Cristal·logènesi

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
El quars és una de les diverses formes termodinàmicament estables del diòxid de silici, SiO2
Sulfur de plata (whisker) en creixement sobre aparells electrònics.

El creixement dels cristalls o la cristal·logènesi és l'estadi principal del procés de cristal·lització, i consisteix en l'addició de nous àtoms, ions o cadenes de polímers dins la disposició característica de la xarxa cristal·lina Bravais

La major part de les substàncies minerals i les petites molècules orgàniques cristal·litzen fàcilment i els seus cristalls no tenen defectes visibles. En canvi les grans molècules bioquímiques, com les proteïnes, sovint són difícils de cristal·litzar. Aquesta facilitat de cristal·lització depèn molt de la intensitat de les forces interatòmiques (en el cas de les substàncies minerals), intermoleculars (substàncies orgàniques i bioquímiques) o intramoleculars (substàncies bioquímiques).

Un cristall és un material sòlid on els àtoms, molècules, o ions constituents del qual, estan disposats d'una manera ordenada repetint un patró i que s'estén en les tres dimensions de l'espai.

El creixement, típicament, segueix un estadi inicial ja sia homogeni o heterogeni de nucleació catalitzada en la superfície, excepte si està present una "llavor de cristall " que s'afegeix a propòsit al principi del creixement. La germinació corrrespon a l'aparició d'una fase cristal·lina estable a partir d'un líquid sobrefòs o d'una solució sobresaturada. El creixement és el procés que segueix a la germinació i permet l'augment de la mida de les lavors per conduir als cristalls.

L'acció del creixement del cristall dóna lloc a un sòlid cristal·lí, els àtoms o molècules del qual estan empaquetades estretament amb posicions relatives fixades en l'espai.

Els sòlids cristal·lins, típicament, es formen per refredament i solidificació de l'estat fos o líquid de la matèria. Segons la classificació d'Ehrenfest de la transició de fase de primer ordre, hi ha un canvi discontinu en el volum duraant el punt de fusió.[1][2][3][4]

Fases de la cristal·lització[modifica | modifica el codi]

El procés de nucleació i creixement generalment té lloc en dos estadis diferents. En el primer estadi de nucleació es crea un petit nucli que conté un nou cristall en formació. La nucleació té lloc de manera relativament lenta a mesura que els components del cristall es van orientant per adherir-se i formar el cristall. Després de la nucleació es passa a un segon estadi, aquest amb creixement ràpid. El creixement s'estén cap enfora des del lloc de la nucleació en aquest procés més ràpid els elements que formen el motiu estructural afegeixen al cristalll en creixement la xarxa cristal·lina predeterminada, començada durant la nucleació inicial Els cristalls perfectes només creixerien d'una forma excesivament lenta. Els cristalls normals creixen de manera comparativement més ràpida perquè aquests contenen dislocacions (i altres defectes) els quals proporcionen els punts necessaris de creixement, donant el catalitzador necessari per la formació estructural i la formació de l'ordre.[5]

Forces conductores[modifica | modifica el codi]

El mecanismes de creixement lateral es troba en qualsevol zona de la superfície que arribi a un equilibri metaestable en la presència d'una força conductora i tendirà a romandre en aquesta configuració d'equilibri fins a passar al següent pas. Si la superfície no pot arribar a aquest equilibri metaestable en presència de la força conductora, aleshores continuarà avançant sense esperar el moviment lateral.

S'ha de tenir en compte que en un procés típic de solidificació o cristal·lització, la força conductora termodinàmica està dictada pel grau de sobrerefredament.

La morfologia del cristall proporciona l'enllaç entre la cinètica del creixemnt i les propietats físiques.[6]

Control de la difusió[modifica | modifica el codi]

Animació de la NASA de la formació de dendrites en microgravetat.
Dendrites de manganès en roca calcària a Solnhofen, Alemanya. Escala en mm.

De forma molt comuna quan la supersaturació (o grau de subfusió) és alt, i de vegades fins i tot si no és alt, la cinètica del creixement pot ser controlada per la difusió. Sotaa aquestes condicion, la forma de cristall polihèdric serà inestable i farà protusions en les seves vores.

Això passa en els cristall de les dendrites.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Atkins, P.W., Physical Chemistry (W.H. Freeman & Co., New York, 1997) ISBN 0716734656
  2. Hilliard, J; Cahn, J. «On the nature of the interface between a solid metal and its melt». Acta Metallurgica, vol. 6, 12, 1958, pàg. 772. DOI: 10.1016/0001-6160(58)90052-X.
  3. Cahn, J. «Theory of crystal growth and interface motion in crystalline materials». Acta Metallurgica, vol. 8, 8, 1960, pàg. 554. DOI: 10.1016/0001-6160(60)90110-3.
  4. Cahn, J; Hillig, W; Sears, G. «The molecular mechanism of solidification». Acta Metallurgica, vol. 12, 12, 1964, pàg. 1421. DOI: 10.1016/0001-6160(64)90130-0.
  5. Frank, F. C.. «The influence of dislocations on crystal growth». Discussions of the Faraday Society, vol. 5, 1949, pàg. 48. DOI: 10.1039/DF9490500048.
  6. Gibbs, J.W., On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, Collected Works, (Longmans, Green & Co., New York, 1928)