Πώς σχηματίζονται κρύσταλλοι σε σπηλιές;

Οι κρύσταλλοι μπορούν να αναπτυχθούν σε ένα ευρύ φάσμα σχημάτων και μεγεθών, από κρύσταλλους ορατούς μόνο με μικροσκόπιο έως πανύψηλους γιγάντιους κρυστάλλους που σχηματίζονται πάνω από χιλιάδες χρόνια σε ειδικές συνθήκες. Οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται μέσω μιας σύνθετης σειράς σταδίων, αναπτύσσονται γύρω από έναν πυρήνα, συλλέγουν υλικό και μεγαλώνουν όσο περισσότερο μένουν σε ένα κρυστάλλινο περιβάλλον.

Όλοι οι κρύσταλλοι σχηματίζονται ως αποτέλεσμα δύο διεργασιών, που ονομάζονται «πυρήνωση» και «ανάπτυξη κρυστάλλων», σε ένα «υπερκορεσμένο» υγρό διάλυμα (ένα υγρό με κάτι διαλυμένο σε αυτό. για παράδειγμα, αλάτι). Αυτό θα συμβεί σε μια σπηλιά εάν πλημμυρίσει με ένα από αυτά τα υγρά διαλύματα για εκατό χιλιάδες χρόνια ή περισσότερο. Το πρώτο βήμα, η πυρήνωση, συμβαίνει όταν ομάδες μορίων που επιπλέουν σε ένα διάλυμα αρχίζουν να κολλάνε μεταξύ τους σε σταθερές συστάδες. Το αν ένα σύμπλεγμα μορίων γίνεται σταθερό εξαρτάται από πολλούς παράγοντες εντός του διαλύματος, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας και εάν είναι «υπερκορεσμένο».

Ο υπερκορεσμός συμβαίνει όταν το διάλυμα περιέχει περισσότερο από το διαλυτικό υλικό από αυτό που μπορεί να διαλυθεί. Για παράδειγμα, εάν συνεχίσετε να ανακατεύετε τη ζάχαρη σε ένα φλιτζάνι καφέ, το υγρό θα γίνει τελικά «κορεσμένο» και δεν θα μπορέσει να διαλύσει άλλη ζάχαρη. Ο υπερκορεσμός θα συνέβαινε εάν προσθέσατε ακόμη περισσότερη ζάχαρη έως ότου τα σωματίδια επιπλέουν στον καφέ, αν δεν μπορούσαν να διαλυθούν.

Ο τρόπος με τον οποίο τα μόρια κολλάνε κατά τη διάρκεια της πυρήνωσης παίζει ρόλο στον καθορισμό του τελικού σχήματος του κρυστάλλου. Η ανάπτυξη κρυστάλλων συμβαίνει όταν οι σταθερές συστάδες στο διάλυμα επιτυγχάνουν κρίσιμο μέγεθος (οι ελάχιστες διαστάσεις που πρέπει να φτάσουν τα μόρια κρυστάλλου για να συνεχιστεί η ανάπτυξη χωρίς αποσύνθεση). Η πυρηνική ενέργεια συνεχίζεται καθώς η ανάπτυξη των κρυστάλλων αναπτύσσεται πέρα ​​από το κρίσιμο μέγεθος και καθοδηγείται από τον υπερκορεσμό, παρέχοντας επιπλέον μόρια για να κολλήσουν στον πυρήνα του αρχικού κρυστάλλου. Ανάλογα με τις συνθήκες εντός του διαλύματος, η ανάπτυξη πυρήνων ή κρυστάλλων μπορεί να κυριαρχεί έναντι του άλλου και να οδηγήσει σε κρύσταλλους διαφορετικού μεγέθους. Η ανάπτυξη ή η πυρήνωση των κρυστάλλων συνεχίζεται έως ότου τελειώσει ο υπερκορεσμός ή το σπήλαιο στεγνώσει εντελώς.

Πολλοί διαφορετικοί τύποι διαλύματος έχουν την ικανότητα να παράγουν διαφορετικούς τύπους κρυστάλλου. Για παράδειγμα, οι κρύσταλλοι αλατιού εμφανίζονται όταν το άλας διαλύεται σε νερό και ξηραίνεται, αλλά άλλα υλικά διαλυμένα σε ένα διάλυμα έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν επίσης κρύσταλλους. Το γάλλιο και ο αλογίτης είναι άλλα υλικά που είναι γνωστό ότι κρυσταλλώνουν.

Μπορείτε εύκολα να σχηματίσετε κρυστάλλους αλατιού στο σπίτι προσθέτοντας αλάτι σε βραστό νερό έως ότου γίνει υπερκορεσμένο. Χρησιμοποιήστε ένα κομμάτι χαρτόνι για να βοηθήσετε τη δημιουργία των κρυστάλλων. το κάνει παρέχοντας στα μόρια του άλατος ένα μέρος για να πυρηνωθούν. Τοποθετήστε το υπερκορεσμένο διάλυμα αλατιού με το χαρτόνι στον ήλιο μέχρι να στεγνώσει. Αυτό θα επιτρέψει τη δημιουργία μικρών κρυστάλλων.