El proceso de formación de cristales
El proceso de formación de cristales se puede dividir a grandes rasgos en dos etapas: formación de yemas de cristales y crecimiento de cristales (tomando como ejemplo la formación de cristales a partir de líquido):
(1) Cristal formación de yemas Formación, crecimiento y teoría de Cossel
Las yemas cristalinas (o núcleos cristalinos) son el centro de cristalización de sustancias en líquidos y son esencialmente cristales pequeños.
Tomemos como ejemplo el proceso de formación de cristales de NaCl en una solución de NaCl sobresaturada: en una solución de NaCl sobresaturada, hay una gran cantidad de iones Na y Cl- cargados positiva y negativamente. Bajo ciertas condiciones termodinámicas, a medida que la temperatura disminuye gradualmente, la energía cinética de los iones disminuye y la fuerza gravitacional entre los iones Na y Cl- aumenta. Se combinan entre sí para formar primero cristales lineales (Figura 1-16A) y la línea. Los cristales se acercan entre sí formando cristales de cara (Figura 1-16B), los cristales de cara se superponen entre sí para formar una red cristalina (Figura 1-16C).
Figura 1-16 Cristales en línea (A), cristales de cara (B) y yemas de cristal (C)
Además de la formación espontánea anterior, las yemas de cristal también pueden ser causadas por Las impurezas externas, fragmentos de cristales, partículas coloidales, burbujas, etc. sirven como centros de cristalización de sustancias en la solución.
También se pueden formar yemas cristalinas en soluciones insaturadas, pero se disuelven rápidamente y desaparecen después de la formación, por lo que no se pueden formar cristales en soluciones insaturadas.
El crecimiento de cristales es esencialmente un proceso en el que el exceso de partículas en la solución se adhiere a los brotes cristalinos y se expande según la red cristalina. ¿De qué manera y orden se adhieren las partículas al brote de cristal? Cosell cree que durante el crecimiento del cristal, las partículas se adhieren al brote de cristal una por una, y el orden es primero completar una fila y luego crecer adyacentes. se crece la primera capa de red, se crece la segunda capa de red, es decir, la red de superficie se mueve hacia afuera en capas paralelas. Ésta es la teoría de Cossel.
Esta teoría se puede explicar en la Figura 1-17. Imaginó un cristal reticular cúbico en crecimiento compuesto por un solo tipo de átomo. La nueva partícula fue adsorbida primero en el "1" con tres esquinas cóncavas. Porque hay tres partículas vecinas más cercanas que lo atraen, y la atracción es mayor. Cuando no hay una posición de ángulo cóncavo de tres lados, la nueva partícula se adhiere al "2" con ángulos cóncavos de dos lados, porque hay dos partículas vecinas más cercanas que la atraen y su atracción es segunda después de "1". Cuando ninguna de las posiciones anteriores está disponible, la nueva partícula se adhiere a "3", que sólo es atraída por la partícula vecina más cercana en el cristal. De acuerdo con este método y orden, es obvio que se crece una fila, y luego se crecen las filas adyacentes, y se cubre una capa de malla, y luego se crece la malla adyacente, y toda la malla se mueve hacia afuera en capas paralelas. .
Figura 1-17 Ilustración de la teoría del crecimiento cristalino de Cossel (según Godingyi et al., 1989)
Figura 1-18 Estructura de bandas de cristal de cuarzo
Esta teoría es de gran importancia para explicar la naturaleza autolimitante de los cristales, la estructura en forma de banda de algunos cristales (Figura 1-18) y la ley de identidad de los ángulos de las caras que se analizará más adelante.
(2) La tasa de crecimiento de las caras del cristal y la ley de Bravais
Durante el proceso de crecimiento del cristal, las redes de caras se mueven hacia afuera en paralelo y las distancias en las que se mueve cada red de caras hacia afuera no son completamente iguales. Como se muestra en la Figura 1-19, la distancia de movimiento hacia afuera de los planos de cristal a y c es mayor que la de los planos de cristal b y d.
Figura 1-19 Ilustración de la tasa de crecimiento de un cristal
A la distancia que la cara del cristal se mueve hacia afuera a lo largo de su dirección normal por unidad de tiempo la llamamos tasa de crecimiento de la cara del cristal. .
En un cristal, la tasa de crecimiento relativo entre las caras del cristal es inversamente proporcional a la densidad de la red superficial de la propia cara del cristal. En términos generales, la tasa de crecimiento de las caras de cristal con mayor densidad de red superficial es más lenta, mientras que la tasa de crecimiento de las caras de cristal con menor densidad de red superficial es más rápida. Las caras del cristal con una tasa de crecimiento rápida (a, c en la Figura 1-19) se contraen gradualmente e incluso desaparecen mientras que las caras del cristal con una tasa de crecimiento lenta (b, d en la Figura 1-19) se expanden gradualmente y finalmente permanecen en la superficie; cristal. Por lo tanto, el cristal real está rodeado de facetas con una alta densidad de facetas. Esta teoría se llama ley de Bravais.