, roztoky, taveniny, z látky v inom kryštalickom alebo amorfnom stave.
Kryštalizácia začína, keď je dosiahnutá určitá limitná podmienka, napríklad podchladenie kvapaliny alebo presýtenie pary, kedy sa malé kryštály - "jadrá", centrá kryštalizácie, objavujú takmer súčasne v množstve kryštálov. Mikrokryštály rastú pripojením nových atómov alebo molekúl z okolitej taveniny, kvapaliny alebo pary na ich povrch. Rast kryštálových plôch prebieha vrstva po vrstve, okraje neúplných atómových vrstiev (rastové kroky) sa počas kryštalizácie pohybujú pozdĺž plochy v postupných frontoch jeden po druhom. V závislosti od rýchlosti rastu a podmienok vedie kryštalizačný proces k tvorbe rôznych foriem rastu (polyedrické, sploštené, ihličnaté, filiformné, skeletové, dendritické a iné formy) a vnútorných kryštálových štruktúr (zonálne, sektorové, blokové a iné). štruktúry). Pri rýchlej kryštalizácii nevyhnutne vznikajú rôzne vnútorné defekty kryštálovej mriežky.
Ak sa kryštál netopí, nerozpúšťa, neodparuje a nerastie, potom je v termodynamickej rovnováhe s materským prostredím (tavenina, roztok alebo para). Rovnováha kryštálu s taveninou tej istej látky je možná iba pri teplote topenia a rovnováha s roztokom a parou - ak sú nasýtené. Presýtenie alebo podchladenie média je nevyhnutnou podmienkou pre rast kryštálu v ňom a rýchlosť rastu kryštálu je tým väčšia, čím väčšia je odchýlka od podmienok PT rovnováhy.
Kryštalizácia je fázový prechod látky zo stavu podchladeného (presýteného) materského média do kryštalickej chemickej zlúčeniny s nižšou voľnou energiou. Prebytočná energia vznikajúca pri kryštalizácii sa uvoľňuje vo forme latentného tepla. Časť tohto tepla sa môže premeniť na mechanickú prácu. Napríklad rastúci kryštál môže zdvihnúť bremeno, ktoré je naň umiestnené, a vyvinúť kryštalizačný tlak (pre rôzne minerály je rôzny, v niektorých prípadoch sa dá odhadnúť na desiatky kg/cm2). Najmä antolity takého mäkkého minerálu, akým je sadra, môžu zdvihnúť kusy horniny s hmotnosťou niekoľkých kg. Známy je aj príklad s ľadovými mravcami, ktoré sú schopné tlačiť zamrznutú zem alebo zdvíhať ťažké predmety. A kryštály soli, ktoré sa tvoria v trhlinách betónových priehrad v morskej vode, niekedy spôsobujú zlyhanie betónu.
Podchladené médium môže dlhodobo uchovávať bez kryštalizácie nestabilný metastabilný stav. Keď sa však dosiahne určité kritické prechladenie média, ktoré je pre dané podmienky kritické, okamžite sa v ňom objaví mnoho malých zárodočných kryštálov. Výsledné kryštály rastú a ak sa podchladenie zníži, nové jadrá sa už spravidla neobjavujú. Veľa závisí aj od prítomnosti energeticky aktívnych fáz alebo častíc, ktoré môžu hrať úlohu „semien“, ktoré vyvolávajú nástup kryštalizácie.
Plazma, ako aj z amorfných látok alebo kryštálov inej štruktúry. V procese kryštalizácie sa atómy, molekuly alebo ióny látky zoradia do kryštálovej mriežky. Kryštalizácia je nerovnovážny fázový prechod 1. rádu. Podmienky rovnováhy kryštálu s prostredím (tavenina, para, roztok a pod.) sú definované ako fázová rovnováha agregovaných stavov látky pri fázových prechodoch 1. druhu: rovnosť teploty, tlaku a chemickej potenciál. Nevyhnutnou podmienkou rastu kryštálov je odchýlka od rovnováhy, určená prechladnutím (rozdiel teploty od rovnováhy) a presýtením (rozdielom tlaku alebo koncentrácie od rovnovážnych hodnôt). Termodynamická hnacia sila fázového prechodu je tým väčšia, čím väčšia je odchýlka od rovnováhy. Prechod látky do kryštalickej fázy je sprevádzaný uvoľnením latentného kryštalizačného tepla a ak sa toto teplo úplne neodstráni, odchýlka od rovnováhy sa môže zmenšiť a proces sa spomalí. Ako fázový prechod 1. druhu kryštalizácie je sprevádzaný skokom v mernom objeme oproti počiatočnej fáze, čo môže viesť k zmene tlaku v kryštalizačnom systéme. Kryštalizácia je teda zložitý proces prenosu tepla a hmoty, ktorý je riadený termodynamickými a kinetickými faktormi. Mnohé z nich sú ťažko ovládateľné. Úroveň čistoty, teplota a koncentrácia zložiek v bezprostrednej blízkosti fázovej hranice, miešanie, prenos tepla môžu byť hlavnými faktormi určujúcimi veľkosť, počet a tvar výsledných kryštálov.
Centrá kryštalizácie. Proces kryštalizácie pozostáva z dvoch stupňov: nukleácia kryštalizačných centier a rast kryštálov. Počiatočné štádium - nukleácia kryštalizačných centier - je tvorba zhlukov s usporiadaním charakteristickým pre kryštál. Ale niekedy sa ich štruktúra môže líšiť od štruktúry stabilného makroskopického kryštálu. K tvorbe takýchto zhlukov v čistých kvapalinách alebo plynoch dochádza pod teplotou topenia masívneho kryštálu v dôsledku náhodných zrážok počas tepelného pohybu atómov alebo molekúl. Pri teplotách pod rovnováhou je združovanie častíc do kryštalického zhluku termodynamicky prospešné, ale vzhľad jeho nového povrchu si vyžaduje energiu, čo je prekážkou nukleácie kryštalizačných centier. Čím je zhluk menší, tým väčší je podiel častíc, ktoré tvoria jeho povrch. Preto sa pri malých veľkostiach väčšina zhlukov rozpadne v dôsledku kolísania vibračnej energie častíc. Ako zhluk rastie, zlomok povrchovej energie klesá vzhľadom na objemovú energiu asociácie častíc, čo zvyšuje stabilitu zhluku. Pri danom presýtení existuje kritická veľkosť, nad ktorou sú zhluky schopné ďalšieho rastu a stávajú sa kryštalizačnými centrami.
Číselnou charakteristikou intenzity nukleácie kryštalizačných centier je frekvencia nukleácie (nukleácie) - počet centier, ktoré vzniknú za jednotku času na jednotku objemu média. Existujúca teória vysvetľuje teplotnú závislosť nukleačnej frekvencie a dáva ju do súvislosti s parametrami prostredia, v ktorom sa tvoria kryštalizačné centrá. Pre kvapaliny s nízkou viskozitou, napríklad pre väčšinu roztavených kovov, teória predpovedá veľké podchladenia, pri ktorých by sa mala pozorovať spontánna nukleácia kryštalizačných centier. S ďalším zvýšením podchladenia sa frekvencia nukleácie rýchlo zvyšuje a dosahuje maximum pri teplote približne rovnej jednej tretine rovnovážnej teploty kryštálu s taveninou. Rýchly pokles frekvencie nukleácie kryštalizačných centier pri ešte nižších teplotách je spôsobený spomalením tepelného pohybu a silným zvýšením viskozity. Pre viskóznejšie kvapaliny je frekvenčné maximum posunuté smerom k nižším podchladeniam a samotné hodnoty frekvencie sú oveľa nižšie.
Pretože mnohé parametre teórie sú známe s nedostatočnou presnosťou pre výpočty, experimentálne údaje zohrávajú dôležitú úlohu. Priblíženie k ideálnym podmienkam sa dosahuje použitím malých kvapiek kvapalín s priemerom od niekoľkých mikrometrov po nanometre v experimentoch. Spontánna nukleácia vyžaduje veľké odchýlky od rovnováhy a kryštalizačné centrá sa vyznačujú kritickou veľkosťou rádovo jedného nanometra. Napríklad pre taveniny čistých kovov je teplota spontánnej nukleácie kryštalizačných centier pozorovaná v experimentoch 30–50 % teploty topenia. Mnohé silikátové taveniny po ochladení vo všeobecnosti tuhnú bez kryštalizácie, pričom vznikajú sklá. Experimentálne sa ukázalo, že vo viskóznych kvapalinách je proces nukleácie kryštalizačných centier nestacionárny. To znamená, že frekvencia nukleácie kryštalizačných centier, ktorá je charakteristická pre danú odchýlku od rovnováhy, sa objaví až po uplynutí doby oneskorenia, ktorá môže byť značne veľká, porovnateľná s dobou ochladzovania vzorky alebo dokonca presahujúca. Kovové taveniny sa vyznačujú oveľa nižšou viskozitou a potlačenie spontánnej nukleácie kryštalizačných centier u niektorých zliatin je možné len pri veľmi rýchlom ochladzovaní (rýchlosťou viac ako 10 6 K/s). Toto je základom technológie výroby amorfných kovov. Stabilita amorfného stavu je zabezpečená silným spomalením výmeny atómov medzi kryštálom a médiom pri nízkych teplotách. Je možné pozorovať kryštalizáciu takto získaného amorfného stavu počas zahrievania, čím sa zvyšuje intenzita tepelného pohybu, a uvoľnené latentné teplo fázového prechodu môže v tomto prípade výrazne zintenzívniť proces a ďalej zvyšovať teplotu. U niektorých látok (germánium, kremík, amorfný ľad) sa pozoruje výbušná kryštalizácia amorfného stavu.
V znečistenom prostredí sa na cudzích kryštalických časticiach objavujú kryštalizačné centrá s oveľa menšími odchýlkami od rovnováhy. Frekvencia nukleácie kryštalizačných centier v takýchto prípadoch závisí aj od materiálu stien nádoby a účinku žiarenia. Zárodočné kryštály na dobre zmáčateľnom orientačnom povrchu majú približne kupolovitý tvar; Preto takáto heterogénna nukleácia kryštalizačných centier nastáva pri nižších podchladeniach. Riadená heterogénna nukleácia kryštalizačných centier sa využíva napríklad pri epitaxnej výrobe monokryštálových filmov. Pri pestovaní veľkých dokonalých monokryštálov obsahujúcich minimálny možný počet defektov na zárodočnom kryštalizačnom centre je potrebné zabrániť výskytu spontánnych jadier. Na tento účel použite malú odchýlku od podmienok rovnováhy. V metalurgii sa pri získavaní kryštalických materiálov snažia získať maximálny počet kryštalizačných centier, pre ktoré vzniká hlboké podchladenie tavenín.
Mechanizmy rastu kryštálov. V závislosti od toho, či je povrch kryštálu hladký alebo drsný na atómovej stupnici, sa rozlišujú dva mechanizmy rastu kryštálov: vrstvený a normálny. Atómovo hladké povrchy zvyčajne zodpovedajú najrozvinutejším plochám s jednoduchými kryštalografickými indexmi. Obsahujú relatívne malý počet defektov: voľné miesta a adsorbované atómy. Okraje neúplných atómových rovín tvoria stupne (obr. 1), ktoré majú zase malý počet zlomov. Základný akt rastu kryštálov spočíva v prichytení novej častice na zlom a nemení povrchovú energiu. Postupné prichytenie častíc k lomu vedie k jeho pohybu pozdĺž stupňa a stupňov pozdĺž povrchu - takýto rast sa nazýva vrstva po vrstve. Hustota krokov počas rastu vrstvy po vrstve závisí od mechanizmu ich generovania. Kroky môžu vzniknúť v dôsledku tvorby a rastu dvojrozmerných jadier. Proces tvorby dvojrozmerných jadier schopných ďalšieho rastu na atómovo hladkom povrchu má určitú analógiu s tvorbou kryštalizačných centier v kvapaline. Dvojrozmerné jadro má tiež kritickú veľkosť, od ktorej je schopné ďalšieho rastu. Keď je dvojrozmerné jadro agregované, prekážkou jeho rozvoja pri malých veľkostiach je vynaloženie práce na lineárnu energiu jeho obvodu. Ale ako sa veľkosť zväčšuje, časť lineárnej energie obvodu sa zmenšuje a zmenšuje a od určitej kritickej veľkosti sa dvojrozmerné jadro stáva centrom rastu nového kroku. Frekvencia tvorby dvojrozmerných jadier je veľmi nízka pre malé odchýlky od rovnováhy a rýchlosť rastu určená dvojrozmernou nukleáciou je zodpovedajúcim spôsobom nízka. Znateľné rýchlosti rastu s týmto mechanizmom tvorby stupňov začínajú pri znateľnom podchladení a veľmi silno (exponenciálne) rastú s jeho nárastom. Ďalší mechanizmus generovania krokov je spojený s dislokáciami skrutiek. Ak kryštál obsahuje skrutkovicovú dislokáciu, tak k jeho rastu dochádza prichytávaním atómov na koniec kroku končiaceho dislokáciou (obr. 2a). Pri raste na skrutkovitej dislokácii nadobúda krok špirálovitý tvar (obr. 2b) a výrazná rýchlosť rastu sa zvyšuje s prechladzovaním podľa kvadratického zákona a je pozorovaná už pri malých odchýlkach od rovnováhy.
Na atómovo drsných povrchoch (obr. 3) je hustota zalomenia vysoká a k pridávaniu nových častíc do kryštálu dochádza prakticky v ktoromkoľvek bode jeho povrchu. Tento rast sa nazýva normálny. Jeho otáčky sa lineárne zvyšujú s prechladzovaním. Teória rastu kryštálov dáva do súvislosti hustotu zloženia povrchu kryštálu s väzbovou energiou medzi časticami povrchu kryštálu a kryštalizačným teplom. Verí sa, že ak je väzbová energia dostatočne vysoká, všetky tesne prikryté plochy sú hladké. To je charakteristické pre kryštály rastúce z pary. Kryštalizačné teplo taveniny je spravidla oveľa nižšie ako kryštalizačné teplo z pary, preto je väzbová energia častíc v kryštáli v porovnaní s taveninou nižšia ako v porovnaní s parou. V tomto ohľade je povrch kryštálu rastúceho z taveniny zvyčajne drsný, čo určuje normálny rast a vytváranie zaoblených plôch. Prechod od drsnosti k fazetovaniu je možný pri zmene koncentrácie v dvojzložkových systémoch počas rastu kryštálov z roztoku. V kryštáloch germánia a kremíka rastúcich z taveniny možno pozorovať koexistenciu plochých a zaoblených plôch.
Formy rastu kryštálov sú určené anizotropiou ich vlastností a podmienkami prenosu tepla a hmoty počas kryštalizácie. Kryštály s drsným povrchom majú zvyčajne okrúhly tvar. Keď takéto kryštály rastú, v dôsledku vysokej rýchlosti povrchových procesov je podchladenie na hranici s taveninou malé a rastúci povrch opakuje tvar izotermy teplotného poľa v systéme pri rovnovážnej teplote. Atómovo hladké povrchy sa javia ako tváre. Rovnovážna forma kryštalického mnohostenu je taká, že vzdialenosť od stredu ku každej ploche je úmerná veľkosti jeho povrchovej energie. Rovnovážna forma je tiež stacionárna forma rastu, ale v reálnom rastovom procese môže byť silne skreslená v dôsledku nestability rastového povrchu pri konečnom (skôr ako infinitezimálnom) podchladení a vplyvom nečistôt.
Ak je tavenina silne podchladená a teplota v tavenine klesá so vzdialenosťou od čela rastu, potom je rast nestabilný: výčnelok, ktorý sa náhodne objaví na povrchu kryštálu, spadá do oblasti väčšieho podchladenia a rýchlosť jeho rastu sa zvyšuje. Takáto nestabilita pre ploché čelo kryštalizácie vedie k vytvoreniu pásikovej alebo bunkovej štruktúry kryštálu (obr. 4). S rastom malého kryštálu sa táto nestabilita prejavuje už od určitej veľkosti kryštálu. Vyvíjajú sa výbežky a nadobúda skeletovú alebo dendritickú formu, ktorá sa vyznačuje výskytom sekundárnych vetiev po dosiahnutí kritickej dĺžky primárneho výbežku (obr. 5). Rast veľkých fazetových kryštálov z imobilného roztoku môže byť tiež nestabilný. Presýtenie je v tomto prípade vyššie vo vrcholoch a okrajoch kryštálu a menšie v centrálnych častiach tváre. Preto sa vrcholy stávajú hlavnými zdrojmi rastu vrstiev. Pri veľkom rozdiele v presýteniach vo vrcholoch a v stredoch plôch vrcholy predbiehajú stredy plôch a vzniká skeletová forma kryštálu (obr. 6). Pri danej teplote v dvojzložkovom systéme môže existovať rovnováha pre rôzne zloženie kryštálu a taveniny. Počas rastu kryštálov sa jedna zo zložiek hromadí v prednej časti, čo spôsobuje podchladenie koncentrácie, čo často vedie k nestabilite prednej časti rastu.
Rôzne strany kryštálu počas rastu zachytávajú rôzne množstvá nečistôt obsiahnutých v médiu. Tak vzniká jeho sektorová štruktúra. Ak kryštál zle zachytáva nečistotu, hromadí sa pred rastom. Periodické zachytávanie tejto hraničnej vrstvy rastúcim kryštálom vedie k vytvoreniu zonálnej štruktúry (obr. 7). Zachytávanie nečistôt vedie k zmene parametrov kryštálovej mriežky a na hraniciach oblastí rôzneho zloženia vznikajú vnútorné napätia, čo vedie k vzniku dislokácií a trhlín. Dislokácie vznikajú v dôsledku uvoľnenia elastických napätí v nerovnomerne zohriatom kryštáli alebo môžu prechádzať zo zárodku do rastúceho kryštálu.
Hromadná kryštalizácia - súčasný rast mnohých kryštálov, široko používaný v priemysle. Vlastnosti ingotov a odliatkov pri kryštalizácii metalurgických tavenín závisia vo veľkej miere od počtu kryštalizačných centier a podmienok ich rastu. Pri tuhnutí kovových odliatkov sa najskôr na vychladnutých stenách formy, kam sa odlieva roztavený kov, objavia kryštalizačné centrá. Z náhodne orientovaných kryštálov prežijú tie, ktoré rastú kolmo na stenu. V blízkosti steny tvoria stĺpcovú zónu. Konvekčné prúdy v tavenine môžu odlomiť dendritické vetvy, čím sa do taveniny privedú sekundárne kryštalizačné centrá. Hromadná kryštalizácia v roztokoch začína v heterogénnych kryštalizačných centrách alebo na špeciálne zavedených očkovacích kryštáloch. Zrážkami týchto kryštálov medzi sebou a so stenami nádoby v miešanom roztoku vznikajú sekundárne kryštalizačné centrá. Na vytvorenie ďalších centier kryštalizácie sa používa ultrazvukové drvenie rastúcich kryštálov alebo pridávanie povrchovo aktívnych látok. Hromadná kryštalizácia sa používa aj na čistenie látok od nečistôt.
Aplikácia kryštalizácie. V prírode vedie kryštalizácia k tvorbe minerálov, ľadu, hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických procesoch. Ku kryštalizácii dochádza aj pri niektorých chemických reakciách, v procese elektrolýzy. Je základom mnohých technologických procesov: v metalurgii, pri výrobe materiálov pre elektroniku a optiku. Masívne monokryštály a tenké filmy sa získavajú kryštalizáciou. Kryštalizácia je široko používaná v chemickom, potravinárskom a medicínskom priemysle: v technológii čistenia látok, pri výrobe soli, cukru a liekov.
Lit.: Shubnikov A.V. Tvorba kryštálov. M.; L., 1947; Lemmlein GG Morfológia a genéza kryštálov. M., 1973; Lodiz R. A., Parker R. L. Rast monokryštálov. M., 1974; Problémy modernej kryštalografie. M., 1975; Moderná kryštalografia. M., 1980. T. 3; Chernov A. A. Kryštalizačná fyzika. M., 1983; Geguzin Ya. E., Kaganovsky Yu. S. Difúzne procesy na povrchu kryštálu. M., 1984; Skripov VP, Koverda VP Spontánna kryštalizácia podchladených kvapalín. M., 1984; Problémy kryštalografie. M., 1987; Chuprunov E. V., Khokhlov A. F., Faddeev M. A. Kryštalografia. M., 2000.
Voda je nielen jedným z najpotrebnejších, ale aj najúžasnejších javov na našej planéte.
Je známe, že prakticky všetky látky prírodného alebo umelého pôvodu sú schopné byť v rôznych stavoch agregácie a meniť ich v závislosti od podmienok prostredia. A hoci vedci poznajú viac ako tucet fázových stavov, z ktorých niektoré možno získať iba v laboratóriu, v prírode sa najčastejšie vyskytujú iba tri takéto stavy: kvapalný, pevný a plynný. Voda môže byť vo všetkých troch týchto skupenstvách, v prirodzených podmienkach prechádzať z jedného do druhého.
Voda vo svojom kvapalnom stave má voľne naviazané molekuly, ktoré sú v neustálom pohybe a snažia sa zhlukovať do štruktúry, ale kvôli teplu to nedokážu. V tejto forme môže mať voda absolútne akúkoľvek formu, ale nie je schopná ju udržať sama. Pri zahriatí sa molekuly začnú pohybovať oveľa rýchlejšie, vzďaľujú sa od seba a keď voda postupne prechádza do plynného skupenstva, to znamená, že sa mení na vodnú paru, väzby medzi molekulami sa nakoniec prerušia. Keď je voda vystavená nízkym teplotám, pohyb molekúl sa výrazne spomalí, molekulárne väzby sa veľmi upevnia a molekuly, ktoré už nie sú ovplyvnené teplom, sú usporiadané do kryštalickej formy. 
šesťuholníková štruktúra. Všetci sme už videli podobné šesťuholníky padať na zem v podobe snehových vločiek. Proces premeny vody na ľad sa nazýva kryštalizácia alebo tuhnutie. V pevnom skupenstve si voda môže dlho udržať akúkoľvek formu.
Proces kryštalizácie vody začína pri teplote 0 stupňov Celzia, ktorá má 100 jednotiek. Tento merací systém sa používa v mnohých európskych krajinách a v SNŠ. V Amerike sa teplota meria pomocou Fahrenheitovej stupnice, ktorá má 180 dielikov. Cez ňu prechádza voda z kvapalného do tuhého skupenstva pri 32 stupňoch.
Voda však pri týchto teplotách nie vždy zamrzne, takže veľmi čistú vodu je možné prechladiť na teplotu -40°C a nezamrzne. Faktom je, že vo veľmi čistej vode nie sú žiadne nečistoty, ktoré slúžia ako základ pre vybudovanie kryštalickej štruktúry. Nečistoty, na ktoré sú naviazané molekuly, môžu byť prachové častice, rozpustené soli atď.
Charakteristickou črtou vody je, že kým iné látky sa pri mrazení stláčajú, pri premene na ľad sa naopak rozťahuje. Stáva sa to preto, že keď voda prechádza z kvapaliny do pevného skupenstva, vzdialenosť medzi jej molekulami sa mierne zväčšuje. A keďže má ľad menšiu hustotu ako voda, pláva na jeho povrchu.
Keď už hovoríme o zamŕzaní vody, nemožno nespomenúť zaujímavý fakt, že horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená, nech to znie akokoľvek paradoxne. Tento jav bol známy už za čias Aristotela, no ani slávnemu filozofovi, ani jeho nasledovníkom sa nepodarilo túto záhadu rozlúštiť a na fenomén sa na dlhé roky zabudlo. Znovu sa o tom začalo rozprávať až v roku 1963, keď si študent Erasto Mpemba z Tanzánie všimol, že pri výrobe zmrzliny pochúťka vyrobená z ohriateho mlieka rýchlejšie stvrdne. Chlapec o tom povedal svojmu učiteľovi fyziky, ale ten sa mu vysmial. Až v roku 1969, keď sa mladý muž stretol s profesorom fyziky Dennisom Osbornom, dokázal po spoločne vykonaných experimentoch nájsť potvrdenie svojej domnienky. Odvtedy sa ohľadom tohto javu objavilo mnoho hypotéz, napríklad, že horúca voda rýchlejšie zamŕza v dôsledku jej rýchleho vyparovania, čo vedie k úbytku objemu vody a v dôsledku toho k rýchlejšiemu tuhnutiu. Ale nikto z nich nedokázal vysvetliť podstatu tohto javu.
|
Alexandra
24.08.2017 12:05
11.03.2015 21:11
|
KRYŠTALIZÁCIA- vznik kryštálov z plynu, roztoku, taveniny, skla alebo kryštálu iných štruktúr (polymorfné premeny). K. spočíva v ukladaní atómov, molekúl alebo iónov do kryštálová mriežka. K. určuje tvorbu minerálov, ľadu, hrá významnú úlohu v atm. javy, v živých organizmoch (tvorba zubnej skloviny, kostí, obličkových kameňov). Do K. prijímajú masívne monokryštály aj tenké kryštalické. fólie, dielektrika a kovy. omša K. - v rovnakom čase. rast mnohých malých kryštálov - je základom metalurgie a je široko používaný v chemickom, potravinárskom a medicínskom priemysle.
Termodynamika kryštalizácie. Usporiadanie častíc v kryštáli je usporiadané (pozri obr. ďaleké a blízke poradie) a ich entropiu S K menšia entropia S c in neusporiadané médium (para, roztok, tavenina). Preto pokles teploty T na poste. tlak R vedie k tomu chemický potenciál látky v kryštáli
sa v počiatočnom prostredí stáva menším, než je jeho potenciál:
Tu sú interakčné energie častíc a sp. objem hmoty v kryštáli a neusporiadané stavy (fázy), S K a S C - entropia. Teda kryštalický. fáza sa ukáže ako „výnosnejšia“, nastáva K. sprevádzaná uvoľnením tzv. latentné teplo K.: H=T(SC-SK)0,5-5 eV, ako aj skok v úderoch. objem 
(fázový prechod prvého rádu). Ak p10 4 atm, potom člen vo vzťahu (1) je malý a tepelná hodnota K. sa rovná 
, t.j. je mierou zmeny väzbovej energie medzi časticami pri K. [pri K. z taveniny a môže mať dekomp. znaky].
To. pri polymorfných transformáciách (pozri. Polymorfizmus) môže byť fázovým prechodom druhého rádu. V prípade prechodov prvého rádu je rozhranie kryštál-médium lokalizované v niekoľkých medziatómové vzdialenosti a jeho sp. voľná energia >0.
Pre prechody druhého druhu nie je hranica lokalizovaná a
Podmienky( p, T, C k) =(p, T, C c) pre každú zo zložiek kryštálu a média sa určí vzťah p, T a koncentrácia zložiek S, pri ktorej je kryštál v rovnováhe s prostredím, t.j. stavový diagram látok. Rozdiel
, čo je miera odchýlky od rovnováhy, tzv. termodynamika h.hnacia sila K. Zvyčajne vzniká znižovaním teploty pod rovnovážnu hodnotu T 0, t.j. podchladenie systému T-T0-T. Ak
T T0 teda
Ak tlak R pary alebo koncentrácie S v roztoku je viac rovnovážnych hodnôt p 0 a Od 0, potom hovoria o abs. presýtenie ( p=p-
p 0 alebo C=C-C0) alebo súvisí. presýtenie (= r/r 0 alebo S/S 0). V tomto prípade v riedených parách a zriedených roztokoch
V procese rastu monokryštálov z roztokov, zvyčajne z pár a počas chemických. reakcie 1, počas kondenzácie molekulárnych lúčov 10 2 -10 4 .
To môže nastať v dôsledku alebo za účasti chemikálií. reakcie. Rovnovážny stav zmesi plynov s možným chem. reakcie medzi jeho zložkami A i možno všeobecne zapísať ako , kde je stechiometrické. koeficient (<0
для прямой реакции,
>0 pre spätný chod). V tomto prípade
Tu Komu je rovnovážna konštanta reakcie, p i- (alebo koncentrácia, ak reakcia prebieha v roztoku). V prípade elektrolytov
Ryža. 4. Kryštalografické najhustejšie (hore) a päťuholníkové (spodné) výplne.
Zníženie teploty nielen znižuje nukleačnú prácu, ale tiež exponenciálne zvyšuje viskozitu taveniny, t. j. znižuje frekvenciu prichytenia nových častíc k jadru (obr. 5a). Ako výsledok ja(T) najprv dosiahne maximum a potom sa stane tak malým (obr. 5, b)že pri nízkej teplote tavenina stuhne a zostane amorfná. V taveninách s relatívne nízkou viskozitou je to možné len pri veľmi rýchlom (10 6 K/s) ochladzovaní. Takto sa získavajú amorfné kovové zliatiny (pozri. amorfné kovy). V kvapalnom héliu je tvorba jadier možná nie prechodom systému cez bariéru, ale tunelovaním cez ňu. Pri pestovaní veľkých dokonalých kryštálov na „semenách“ sa vzniku spontánnych zárodkov zamedzí použitím mierne presýtených roztokov alebo prehriatych tavenín. Naopak, v metalurgii sa usiluje o získanie maximálneho počtu kryštalizačných centier vytváraním hlbokých podchladení (pozri nižšie).
Ryža. 5. Teplotné závislosti rýchlosti nukleácie a rastu kryštálov: a) plné krivky - teplotná závislosť počtu jadier kyseliny citrónovej Obr. v podchladený vodný roztok (teplota nasýtenia: A-62 °C, AT- 85 °С); bodkovaná čiara - zvýšenie viskozity (v polohe) roztokov s poklesom T; b) rýchlosť rastu v kryštály benzofenónu z taveniny ako funkcia T.
rast kryštálov môže byť vrstvený a normálny v závislosti od toho, či je jeho povrch atómovo hladký alebo drsný. Atómové roviny tvoriace hladkú plochu sú takmer úplne dokončené a obsahujú relatívne malý počet voľných pracovných miest a atómy adsorbované na miestach zodpovedajúcich miestam kryštálu. mriežky ďalšej vrstvy. Okraje nedokončených atómových rovín tvoria stupne (obr. 6c). V dôsledku tepelných výkyvov obsahuje krok určitý počet trojrozmerných vstupných uhlov - zalomení. Pripojenie novej častice k zlomu nemení povrchovú energiu, a preto je základným aktom rastu kryštálov. So zvýšením pomeru tepelnej energie kT k povrchovej energii (na 1 atómové miesto na povrchu) sa zvyšuje hustota zalomenia. V súlade s tým sa konfigurácia zvyšuje. entropia a voľná lineárna energia kroku klesá. Pri definovaní vzťahy (blízko 1, ale trochu odlišné pre rôzne plochy), lineárna energia kroku sa zmení na 0 a krok sa "rozmaže" pozdĺž okraja, okraj sa zmení na drsný, t.j. rovnomerne a husto pokrytý zlomami povrch (obr. 6, b). Spojenie povrchovej energie s teplom K. umožňuje dospieť k záveru, že pre látky a teploty, pre ktoré je zmena entropie počas K. taká, S/k> 4, všetky tesne uzavreté plochy sú hladké. Táto situácia je typická pre rovnováhu kryštál-para a tiež (pre určité látky) pre rozhranie kryštál-tavenina. Prechod od drsnosti k fazetovaniu je možný pri zmene koncentrácie v dvojzložkových sústavách (K. z roztokov). Ak S/k<2
(typické pre tavenie kovov), potom sú povrchy ľubovoľnej orientácie drsné. o 
jednotlivé hladké plochy koexistujú s drsnými povrchmi (napr. kryštály Ge a Si v taveninách, granáty v taveninách a vysokoteplotné roztoky). Závislosť voľnej energie a rýchlosti povrchu od orientácie povrchu má ostré (singulárne) minimá pre hladké (singulárne) plochy a zaoblené (nesingulárne) pre drsné povrchy.
Ryža. 6. Atómovo hladké ( a) a hrubý ( b) povrchy (počítačové modelovanie).
Ryža. 7. Sústredné kroky na ploche (100) NaCl počas rastu z molekulárneho lúča. Výška schodíka 2,82 A (zdobený drobnými kryštálmi špeciálne naneseného zlata).
Ryža. 8. a - Špirálová forma rastu; b- schod končiaci na ploche v mieste jej priesečníka skrutkou.
Pridanie nového atómu v akejkoľvek polohe na povrchu, okrem zlomu, mení jeho energiu. Zaplnením niekoľkých voľných miest, ktoré túto energiu zníži, nemôže vzniknúť nová atómová vrstva a koncentrácia atómov v miestach zodpovedajúcich mriežkovým miestam ďalšej vrstvy energiu zvyšuje a je teda malá. V dôsledku toho je nevratné pripojenie častíc ku kryštálu, teda jeho rast, možný len vtedy, keď sú na jeho povrchu trhliny. Na drsných povrchoch je hustota zlomenín vysoká a rast pozdĺž normály k povrchu je možný takmer v akomkoľvek bode. Takéto zvýšenie v normálne. Je obmedzená rýchlosťou pripájania otd. častice lámať. Jeho rýchlosť R lineárne sa zvyšuje s prechladzovaním vpredu K.:
Tu a- medziatómová vzdialenosť, l 0 - vzdialenosť medzi zlommi, - efektívna tepelná frekvencia, - energia potrebná na pripojenie častíc k zlomu (aktivačná energia). Zohľadňuje preskupenie krátkodosahového poriadku v kvapaline, vytvára sa desolvatácia. častice a zlomy v roztokoch, chem. reakcie a pod.V jednoduchých taveninách koeficient. sú veľké, čo zaisťuje rast citeľným tempom pri prechladzovaní na K fronte. T 1 TO. Takže pre rast Si 10 6 cm / s sa dosiahne R = (3-5) * 10 -3 cm / s pri 10 -5 K. Pri dostatočne nízkych teplotách sa pohyblivosť častíc znižuje a rýchlosť rastu klesá, podobne k rýchlosti nukleácie (obr. 5, b).
Ak je povrch hladký, prestávky existujú iba na schodoch, nasleduje rast. ukladanie vrstiev a tzv. vrstvené. Ak je povrch tvorený rebríkom rovnakých stupňov a je v priemere odchýlený od najbližšej singulárnej plochy o uhol s dotyčnicou R, potom porov. jeho rýchlosť rastu pozdĺž normály k tejto singulárnej orientácii
kde je kroková rýchlosť rastu pozdĺž tváre (v roztokoch 10 -1 -10 -3 cm/s.)
Hustota krokov je určená tým, či sú generované dvojrozmernými jadrami resp dislokácie Tvorba dvojrozmerných jadier vyžaduje prekonanie potenciálnej bariéry, ktorej výška je úmerná lineárnej energii stupňov a nepriamo úmerná . Zodpovedajúcim spôsobom je rýchlosť k. pre malé exponenciálne malá T[pre rast plochy (III) Si s R=(3-5)*10 -3 cm/s je potrebné T 0,ZK; viď vyššie]. V K. z molekulových lúčov, ak sú miesta prevládajúceho vzniku dvojrozmerných jadier, majú stupne podobu uzavretých prstencov (obr. 7). Je možné, že tvorbu zárodkov „uľahčujú“ miesta vzniku okrajových dislokácií na povrchu.
Pri raste na skrutkovej dislokácii získa ním vytvorený krok v procese rastu špirálovitý tvar (obr. 8), keďže v koncovom bode kroku na dislokácii je rýchlosť jej rastu 0. V procese špirály po raste sa nová vrstva "navinie" okolo výstupného bodu dislokácie a na povrchu sa objaví jemne sa zvažujúci (vicinálny) kopec rastu. Kopce sú často tvorené skupinou dislokácií, ktorých celkový Burgersov vektor má zložku v smere normály k povrchu b, rovný niekoľkým parametre a mriežky. Výstupné body týchto dislokácií môžu zaberať určitú oblasť na povrchu (s obvodom 2L, ryža. deväť, a, c). V tomto prípade sklon kruhového vicinálneho kopca zviera uhol so singulárnou plochou s dotyčnicou R =b/(19r c +2 h) (obr. 9, b). Sklony kopcov sa merajú optickými metódami. (Obr. 10), metódou farieb tenkých dosiek a niekedy aj priamo vizualizáciou krokov.
Ryža. 9. Dvojramenná špirála tvoriaca vicinálny val okolo výstupných bodov dvoch dislokácií na povrch: o) celkový pohľad na kopec; b) jeho rez rovinou kolmou na tvár a prechádzajúcou cez výstupné body dislokácií; c) špirála na (100) ploche syntetického diamantu.
Ryža. 10. Rušivé strapce z vicinálneho pahorku na okraji krištáľového hranola ADP(rast z vodného roztoku).
Polomer 2D kritu. jadro je úmerné lineárnej energii kroku a nepriamo úmerné T. Preto s nárastom T strmosť kopca R rastie lineárne pri malom T a má tendenciu k saturácii vo všeobecnosti (at L 0). V súlade s tým normálne tempo rastu R rastie kvadraticky s presýtením pri nízkych podchladeniach a lineárne pri vysokých podchladeniach (obr. 11). Variácie Burgsovho vektora a rozsahu L dislokácia zdroje určujú rozptyl v rýchlostiach rastu kryštalograficky identických plôch (alebo rovnakej plochy) za rovnakých podmienok. Ako tvár rastie, výstupný bod dislokácie, ktorý nie je na ňu kolmý, sa posúva a môže dosiahnuť jeden z okrajov. Potom krok zmizne. Ďalej kryštalizácia prebieha len dvojrozmernou nukleáciou a rýchlosť rastu klesá pri nízkych podchladeniach (aspoň o niekoľko rádov pre kryštalizáciu z taveniny a o niekoľko rádov pre kryštalizáciu z roztoku). Vzhľadom na relatívne malé hodnoty lineárnej energie krokov na rozhraní kryštál-tavenina a absenciu problému s dodávaním kryštalizujúcej látky a L do niekoľkých. rádovo vyššie ako u K. z roztokov a plynnej fázy.
Vzhľadom na nízku hustotu plynnej fázy prechádza vrstva po vrstve K. z nej do hlavnej. nie priamym zásahom častíc na schodíky, ale vďaka časticiam adsorbovaným na atómovo hladkých „terasách“ medzi schodíkmi. Počas doby medzi okamihmi prilepenia na povrch a takáto častica vykonáva náhodné prechádzky po povrchu a opúšťa miesto prilepenia vo vzdialenosti rádovo cp. spustiť l s . Do kroku sa preto môžu dostať len častice adsorbované okolo nej v širokom pásme Väčšina častíc dopadajúcich na povrch s nízkou hustotou krokov sa odparí - koeficient. kondenzácia na takýchto povrchoch je malá. Blíži sa k 1 pri vysokej hustote krokov, teda pri prostriedkoch. supersaturáciami. Z rovnakého dôvodu sa rýchlosť žiarenia z plynnej fázy aj pri jednej dislokácii zvyšuje kvadraticky s presýtením pri nízkych presýteniach a lineárne pri vysokých presýteniach. Pri kondenzácii molekulárnych lúčov sa dvojrozmernou nukleáciou vytvárajú stupne v miestach, kde presýtenie v adsorpčnej vrstve dosiahne kritickú úroveň, a preto porov. vzdialenosť medzi stupňami je určená dĺžkou dráhy adsorbérov. častice.
Prísun hmoty k rastúcemu povrchu a odvod tepla z neho K. obmedzuje rýchlosť K. keď tieto procesy prebiehajú pomalšie ako povrchové. Takýto režim difúzie je typický pre kryštály vyrobené z tavenín a nezmiešaných roztokov. Vysoká rýchlosť kryštalizácie z taveniny je základom všetkých široko používaných metód pestovania monokryštálov, pri ktorých sa rýchlosť kryštalizácie nastavuje mechanicky. pohyb kryštálu vzhľadom na nezávisle vytvorené tepelné pole. Kinetický spôsob kryštalizácie, kedy je rýchlosť kryštalizácie obmedzená povrchovými procesmi, je charakteristický pre kryštalizáciu z miešaných roztokov, z plynnej fázy a rast kryštálov s vysokou entropiou topenia z miešanej taveniny.
Ryža. 11. Náklony R vicinálne pahorky tvorené dvoma rôznymi zdrojmi dislokácií a nimi špecifikované rýchlosti rastu faziet R v závislosti od presýtenia.
rastové formy kryštály (habitus) sú určené anizotropiou rýchlosti K. a podmienkami prenosu tepla a hmoty. Kryštály s drsným povrchom majú zvyčajne okrúhly tvar. Atómovo hladké povrchy sa javia ako tváre. Stacionárna forma kryštalická. mnohosten je taký, že vzdialenosť od stredu ku každej ploche je úmerná rýchlosti jej rastu. Výsledkom je, že kryštál tvoria čelá s min. miery rastu (tváre s vysokou rýchlosťou sa postupne znižujú a miznú). Sú rovnobežné s rovinami s max. tesné balenie a max. silné väzby v atómovej štruktúre kryštálu. Preto majú kryštály s reťazovou a vrstvenou štruktúrou ihličkovitý alebo tabuľkový tvar. Anizotropia rýchlosti rastu a následne forma rastu kryštálov pri rozklade. fázy závisia od zloženia, T, T a silne sa menia pôsobením povrchovo aktívnych nečistôt.
V dôsledku vysokej rýchlosti povrchových procesov K. hypotermia T malé na atómovo drsných povrchoch, t.j. T=T0(odtiaľ názov izotermy). V prípade nekovov tesne uzavreté plochy s jednoduchými indexmi často zostávajú jednotné a objavujú sa na zaoblenej prednej strane K. vo forme plochého rezu v tvare kruhu, elipsy alebo prstenca (obr. 12, a ), v závislosti od tvaru izotermy K. je konštantná a v bodoch dosahuje minimum, max. preč od izotermy T=T0. V týchto bodoch najvyššieho podchladenia sa vytvárajú vrstvy, ktoré určujú rýchlosť rastu fazety. Preto je stacionárna veľkosť tváre väčšia, tým väčšia T je nevyhnutný pre jeho rast rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti zaobleného čela kryštálu v smere predlžovania kryštálu. Drsné a fazetované povrchy zachytávajú rôzne množstvá nečistôt a kryštál so súčasne existujúcimi fazetovými a drsnými formami rastie nehomogénne (obr. 12, b).
Ryža. 12. Vytvorenie plochej plochy na zaoblenej prednej strane kryštálu (kryštál sa vytiahne z taveniny): a- axiálny rez kryštálom s kryštalizačným čelom konkávnym smerom ku kryštálu v strede a plochým pozdĺž obvodu; b- pozdĺžny rez kryštálom Si (okrajová oblasť je obohatená o nečistoty).
Ak T klesá v tavenine so vzdialenosťou od prednej časti, potom je predná časť nestabilná: výstupok, ktorý na ňom náhodne vznikol, spadne do oblasti väčšieho podchladenia, rýchlosť rastu vrcholu výstupku sa ešte zrýchli atď. v dôsledku toho sa ploché čelo rozpadne na lamelárne alebo ihličkovité kryštály - v úseku rovnobežnom s prednou časťou sa objaví pásiková alebo bunková štruktúra. Bunky sú charakteristické veľkými teplotnými gradientmi a zvyčajne majú šesťuholníkový tvar bez ohľadu na symetriu kryštálu (obr. 13). Nestabilita je nezlučiteľná s rastom dokonalých monokryštálov, pretože vedie k zachytávaniu inklúzií v materskom médiu. Sférický kryštál rastúci v podchladenej tavenine alebo roztoku si zachováva svoj tvar, kým jeho polomer nedosiahne kritickú hodnotu. hodnoty v závislosti od polomeru kritického. jadro a rýchlosť povrchových procesov K. Neskôr sa vyvinú výbežky a kryštál nadobúda kostrovú štruktúru (obr. 14, a, b) alebo dendritický tvar (obr. 14, v, G). Názov druhého je spojený s výskytom sekundárnych vetiev potom, čo primárna rímsa dosiahne kritický bod. dĺžka.
Ryža. 13. Schéma bunkovej štruktúry čela kryštalizácie.
Ryža. 14. Počiatočný okrúhly kryštál cyklohexanolu v tavenine ( a), počiatočné štádium rastu kostrových kryštálov ( b), dendrit ( v), dendrit pri vysokej hypotermii ( G).
Nečistota vytlačená K. frontom z taveniny sa pred ňou hromadí a zmenou rovnovážnej teploty K. spôsobuje tzv. koncentrácie podchladenie, ktoré sa zvyšuje so vzdialenosťou od prednej časti. Ak sa rovnovážna teplota v tavenine zvyšuje so vzdialenosťou od čela rýchlejšie ako skutočná, potom vzniká koncentračná nestabilita. Zaniká pri dostatočne vysokých pomeroch teplotného gradientu na K. fronte k jeho rýchlosti.
K. front od roztoku je vždy nestabilný, pretože presýtenie sa zvyšuje so vzdialenosťou od rastúceho povrchu. Fazetové kryštály sa vyznačujú veľkým presýtením v blízkosti vrcholov a hrán a rozdiel sa zvyšuje s veľkosťou tváre. Pri dostatočne veľkom presýtení a veľkosti faziet sa vrcholy stávajú hlavnými zdrojmi rastových krokov a v strede. v častiach tvárí vznikajú poklesy – začína rast kostry (obr. 15). Prispievajú k tomu niektoré nečistoty. Nestabilita K. z roztokov sa potláča intenzívnym miešaním, znížením presýtenia a niekedy aj vnášaním nečistôt.
Ryža. 15. Kostrový kryštál spinelu.
Zachytávanie nečistôt. Pomer koncentrácií nečistôt v kryštáli a pôvodnej látky tzv. koeficient zachytiť Komu. U K<1 К. ведёт к очистке от примеси кристалла, при К>1 - k čisteniu pôvodného média, K=1 zodpovedá zachovaniu koncentrácie. Coef. zachytenie rôznymi tvárami sú rôzne a nezhodujú sa s termodynamickým. rovnováha, určená stavovým diagramom. Preto sa zloženie kryštálu odchyľuje od termodynamickej rovnováhy. Napríklad pri laserovej alebo elektronickej pulznej rekryštalizácii tenkých blízkych povrchových Si vrstiev s K až niekoľkonásobne. m/s koncentrácia nečistôt As, Sb, In, Bi v kryštáli Si prekračuje rovnováhu 3-600 krát a prevažná väčšina atómov nečistôt sa nachádza v miestach mriežky. Je to spôsobené predovšetkým štatistikou výber: každé miesto mriežky počas K. je nakoniec po mnohých pokusoch vyplnené jedným alebo druhým atómom (od 10 6 -10 7 pri rýchlostiach 10 -3 cm/sa až do 10 pri rýchlostiach m/s). Po druhé, v podmienkach rýchlej kryštalizácie nemá difúzia v tavenine čas na pokračovanie.
Nerovnovážne zachytávanie nečistôt počas rastu po vrstvách je spojené so štatistikou. výber na krokoch a tiež s tým, že aj rovnovážna koncentrácia nečistôt v povrchovej vrstve kryštálu a na konci kroku sa výrazne líši od objemovej koncentrácie. Pri dostatočne rýchlom ukladaní vrstiev nasledujúca vrstva natiera predchádzajúcu spolu s nečistotou v nej obsiahnutou. Výsledkom je, že každá plocha zachytáva nečistotu v množstve zodpovedajúcom koncentrácii v jej povrchovej vrstve a kryštál sa skladá z rastových sektorov rôznych plôch s rozkladom. koncentrácie nečistôt atď. vady- existuje tzv. sektorová štruktúra kryštálu (obr. 16). Množstvo nečistôt zachytených pri pohybe schodíka pozdĺž tváre závisí od orientácie tohto schodíka. Preto je rastový sektor danej tváre zase rozdelený do vykreslených regiónov vicinálov rôzne orientácie s rôznym obsahom nečistôt (vicinálna sektorovosť, obr. 17).
Rýchlosť a koncentrácia nečistôt na K. fronte z taveniny kolíše v dôsledku konvekcie taveniny a rotácie kryštálu a téglika v zvyčajne mierne asymetrickom tepelnom poli. Zodpovedajúce polohy čela K. sú vtlačené do kryštálu vo forme pruhov (zonálna štruktúra, obr. 16). Teplotné výkyvy môžu byť také silné, že rast kryštálov je nahradený tavením a porov. rýchlosť je rádovo menšia ako okamžitá rýchlosť. Intenzita konvekcie a amplitúda pásov sa znižuje, keď kryštály rastú v beztiažovom stave.
Ryža. 16. Sektorová a zonálna štruktúra kryštálu kamenca draselného.
Ryža. 17. Vicinálny pahorok vytvorený na líci krokmi troch rôznych orientácií okolo okrajovej dislokácie D(a). Rôzne sklony kopca zachytávajú rôzne množstvá nečistôt ( b).
Tvorba defektu. Cudzie plyny, rozpustné v roztokoch a topiace sa lepšie ako v kryštáloch, sa uvoľňujú na fronte K. Bubliny plynu sú zachytené rastúcim kryštálom, ak prekročia kritickú hodnotu. veľkosť sa zmenšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou rastu (podobne sa zachytávajú pevné častice). V prípade kryštalizácie v beztiažovom stave je konvekčné odstraňovanie bublín z čela kryštalizácie sťažené a kryštál je obohatený o plynné inklúzie. Špeciálnym vytváraním bublín sa získavajú penové materiály. Reálne kryštály majú vždy zonálne a sektorovo rozdelené prímesi, na raž menia mriežkový parameter, čo spôsobuje ext. napätia, dislokácií a trhlín. Posledné tiež vznikajú v dôsledku nesúladu medzi mriežkovými parametrami semena (substrátu) a kryštálom rastúcim na ňom. Vnútorné zdroje napätia a dislokácie sú tiež inklúzie materského média a cudzích častíc.
Pri K. z taveniny vznikajú dislokácie v dôsledku termoelastických napätí spôsobených nelineárnym rozložením teploty; pri ochladzovaní už vyrastených častí kryštálu zvonku; s lineárnym rozložením teplôt pozdĺž normály až po dostatočne rozšírené čelo kryštálu, ak nie je možné ohýbanie kryštálu pri voľnej teplote; dedičnosť semien. Preto rast kryštálov Si, GaAs, IP bez dislokácií začína zárodkami s malým priemerom a uskutočňuje sa v najrovnomernejšom teplotnom poli. Kryštály môžu obsahovať dislokačné slučky menšie ako 1 um. Slučky sú vytvorené ako obrysy diskovitých akumulácií (zhlukov) intersticiálnych atómov (alebo voľných miest), ktoré sú výsledkom rozpadu presýteného tuhý roztok po ochladení vyrasteného kryštálu. Atómy nečistôt môžu byť centrami klastrovej nukleácie.
Hromadná K. Pri definovaní podmienky sú zároveň možné. rast mnohých kryštálov. K spontánnemu hromadnému vzniku zárodkov a ich rastu dochádza napríklad pri tuhnutí kovových odliatkov. Kryštály sa nukleujú predovšetkým na vychladnutých stenách formy, kde sa nalieva prehriaty kov. Jadrá na stenách sú náhodne orientované, v procese rastu však „prežijú“ tie, pre ktoré je smer max. rýchlosť rastu kolmo na stenu (geometrický výber kryštálov). Vďaka tomu má povrch tzv. stĺpcová zóna pozostávajúca z úzkych kryštálov pretiahnutých pozdĺž normály k povrchu.
Hromadná kryštalizácia v roztokoch začína buď na spontánne vytvorených jadrách alebo na špeciálne zavedených semenách. Vzájomnou zrážkou v miešanom roztoku so stenami nádoby a miešadlom sa kryštály rozrušia a vzniknú nové kryštalizačné centrá (sekundárna nukleácia). Príčinou sekundárnej nukleácie môžu byť aj malé úlomky vrstiev prevísajúce cez tvár, „utesnenie“ plochých paralelných plôch, inklúzie materského lúhu. V metalurgii sa využívajú silné konvekčné prúdy, ktoré odlamujú dendritické kryštály a rozprestierajú stredy kryštálov po celom objeme, niekedy sa využíva aj ultrazvukové drvenie rastúcich kryštálov. Hromadné K. čistia látky od nečistôt (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.: Rastúce kryštály z roztokov, 2. vydanie, L., 1983; Lemmlein G.G., Morfológia a genéza kryštálov, M., 1973; Lodiz R.A., Parker R.L., Rast monokryštálov, prekl. z angličtiny, M., 1974; Problémy modernej kryštalografie, M., 1975; Moderná kryštalografia, zväzok 3, Moskva, 1980; Chernov A. A., Physics of Crystallization, M., 1983; Geguzin Ya. E., Kaganevsky Yu. S., Difúzne procesy na povrchu kryštálu, M., 1984; Morokhov I. D., Trusov L. I., Lapovok V. N., Fyzikálne javy v ultrajemných médiách, M., 1984; Skripov V.P., Koverda V.P., Spontánna kryštalizácia podchladených kvapalín, M., 1984.
Fáza je homogénna časť termodynamického systému oddelená od ostatných častí systému (iných fáz) rozhraním, pri prechode ktorým sa náhle mení chemické zloženie, štruktúra a vlastnosti látky.
Kryštalizácia je proces oddeľovania pevnej fázy vo forme kryštálov z roztokov alebo tavenín, v chemickom priemysle sa proces kryštalizácie využíva na získanie látok v čistej forme.
Kryštalizácia začína, keď sa dosiahne určitá hraničná podmienka, napríklad podchladenie kvapaliny alebo presýtenie pary, keď sa takmer okamžite objaví veľa malých kryštálov - kryštalizačné centrá. Kryštály rastú pripojením atómov alebo molekúl z kvapaliny alebo pár. Rast kryštálových plôch prebieha vrstva po vrstve, okraje neúplných atómových vrstiev (stupňov) sa počas rastu posúvajú po ploche. Závislosť rýchlosti rastu od podmienok kryštalizácie vedie k rôznym rastovým formám a kryštálovým štruktúram (polyedrické, lamelárne, ihličnaté, skeletové, dendritické a iné formy, ceruzkové štruktúry atď.). V procese kryštalizácie sa nevyhnutne vyskytujú rôzne defekty.
Počet kryštalizačných centier a rýchlosť rastu sú výrazne ovplyvnené stupňom podchladenia.
Stupeň podchladenia je úroveň ochladenia tekutého kovu pod teplotu jeho prechodu na kryštalickú (tuhú) modifikáciu. S.p. potrebné na kompenzáciu energie latentného kryštalizačného tepla. Primárna kryštalizácia je tvorba kryštálov v kovoch (a zliatinách) pri prechode z kvapalného do tuhého stavu.
Nadácia Wikimedia. 2010.
Synonymá:Pozrite si, čo je „Kryštalizácia“ v iných slovníkoch:
- (nová lat., z gréckeho krystallos kryštál). Taký prechod telies z kvapalného do tuhého skupenstva, v ktorom nadobúdajú známe kryštalické formy. Slovník cudzích slov zahrnutých v ruskom jazyku. Chudinov A.N., 1910. KRYŠTALIZÁCIA ... Slovník cudzích slov ruského jazyka
kryštalizácia- a dobre. kryštalizácia, lat. kryštalizácia. 1. chem. Proces tvorby kryštálov. Sl. 18. Kryštalizácia alebo zrnitosť. šrot. OM 599. // Sl. 18 11 18. Tieto minerálne výpary celej bolle sa podieľajú na kryštalizácii, farbení kameňov a ... ... Historický slovník galicizmov ruského jazyka
Vznik kryštálov z pár, p moatov, tavenín, z v va do tv. stave (amorfnom alebo inom kryštalickom), z elektrolytov v procese elektrolýzy (elektrokryštalizácie), ako aj v chem. reakcie. Pre K. porušenie termodynamických ... Fyzická encyklopédia
Kryštalizácia- - proces tvorby kryštálov pri prechode látky z termodynamicky menej stabilného stavu do stabilnejšieho. [Slovník základných pojmov potrebných pri projektovaní, výstavbe a prevádzke diaľnic.] ... ... Encyklopédia pojmov, definícií a vysvetlení stavebných materiálov
Moderná encyklopédia
Exist., počet synoným: 4 vákuová kryštalizácia (1) hydatogenéza (2) ... Slovník synonym
Kryštalizácia- KRYŠTALIZÁCIA, proces vzniku kryštálov z pár, roztokov, tavenín, z látky v inom kryštalickom alebo amorfnom stave. Kryštalizácia začína, keď je kvapalina podchladená alebo para presýtená, keď takmer okamžite ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník
KRYŠTALIZÁCIA, proces vzniku KRYŠTÁLOV z látky, ktorá prechádza z plynného alebo kvapalného skupenstva do tuhého skupenstva (sublimácia alebo topenie) alebo vznikajú z roztoku (vyparovanie alebo zrážanie). Počas tavenia sa pevná látka zahrieva ... ... Vedecko-technický encyklopedický slovník
KRYŠTALIZOVAŤ, zuyu, zuesh; vajcovitý; sovy. a nesov., že. Premeňte (dotknite sa) na kryštály. Vysvetľujúci slovník Ozhegov. S.I. Ozhegov, N.Yu. Švedova. 1949 1992 ... Vysvetľujúci slovník Ozhegov
Proces prechodu telesa z kvapalného (niekedy plynného) do tuhého skupenstva a nadobúda viac-menej pravidelný geometrický tvar kryštálu ... Encyklopédia Brockhausa a Efrona
Proces rastu k la od svojho vzniku. K. môže nastať z kvapalného skupenstva (roztok, tavenina; magma; fázový prechod), plynného (pozri. Sublimácia) a pevného. Pozri Rekryštalizácia, Metasomatóza, Koncentračné toky, Regenerácia ... ... Geologická encyklopédia
knihy
- Kryštalizácia verejnej mienky, Edward Bernays. Kniha Edwarda Bernaysa „Kryštalizácia verejnej mienky“ je prvým a už klasickým dielom venovaným PR ako samostatnej disciplíne. Napísané v roku 1923 je po prvý raz jasne...
