Кристаллы могут развиваться в широком диапазоне форм и размеров, от кристаллов, видимых только под микроскопом, до высоких гигантских кристаллов, сформированных за тысячи лет в особых условиях. Кристаллы развиваются через сложную серию стадий, развиваясь вокруг ядра, собирая материал и увеличиваясь в размерах по мере того, как они дольше остаются в благоприятной для кристаллов среде.
Зарождение
Все кристаллы образуются в результате двух процессов, называемых «зародышеобразование» и «рост кристаллов», в «перенасыщенном» жидком растворе (жидкость с чем-то растворенным в ней; например, соль). Это произойдет в пещере, если она будет затоплена одним из этих жидких растворов в течение ста тысяч лет или более. Первый шаг, зарождение, происходит, когда группы молекул, плавающие в растворе, начинают слипаться в стабильные кластеры. Стабильность кластера молекул зависит от многих факторов в растворе, в том числе от температуры и от того, является ли он «перенасыщенным».
Пересыщение
Перенасыщение происходит, когда раствор содержит больше растворяющегося материала, чем он может растворить. Например, если вы продолжите размешивать сахар в чашке кофе, жидкость в конечном итоге станет «насыщенной» и не сможет больше растворять сахар. Перенасыщение произойдет, если вы добавите еще больше сахара, пока частицы не будут плавать в кофе и не могут раствориться.
Рост кристаллов
То, как молекулы слипаются во время зародышеобразования, играет роль в определении окончательной формы кристалла. Рост кристаллов происходит, когда стабильные кластеры в растворе достигают критического размера (минимальных размеров, которых должны достичь молекулы кристаллов, чтобы продолжить рост без разрушения). Зарождение зародышей продолжается по мере того, как рост кристаллов превышает критический размер и происходит за счет перенасыщения, обеспечивая прилипание дополнительных молекул к ядру зарождающегося кристалла. В зависимости от условий в растворе зародышеобразование или рост кристаллов могут преобладать над другими и приводить к образованию кристаллов разного размера. Рост или зарождение кристаллов продолжается до тех пор, пока пересыщение не закончится или пещера полностью не высохнет.
Различные типы кристаллов
Из множества различных типов растворов можно производить разные типы кристаллов. Например, кристаллы соли возникают, когда соль растворяется в воде и сушится, но другие материалы, растворенные в растворе, также могут образовывать кристаллы. Известно, что галлий и галит также кристаллизуются.
Изготовление собственных кристаллов
Вы можете легко сформировать кристаллы соли в домашних условиях, добавив соль в кипящую воду, пока она не станет перенасыщенной. Используйте кусок картона, чтобы помочь кристаллам сформироваться; он делает это, предоставляя молекулам соли место для зарождения. Положите перенасыщенный солевой раствор вместе с картоном на солнце, пока он не высохнет. Это позволит сформировать мелкие кристаллы.