannya.
Berbicara tentang pembekuan air, orang tidak dapat tidak menyebutkan fakta menarik bahwa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin, tidak peduli betapa paradoksnya kedengarannya. Fenomena ini diketahui pada zaman Aristoteles, tetapi baik filsuf terkenal maupun pengikutnya tidak berhasil mengungkap misteri ini dan fenomena itu dilupakan selama bertahun-tahun. Mereka mulai membicarakannya lagi hanya pada tahun 1963, ketika Erasto Mpemba, seorang mahasiswa dari Tanzania, memperhatikan bahwa ketika membuat es krim, kelezatan yang terbuat dari susu hangat lebih cepat mengeras. Anak laki-laki itu memberi tahu guru fisikanya tentang hal ini, tetapi dia menertawakannya. Hanya pada tahun 1969, setelah bertemu dengan profesor fisika Dennis Osborne, pemuda itu dapat menemukan konfirmasi dugaannya, setelah melakukan eksperimen bersama. Sejak itu, banyak hipotesis telah diajukan mengenai fenomena ini, misalnya, bahwa air panas membeku lebih cepat karena penguapannya yang cepat, yang menyebabkan penurunan volume air dan, sebagai akibatnya, pemadatan lebih cepat. Namun tidak satupun dari mereka yang tidak bisa menjelaskan sifat dari fenomena ini.
|
Alexandra
24.08.2017 12:05
11.03.2015 21:11
|
KRISTALISASI- pembentukan kristal dari gas, larutan, lelehan, kaca atau kristal struktur lain (transformasi polimorfik). K. terdiri dari peletakan atom, molekul atau ion dalam kisi kristal. K. menentukan pembentukan mineral, es, memainkan peran penting dalam atm. fenomena, pada organisme hidup (pembentukan email gigi, tulang, batu ginjal). Oleh K. menerima baik kristal tunggal besar, dan kristal tipis. film, dielektrik dan logam. Massa K. - pada saat yang sama. pertumbuhan banyak kristal kecil - adalah dasar dari metalurgi dan banyak digunakan dalam industri kimia, makanan dan medis.
Termodinamika kristalisasi. Susunan partikel dalam kristal teratur (lihat Gambar. urutan jauh dan dekat), dan entropi mereka S K entropi lebih sedikit S c in medium yang tidak teratur (uap, larutan, lelehan). Oleh karena itu, penurunan suhu T di pos. tekanan R mengarah ke itu potensial kimia zat dalam kristal
menjadi kurang dari potensinya di lingkungan awal:
Berikut adalah energi interaksi partikel dan sp. volume materi dalam kristal dan keadaan tidak teratur (fase), S K dan S C - entropi. Jadi, kristal. fase ternyata "lebih menguntungkan", K. terjadi, disertai dengan pelepasan yang disebut. panas laten K : H=T(S C -S K)0,5-5 eV, serta lompatan dalam ketukan. volume 
(transisi fase orde pertama). Jika p10 4 atm, maka suku pada relasi (1) kecil, dan nilai kalor K. sama dengan 
, yaitu, adalah ukuran perubahan energi ikat antara partikel di K. [di K. dari lelehan dan mungkin telah terurai. tanda-tanda].
Untuk pada transformasi polimorfik (lihat. Polimorfisme) dapat menjadi transisi fase orde kedua. Dalam kasus transisi orde pertama, antarmuka kristal-medium dilokalisasi dalam beberapa jarak antar atom, dan sp-nya. energi bebas >0.
Untuk transisi jenis kedua, batasnya tidak terlokalisasi dan
Kondisi( p, T, C k) =(p, T, C c) untuk masing-masing komponen kristal dan medium, hubungan ditentukan p, T dan konsentrasi komponen Dengan, di mana kristal berada dalam kesetimbangan dengan medium, yaitu diagram keadaan zat. Perbedaan
, yang merupakan ukuran penyimpangan dari keseimbangan, disebut. termodinamika h. gaya penggerak K. Biasanya dibuat dengan menurunkan suhu di bawah nilai kesetimbangan T 0, yaitu mendinginkan sistem T-T 0 -T. Jika sebuah
T T 0 , maka
Jika tekanan R uap atau konsentrasi Dengan ada lebih banyak nilai kesetimbangan dalam larutan hal 0 dan Dari 0, lalu mereka berbicara tentang perut. lewat jenuh ( p=p-
hal 0 atau C=C-C 0) atau berhubungan. jenuh (= r/r 0 atau S/S 0). Dalam hal ini, dalam uap yang dijernihkan dan larutan encer
Dalam proses menumbuhkan kristal tunggal dari larutan, biasanya dari uap dan selama kimia. reaksi 1, selama kondensasi berkas molekul 10 2 -10 4 .
Untuk dapat terjadi sebagai akibat atau dengan partisipasi bahan kimia. reaksi. Keadaan kesetimbangan campuran gas dengan kemungkinan kimia. reaksi antar zat penyusunnya ai secara umum dapat ditulis sebagai , Dimana stoikiometrik. koefisien (<0
для прямой реакции,
>0 untuk kebalikannya). Pada kasus ini
Di Sini Ke adalah tetapan kesetimbangan reaksi, p saya- (atau konsentrasi, jika reaksi berlangsung dalam larutan). Dalam kasus elektrolit
Beras. 4. Kemasan kristalografi terpadat (atas) dan pentagonal (bawah).
Menurunkan suhu tidak hanya mengurangi kerja nukleasi, tetapi juga secara eksponensial meningkatkan viskositas lelehan, yaitu, mengurangi frekuensi penempelan partikel baru ke nukleus (Gbr. 5a). Hasil dari Saya(T) pertama mencapai maksimum, dan kemudian menjadi sangat kecil (Gbr. 5, b) bahwa pada suhu rendah lelehan membeku, tetap amorf. Dalam lelehan dengan viskositas yang relatif rendah, ini hanya mungkin dengan pendinginan yang sangat cepat (10 6 K/s). Ini adalah bagaimana paduan logam amorf diperoleh (lihat. logam amorf). Dalam helium cair, pembentukan inti dimungkinkan bukan dengan transisi sistem melalui penghalang, tetapi dengan terowongan melaluinya. Ketika menumbuhkan kristal sempurna yang besar pada "biji", munculnya inti spontan dihindari dengan menggunakan larutan yang sedikit lewat jenuh atau lelehan yang terlalu panas. Sebaliknya, dalam metalurgi seseorang berusaha untuk mendapatkan jumlah maksimum pusat kristalisasi dengan menciptakan supercooling yang dalam (lihat di bawah).
Beras. Gambar 5. Ketergantungan suhu pada laju nukleasi dan pertumbuhan kristal: a) kurva padat - ketergantungan suhu pada jumlah inti asam sitrat di larutan berair superdingin (suhu saturasi: A-62 ° C, PADA- 85 °С); garis putus-putus - peningkatan viskositas (dalam ketenangan) solusi dengan penurunan T; b) tingkat pertumbuhan v kristal benzofenon dari lelehan sebagai fungsi T.
pertumbuhan kristal dapat berlapis dan normal tergantung pada apakah permukaannya secara atom halus atau kasar. Bidang atom yang membentuk permukaan halus hampir seluruhnya selesai dan mengandung sejumlah kecil Lowongan dan atom teradsorpsi di tempat-tempat yang sesuai dengan situs kristal. kisi dari lapisan berikutnya. Tepi bidang atom yang belum selesai membentuk anak tangga (Gbr. 6c). Sebagai hasil dari fluktuasi termal, langkah tersebut berisi sejumlah sudut masuk tiga dimensi - ketegaran. Keterikatan partikel baru pada kekusutan tidak mengubah energi permukaan dan, oleh karena itu, merupakan tindakan dasar pertumbuhan kristal. Dengan peningkatan rasio energi panas kT ke energi permukaan (per 1 situs atom di permukaan), kepadatan ketegaran meningkat. Dengan demikian, konfigurasi meningkat. entropi dan energi linier bebas dari langkah berkurang. Saat mendefinisikan hubungan (mendekati 1, tetapi agak berbeda untuk wajah yang berbeda), energi linier dari langkah berubah menjadi 0, dan langkah itu "dioleskan" di sepanjang tepi, tepi berubah menjadi kasar, yaitu, tertutup rapat dan merata dengan retakan permukaan (Gbr. 6, b). Hubungan energi permukaan dengan panas K. memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa untuk zat dan suhu, di mana perubahan entropi selama K. sedemikian rupa sehingga S/k>4, semua wajah yang tertutup rapat itu mulus. Situasi ini khas untuk kesetimbangan kristal-uap, dan juga (untuk zat tertentu) untuk antarmuka kristal-lebur. Transisi dari kekasaran ke faceting dimungkinkan dengan perubahan konsentrasi dalam sistem dua komponen (K. dari larutan). Jika sebuah S/k<2
(khas untuk peleburan logam), maka permukaan dengan orientasi apa pun kasar. Pada 
permukaan halus individu berdampingan dengan permukaan kasar (misalnya kristal Ge dan Si dalam lelehan, garnet dalam lelehan dan larutan suhu tinggi). Ketergantungan energi bebas dan kecepatan permukaan pada orientasi permukaan memiliki minimum tajam (tunggal) untuk permukaan halus (tunggal) dan bulat (nonsingular) untuk permukaan kasar.
Beras. 6. Secara atom halus ( sebuah) dan kasar ( b) permukaan (pemodelan komputer).
Beras. 7. Langkah konsentris pada permukaan (100) NaCl selama pertumbuhan dari berkas molekul. Tinggi anak tangga 2,82 A (dihiasi dengan kristal kecil dari emas yang disimpan secara khusus).
Beras. 8. a - Bentuk pertumbuhan spiral; b- langkah yang berakhir di permukaan pada titik persimpangannya dengan sekrup.
Penambahan atom baru di setiap posisi di permukaan, kecuali untuk istirahat, mengubah energinya. Pengisian beberapa kekosongan, yang mengurangi energi ini, tidak dapat menimbulkan lapisan atom baru, dan konsentrasi atom di tempat-tempat yang sesuai dengan lokasi kisi lapisan berikutnya meningkatkan energi dan karenanya kecil. Akibatnya, perlekatan ireversibel partikel ke kristal, yaitu pertumbuhannya, hanya mungkin jika ada kerusakan pada permukaannya. Pada permukaan kasar, densitas rekahan tinggi, dan pertumbuhan sepanjang garis normal ke permukaan dimungkinkan di hampir semua titik. Peningkatan seperti itu normal. Hal ini dibatasi oleh kecepatan melampirkan otd. partikel untuk patah. Kecepatannya R meningkat secara linier dengan supercooling di depan K.:
Di Sini sebuah- jarak antar atom, l 0 - jarak antar kekusutan, - frekuensi termal efektif , - energi yang dibutuhkan untuk mengikat partikel pada kekusutan (energi aktivasi). Ini memperhitungkan penataan ulang urutan jarak pendek dalam cairan, desolvasi dibangun. partikel dan kekusutan dalam larutan, kimia. reaksi, dll. Dalam pelelehan sederhana, koefisien. besar, yang memastikan pertumbuhan pada tingkat yang nyata saat pendinginan berlebih di K depan. T 1 KE. Jadi, untuk pertumbuhan Si 10 6 cm / s R = (3-5) * 10 -3 cm / s dicapai pada 10 -5 K. Pada suhu yang cukup rendah, mobilitas partikel menurun dan laju pertumbuhan menurun, serupa dengan laju nukleasi (Gbr. 5, b).
Jika permukaannya halus, maka retakan hanya ada pada anak tangga, pertumbuhan diikuti. pengendapan lapisan dan disebut. berlapis. Jika permukaan dibentuk oleh tangga dengan langkah-langkah yang identik dan rata-rata menyimpang dari wajah singular terdekat dengan sudut dengan garis singgung R, kemudian lih. tingkat pertumbuhannya sepanjang normal ke orientasi tunggal ini
di mana adalah laju pertumbuhan langkah di sepanjang wajah, (Dalam larutan 10 -1 -10 -3 cm/s.)
Kerapatan anak tangga ditentukan oleh apakah mereka dihasilkan oleh inti dua dimensi atau dislokasi Pembentukan inti dua dimensi membutuhkan mengatasi penghalang potensial, yang tingginya sebanding dengan energi linier langkah dan berbanding terbalik dengan . Sejalan dengan itu, kecepatan k. secara eksponensial kecil untuk kecil T[untuk pertumbuhan wajah (III) Si dengan R=(3-5)*10 -3 cm/s, perlu T 0.ZK; Lihat di atas]. Dalam K. dari berkas molekul, jika ada tempat pembentukan inti dua dimensi yang dominan, langkah-langkahnya berbentuk cincin tertutup (Gbr. 7). Ada kemungkinan bahwa pembentukan inti "difasilitasi" oleh titik-titik munculnya dislokasi tepi di permukaan.
Ketika tumbuh pada dislokasi sekrup, langkah yang dibentuk olehnya dalam proses pertumbuhan memperoleh bentuk spiral (Gbr. 8), karena pada titik akhir langkah pada dislokasi, tingkat pertumbuhannya adalah 0. Dalam proses spiral pertumbuhan, lapisan baru "berangin" dengan sendirinya di sekitar titik keluar dislokasi dan gundukan pertumbuhan yang landai (vicinal) muncul di permukaan. Seringkali gundukan dibentuk oleh sekelompok dislokasi, vektor Burgers total yang memiliki komponen dalam arah normal ke permukaan. b, sama dengan beberapa parameter sebuah kisi-kisi. Titik keluar dari dislokasi ini dapat menempati area tertentu di permukaan (dengan perimeter 2L, Nasi. sembilan, a, c). Dalam hal ini, kemiringan gundukan vicinal melingkar membentuk sudut dengan wajah tunggal dengan garis singgung R =b/(19r c +2 h) (Gbr. 9, b). Kemiringan gundukan diukur dengan metode optik. (Gbr. 10), dengan metode pewarnaan pelat tipis, dan terkadang secara langsung dengan visualisasi langkah-langkahnya.
Beras. 9. Sebuah heliks dua-start membentuk gundukan vicinal di sekitar titik keluar dari dua dislokasi ke permukaan: o) pandangan umum gundukan; b) bagiannya oleh bidang yang tegak lurus terhadap permukaan dan melewati titik keluar dislokasi; c) spiral pada (100) muka berlian sintetis.
Beras. 10. Interferensi pinggiran dari bukit kecil di tepi prisma kristal ADP(pertumbuhan dari larutan air).
Jari-jari kritik 2D. inti sebanding dengan energi linier langkah dan berbanding terbalik dengan T. Oleh karena itu, dengan peningkatan T kecuraman bukit R meningkat secara linier pada T dan cenderung jenuh pada umumnya (at L 0). Dengan demikian, tingkat pertumbuhan normal R meningkat secara kuadratik dengan supersaturasi pada supercooling rendah dan linier pada supercooling tinggi (Gbr. 11). Variasi vektor dan luas Burgs L dislokasi sumber menentukan penyebaran dalam tingkat pertumbuhan wajah yang identik secara kristalografi (atau wajah yang sama) di bawah kondisi yang sama. Saat wajah tumbuh, titik keluar dislokasi yang tidak tegak lurus terhadapnya bergeser dan dapat mencapai salah satu tepinya. Setelah itu, langkahnya menghilang. Selanjutnya, kristalisasi hanya berlangsung dengan nukleasi dua dimensi, dan laju pertumbuhan menurun pada pendinginan super rendah (setidaknya beberapa kali lipat untuk kristalisasi dari lelehan dan beberapa kali lipat untuk kristalisasi dari larutan). Karena nilai yang relatif kecil dari energi linier langkah-langkah pada antarmuka peleburan kristal dan tidak adanya masalah pengiriman zat pengkristal , dan L ke beberapa. urutan besarnya lebih tinggi daripada untuk K. dari solusi dan fase gas.
Mengingat densitas fase gas yang rendah, K. lapis demi lapis berpindah darinya ke utama. bukan karena tumbukan langsung partikel pada anak tangga, tetapi karena partikel teradsorpsi pada "teras" yang halus secara atomik di antara anak tangga. Selama waktu antara momen menempel pada permukaan dan partikel tersebut melakukan jalan acak di permukaan dan meninggalkan titik menempel pada jarak orde cp. lari l s. Oleh karena itu, hanya partikel yang teradsorpsi di sekitarnya dalam pita lebar yang dapat mencapai langkah.Kebanyakan partikel yang jatuh di permukaan dengan kerapatan langkah yang rendah menguap - koefisien. kondensasi untuk permukaan seperti itu kecil. Ini mendekati 1 pada kepadatan langkah yang tinggi, yaitu pada sarana. jenuh. Untuk alasan yang sama, kecepatan radiasi dari fase gas, bahkan pada satu dislokasi, meningkat secara kuadratik dengan supersaturasi pada supersaturasi rendah dan linier pada supersaturasi tinggi. Selama kondensasi berkas molekul, langkah-langkah dibentuk oleh nukleasi dua dimensi di tempat-tempat di mana kejenuhan dalam lapisan adsorpsi mencapai tingkat kritis, dan oleh karena itu lih. jarak antara langkah-langkah ditentukan oleh panjang jalur penyerap. partikel.
Pasokan materi ke permukaan yang tumbuh dan penghilangan panas darinya K. membatasi kecepatan K. ketika proses ini berlangsung lebih lambat daripada yang di permukaan. Rezim difusi seperti itu khas untuk kristal yang terbuat dari lelehan dan larutan yang tidak dicampur. Laju kristalisasi yang tinggi dari lelehan mendasari semua metode yang banyak digunakan untuk menumbuhkan kristal tunggal, di mana kecepatan kristalisasi diatur secara mekanis. pergerakan kristal relatif terhadap medan termal yang terbentuk secara independen. Kinetis mode kristalisasi, ketika kecepatan kristalisasi dibatasi oleh proses permukaan, merupakan karakteristik kristalisasi dari larutan yang diaduk, dari fase gas, dan pertumbuhan kristal dengan entropi leleh yang tinggi dari lelehan yang diaduk.
Beras. 11. Kemiringan R bukit-bukit dekat yang dibentuk oleh dua sumber dislokasi yang berbeda, dan tingkat pertumbuhan segi yang ditentukan oleh mereka R tergantung pada supersaturasi.
bentuk pertumbuhan kristal (habitus) ditentukan oleh anisotropi kecepatan K. dan kondisi perpindahan panas dan massa. Kristal dengan permukaan kasar biasanya berbentuk bulat. Permukaan yang halus secara atomik muncul sebagai wajah. Bentuk stasioner kristal. polihedron sedemikian rupa sehingga jarak dari pusat ke setiap wajah sebanding dengan laju pertumbuhannya. Akibatnya, kristal dibentuk oleh wajah-wajah dengan min. tingkat pertumbuhan (wajah dengan kecepatan tinggi berangsur-angsur berkurang dan menghilang). Mereka sejajar dengan bidang dengan maks. packing ketat dan max. ikatan yang kuat dalam struktur atom kristal. Oleh karena itu, kristal dengan struktur rantai dan berlapis memiliki bentuk acicular atau tabular. Anisotropi laju pertumbuhan dan, akibatnya, bentuk pertumbuhan kristal dalam pembusukan. fase tergantung pada komposisi, T, T dan sangat berubah di bawah aksi pengotor aktif permukaan.
Karena kecepatan proses permukaan yang tinggi K. hipotermia T kecil pada permukaan yang kasar secara atom, yaitu T=T 0(karenanya disebut isoterm). Dalam kasus non-logam, permukaan rapat dengan indeks sederhana sering tetap tunggal dan muncul di bagian depan K. yang membulat dalam bentuk potongan datar dalam bentuk lingkaran, elips, atau cincin (Gbr. 12, a ), tergantung pada bentuk isoterm K. konstan dan mencapai titik minimum, maks. menjauhi isoterm T=T 0. Pada titik pendinginan tertinggi ini, lapisan dihasilkan yang menentukan laju pertumbuhan faset. Oleh karena itu, ukuran stasioner wajah semakin besar, semakin besar T diperlukan untuk pertumbuhannya pada tingkat yang sama dengan kecepatan bagian depan kristal yang membulat ke arah pemanjangan kristal. Permukaan kasar dan faceted menangkap jumlah pengotor yang berbeda, dan kristal dengan bentuk faceted dan kasar yang hidup berdampingan tumbuh tidak homogen (Gbr. 12, b).
Beras. 12. Pembentukan wajah datar di bagian depan kristal yang membulat (kristal ditarik keluar dari lelehan): sebuah- bagian aksial kristal dengan bagian depan kristalisasi cekung ke arah kristal di tengah dan rata di sepanjang pinggirannya; b- bagian memanjang dari kristal Si (wilayah periferal diperkaya dengan pengotor).
Jika sebuah T penurunan lelehan dengan jarak dari depan, maka bagian depan tidak stabil: langkan yang muncul secara tidak sengaja di atasnya jatuh ke wilayah pendinginan yang lebih besar, tingkat pertumbuhan bagian atas langkan menjadi lebih cepat, dan seterusnya. akibatnya, bagian depan yang rata pecah menjadi kristal pipih atau berbentuk jarum - di bagian yang sejajar dengan bagian depan, struktur berpita atau seluler muncul. Sel-sel adalah karakteristik gradien suhu yang besar dan biasanya memiliki bentuk heksagonal, terlepas dari simetri kristal (Gbr. 13). Ketidakstabilan ini tidak sesuai dengan pertumbuhan kristal tunggal yang sempurna, karena mengarah pada penangkapan inklusi dalam media induk. Bulat kristal yang tumbuh dalam lelehan atau larutan yang sangat dingin mempertahankan bentuknya sampai jari-jarinya mencapai nilai kritis. nilai tergantung pada jari-jari kritis. inti dan laju proses permukaan K. Kemudian, tonjolan berkembang, dan kristal memperoleh struktur rangka (Gbr. 14, a, b) atau bentuk dendritik (Gbr. 14, di, G). Nama yang terakhir dikaitkan dengan munculnya cabang sekunder setelah langkan primer mencapai titik kritis. panjang.
Beras. 13. Skema struktur seluler bagian depan kristalisasi.
Beras. 14. Kristal bulat awal sikloheksanol dalam lelehan ( sebuah), tahap awal pertumbuhan kristal rangka ( b), dendrit ( di), dendrit pada hipotermia tinggi ( G).
Pengotor yang didorong oleh bagian depan K. dari lelehan terakumulasi di depannya dan, mengubah suhu kesetimbangan K., menyebabkan apa yang disebut. konsentrasi supercooling yang meningkat dengan jarak dari depan. Jika suhu kesetimbangan dalam lelehan meningkat dengan jarak dari depan lebih cepat dari yang sebenarnya, maka ketidakstabilan konsentrasi muncul. Ia menghilang pada rasio gradien suhu yang cukup tinggi di bagian depan K. terhadap kecepatannya.
Bagian depan K. dari larutan selalu tidak stabil, karena lewat jenuh meningkat dengan jarak dari permukaan yang tumbuh. Kristal faceted dicirikan oleh supersaturasi besar di dekat simpul dan tepi, dan perbedaannya meningkat seiring dengan ukuran wajah. Dengan supersaturasi dan ukuran faset yang cukup besar, simpul menjadi sumber utama langkah pertumbuhan, dan di tengah. dips muncul di beberapa bagian wajah - pertumbuhan tulang dimulai (Gbr. 15). Beberapa kotoran berkontribusi padanya. Ketidakstabilan K. dari larutan ditekan dengan pencampuran intensif, penurunan lewat jenuh, dan kadang-kadang masuknya pengotor.
Beras. 15. Kerangka kristal spinel.
Penangkapan pengotor. Rasio konsentrasi pengotor dalam kristal dan zat asli disebut. koefisien menangkap Ke. Di K<1 К. ведёт к очистке от примеси кристалла, при К>1 - untuk pemurnian media asli, K=1 sesuai dengan pelestarian konsentrasi. koefisien ditangkap oleh wajah yang berbeda berbeda dan tidak bertepatan dengan termodinamika. kesetimbangan, ditentukan oleh diagram keadaan. Oleh karena itu, komposisi kristal menyimpang dari kesetimbangan termodinamika. Misalnya, selama rekristalisasi laser atau pulsa elektronik dari lapisan tipis Si dekat permukaan dengan laju K hingga beberapa kali. m/s konsentrasi pengotor As, Sb, In, Bi dalam kristal Si melebihi keseimbangan satu per tiga hingga 600 kali, dan sebagian besar atom pengotor terletak di lokasi kisi. Hal ini disebabkan, pertama, untuk statistik seleksi: setiap situs kisi selama K. akhirnya diisi dengan satu atau lain atom setelah banyak upaya (dari 10 6 -10 7 pada kecepatan 10 -3 cm / s dan hingga 10 pada kecepatan m / s). Kedua, di bawah kondisi kristalisasi cepat, difusi dalam lelehan tidak memiliki waktu untuk melanjutkan.
Penangkapan pengotor nonequilibrium selama pertumbuhan lapis demi lapis dikaitkan dengan statistik. seleksi pada langkah-langkah, dan juga dengan fakta bahwa bahkan konsentrasi pengotor kesetimbangan di lapisan permukaan kristal dan akhir langkah sangat berbeda dari konsentrasi massal. Dengan pengendapan lapisan yang cukup cepat, lapisan berikutnya mengotori yang sebelumnya bersama dengan pengotor yang terkandung di dalamnya. Akibatnya, setiap wajah menangkap pengotor dalam jumlah yang sesuai dengan konsentrasi di lapisan permukaannya, dan kristal itu ternyata terdiri dari sektor pertumbuhan dari wajah yang berbeda, dengan pembusukan. konsentrasi pengotor, dll. cacat- ada yang disebut. struktur sektoral kristal (Gbr. 16). Jumlah pengotor yang ditangkap saat langkah bergerak di sepanjang wajah tergantung pada orientasi langkah ini. Oleh karena itu, sektor pertumbuhan dari wajah tertentu, pada gilirannya, dibagi menjadi wilayah yang diplot tempat tinggal orientasi yang berbeda dengan kandungan pengotor yang berbeda (sektoralitas sekitar, Gambar 17).
Laju dan konsentrasi pengotor di bagian depan K. dari lelehan berfluktuasi karena konveksi lelehan dan rotasi kristal dan wadah dalam medan termal yang biasanya sedikit asimetris. Posisi yang sesuai dari bagian depan K. dicetak dalam kristal dalam bentuk pita (struktur zona, Gambar 16). Fluktuasi suhu bisa begitu kuat sehingga pertumbuhan kristal digantikan oleh pencairan dan lih. kecepatan adalah urutan besarnya kurang dari kecepatan sesaat. Intensitas konveksi dan amplitudo pita menurun ketika kristal tumbuh tanpa bobot.
Beras. 16. Struktur sektoral dan zonal dari kristal tawas kalium.
Beras. 17. Sebuah bukit kecil vicinal yang terbentuk pada wajah dengan langkah-langkah dari tiga orientasi yang berbeda di sekitar dislokasi tepi D(a). Kemiringan gundukan yang berbeda menangkap jumlah kotoran yang berbeda ( b).
Formasi cacat. Gas asing, larut dalam larutan dan meleleh lebih baik daripada dalam kristal, dilepaskan di bagian depan K. Gelembung gas ditangkap oleh kristal yang tumbuh jika melebihi nilai kritis. ukuran menurun dengan meningkatnya laju pertumbuhan (sama halnya, partikel padat ditangkap). Dalam kasus kristalisasi tanpa bobot, penghilangan gelembung secara konvektif dari bagian depan kristalisasi sulit dilakukan, dan kristal diperkaya dengan inklusi gas. Dengan membuat gelembung secara khusus, bahan busa diperoleh. Kristal nyata selalu memiliki pengotor terdistribusi secara zona dan sektoral, yang mengubah parameter kisi, yang menyebabkan ext. tegangan, dislokasi dan retak. Yang terakhir juga muncul karena perbedaan antara parameter kisi benih (substrat) dan kristal yang tumbuh di atasnya. Sumber internal tegangan dan dislokasi juga termasuk medium induk dan partikel asing.
Ketika K. dari lelehan, dislokasi timbul karena tegangan termoelastik yang disebabkan oleh distribusi temperatur non-linier; saat mendinginkan bagian kristal yang sudah tumbuh dari luar; dengan distribusi suhu linier sepanjang normal ke bagian depan kristal yang cukup diperpanjang, jika pembengkokan suhu bebas kristal tidak mungkin; pewarisan benih. Oleh karena itu, pertumbuhan kristal bebas dislokasi Si, GaAs, IP dimulai dengan biji berdiameter kecil dan dilakukan di medan suhu yang paling seragam. Kristal mungkin mengandung loop dislokasi yang lebih kecil dari 1 m. Loop terbentuk sebagai kontur akumulasi berbentuk cakram (cluster) dari atom interstitial (atau kekosongan) yang dihasilkan dari peluruhan zat jenuh. solusi padat setelah pendinginan kristal yang tumbuh. Atom pengotor dapat menjadi pusat nukleasi cluster.
K . Massal. Saat mendefinisikan kondisi memungkinkan pada saat yang bersamaan. pertumbuhan banyak kristal. Penampilan massa spontan dari inti dan pertumbuhannya terjadi, misalnya, selama pemadatan coran logam. Kristal berinti terutama pada dinding cetakan yang didinginkan, di mana logam yang terlalu panas dituangkan. Inti di dinding berorientasi secara acak, namun, dalam proses pertumbuhan, mereka "bertahan" yang arahnya maks. tingkat pertumbuhan tegak lurus ke dinding (pemilihan geometris kristal). Akibatnya, permukaan memiliki apa yang disebut. zona kolumnar yang terdiri dari kristal sempit memanjang sepanjang normal ke permukaan.
Kristalisasi massal dalam larutan dimulai baik pada inti yang terbentuk secara spontan atau pada benih yang diperkenalkan secara khusus. Bertumbukan dalam larutan yang diaduk satu sama lain, dengan dinding bejana dan pengaduk, kristal dihancurkan dan menimbulkan pusat kristalisasi baru (nukleasi sekunder). Penyebab nukleasi sekunder juga bisa berupa fragmen kecil dari lapisan yang menggantung di atas permukaan, "menyegel" wajah paralel yang rata, inklusi cairan induk. Dalam metalurgi, arus konvektif kuat digunakan, yang memecah kristal dendritik dan menyebarkan pusat kristal ke seluruh volume; terkadang penghancuran kristal ultrasonik yang tumbuh digunakan. Massal K. memurnikan zat dari kotoran (K<1). Массовая К. из газовой фазы (в т. ч. из плазмы) используется
для получения ультрадисперсных порошков с размерами кристалликов до 10 -6
см и менее. Необходимые для этого высокие переохлаждения достигаются резким
охлаждением пара смеси химически реагирующих газов или плазмы. Известен способ
массовой К. капель, кристаллизующихся во время падения в охлаждаемом газе.
Lit.: Tumbuh kristal dari solusi, 2nd ed., L., 1983; Lemmlein G. G., Morfologi dan genesis kristal, M., 1973; Lodiz R. A., Parker R. L., Pertumbuhan kristal tunggal, terjemahan. dari bahasa Inggris, M., 1974; Masalah kristalografi modern, M., 1975; Kristalografi modern, jilid 3, Moskow, 1980; Chernov A. A., Fisika kristalisasi, M., 1983; Geguzin Ya. E., Kaganevsky Yu. S., Proses difusi pada permukaan kristal, M., 1984; Morokhov I. D., Trusov L. I., Lapovok V. N., Fenomena fisik dalam media ultrafine, M., 1984; Skripov V.P., Koverda V.P., Kristalisasi spontan dari cairan superdingin, M., 1984.
Fasa adalah bagian homogen dari sistem termodinamika yang dipisahkan dari bagian lain sistem (fase lain) oleh antarmuka, ketika melewati komposisi kimia, struktur, dan sifat zat yang berubah secara tiba-tiba.
Kristalisasi adalah proses pemisahan fase padat berupa kristal dari larutan atau lelehannya; dalam industri kimia, proses kristalisasi digunakan untuk mendapatkan zat dalam bentuk murni.
Kristalisasi dimulai ketika kondisi batas tertentu tercapai, misalnya, pendinginan super dari cairan atau supersaturasi uap, ketika banyak kristal kecil muncul hampir seketika - pusat kristalisasi. Kristal tumbuh dengan menempelkan atom atau molekul dari cairan atau uap. Pertumbuhan wajah kristal terjadi lapis demi lapis, tepi lapisan atom yang tidak lengkap (langkah) bergerak di sepanjang permukaan selama pertumbuhan. Ketergantungan tingkat pertumbuhan pada kondisi kristalisasi menyebabkan berbagai bentuk pertumbuhan dan struktur kristal (polihedral, pipih, acicular, kerangka, dendritik dan bentuk lainnya, struktur pensil, dll.). Dalam proses kristalisasi, berbagai cacat pasti muncul.
Jumlah pusat kristalisasi dan laju pertumbuhan secara signifikan dipengaruhi oleh tingkat pendinginan.
Derajat pendinginan adalah tingkat pendinginan logam cair di bawah suhu transisinya menjadi kristal (padat) modifikasi. S.p. diperlukan untuk mengkompensasi energi panas laten kristalisasi. Kristalisasi primer adalah pembentukan kristal dalam logam (dan paduan) selama transisi dari cair ke padat.
Yayasan Wikimedia. 2010 .
Sinonim:Lihat apa itu "Kristalisasi" di kamus lain:
- (lat. baru, dari kristal krystallos Yunani). Transisi benda seperti itu dari keadaan cair ke keadaan padat, di mana mereka mengambil bentuk kristal yang diketahui. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N., 1910. KRISTALISASI ... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia
kristalisasi- dan, baik. kristalisasi, lat. kristalisasi. 1. kimia Proses pembentukan kristal. sl. 18. Kristalisasi atau graining. Membatalkan. OM 599. // Sl. 18 11 18. Uap mineral dari seluruh bolle ini terlibat dalam kristalisasi, pewarnaan batu dan ... ... Kamus Sejarah Gallicisms of the Russian Language
Pembentukan kristal dari uap, parit p, lelehan, dari v va ke tv. keadaan (amorf atau kristal lainnya), dari elektrolit dalam proses elektrolisis (elektrokristalisasi), serta dalam kimia. reaksi. Untuk K., pelanggaran termodinamika ... Ensiklopedia Fisik
Kristalisasi- - proses pembentukan kristal selama transisi suatu zat dari keadaan termodinamika kurang stabil ke yang lebih stabil. [Glosarium istilah dasar yang diperlukan dalam desain, konstruksi, dan pengoperasian jalan raya.] ... ... Ensiklopedia istilah, definisi dan penjelasan bahan bangunan
Ensiklopedia Modern
Ada., jumlah sinonim: 4 kristalisasi vakum (1) hidatogenesis (2) ... Kamus sinonim
Kristalisasi- KRISTALISASI, proses pembentukan kristal dari uap, larutan, lelehan, dari suatu zat dalam keadaan kristal atau amorf lain. Kristalisasi dimulai ketika cairan didinginkan atau uap jenuh, ketika hampir seketika ... ... Kamus Ensiklopedis Bergambar
KRISTALISASI, proses pembentukan KRISTAL dari suatu zat yang berpindah dari wujud gas atau cair ke wujud padat (sublimasi atau peleburan) atau timbul dari larutan (penguapan atau pengendapan). Selama peleburan, padatan dipanaskan ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
MENGKRISTALISASI, zuyu, zuesh; bertepuk tangan; burung hantu dan nesov., itu. Ubah (sentuh) menjadi kristal. Kamus penjelasan Ozhegov. S.I. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992 ... Kamus penjelasan Ozhegov
Proses transisi benda dari keadaan cair (kadang-kadang gas) ke keadaan padat, dan itu mengambil bentuk geometris kristal yang kurang lebih teratur ... Ensiklopedia Brockhaus dan Efron
Proses pertumbuhan kla sejak awal berdirinya. K. dapat terjadi dari keadaan cair (larutan, lelehan; magma; fase transisi), gas (lihat. Sublimasi) dan padat. Lihat Rekristalisasi, Metasomatosis, Aliran konsentrasi, Regenerasi ... ... Ensiklopedia Geologi
Buku
- Kristalisasi Opini Publik, Edward Bernays. Buku "The Crystallization of Public Opinion" oleh Edward Bernays adalah karya klasik pertama dan sudah klasik yang didedikasikan untuk PR sebagai disiplin independen. Ditulis pada tahun 1923, untuk pertama kalinya dengan jelas...
