Kuidas moodustuvad koobastes kristallid?

Kristallid võivad areneda väga erinevas vormis ja suuruses, alates ainult mikroskoobi all nähtavatest kristallidest kuni tuhandete aastate jooksul eritingimustes tekkinud kõrguvate hiiglaslike kristallideni. Kristallid arenevad keeruka etappide seeria kaudu, arenevad ümber tuuma, koguvad materjali ja kasvavad suuremaks, seda kauem nad jäävad kristalle soodustavasse keskkonda.

Kõik kristallid moodustuvad kahe protsessi tulemusena, mida nimetatakse "tuumade moodustumiseks" ja "kristallide kasvuks", "üleküllastunud" vedelas lahuses (vedelik, milles on midagi lahustunud; näiteks sool). See juhtub koopas, kui see on ühe sellise vedeliku lahusega üle ujutatud kuni sada tuhat aastat või kauem. Esimene samm, tuumastumine toimub siis, kui lahuses hõljuvad molekulirühmad hakkavad stabiilsetes klastrites kokku kleepuma. See, kas molekulide kobar stabiilseks muutub, sõltub lahuse paljudest teguritest, sealhulgas temperatuurist ja sellest, kas see on "üleküllastunud".

Üleküllastumine toimub siis, kui lahus sisaldab rohkem lahustuvat materjali, kui see suudab lahustuda. Näiteks kui jätkate suhkru segamist tassi kohvi sisse, muutub vedelik lõpuks "küllastunud" ega suuda enam suhkrut lahustada. Üleküllastumine toimub siis, kui lisate veel rohkem suhkrut, kuni osakesed hõljuvad kohvis ega suuda neid lahustada.

See, kuidas molekulid tuuma moodustumise ajal kokku jäävad, mängib rolli kristalli lõpliku kuju määratlemisel. Kristallide kasv toimub siis, kui stabiilsed klastrid lahuses saavutavad kriitilise suuruse (minimaalsed mõõtmed, milleni kristallimolekulid peavad jõudma, et kasvu jätkata lagunemiseta). Tuumamine jätkub, kui kristallide kasv areneb üle kriitilise suuruse ja on ajendatud üleküllastumisest, pakkudes täiendavaid molekule allesjäänud kristalli tuuma külge. Sõltuvalt lahuse tingimustest võib tuumade moodustumine või kristallide kasv olla ülekaalus ja põhjustada erineva suurusega kristalle. Kristallide kasv või tuumastumine jätkub seni, kuni üleküllastumine on lõppenud või koobas täielikult kuivab.

Paljudel erinevat tüüpi lahustel on võime toota erinevat tüüpi kristalle. Näiteks soolakristallid tekivad siis, kui sool lahustatakse vees ja kuivatatakse, kuid ka muudel lahuses lahustunud materjalidel on võime kristalle moodustada. Gallium ja haliit on muud teadaolevalt kristalliseeruvad materjalid.

Kodus saate soolakristalle hõlpsalt moodustada, lisades keeva vette soola, kuni see üleküllastub. Kristallide moodustumise hõlbustamiseks kasutage pappi; ta teeb seda, pakkudes soolamolekulidele koha tuumastamiseks. Asetage üleküllastatud soolalahus koos kartongiga päikese kätte, kuni see kuivab. See võimaldab tekkida väikestel kristallidel.