คริสตัลก่อตัวในถ้ำได้อย่างไร?

คริสตัลสามารถพัฒนาได้ในรูปทรงและขนาดที่หลากหลาย ตั้งแต่คริสตัลที่มองเห็นได้เฉพาะภายใต้กล้องจุลทรรศน์ไปจนถึงคริสตัลขนาดยักษ์ที่สูงตระหง่านซึ่งก่อตัวขึ้นในสภาวะพิเศษกว่าพันปี คริสตัลพัฒนาผ่านขั้นตอนที่ซับซ้อน พัฒนารอบๆ นิวเคลียส รวบรวมวัสดุและขยายใหญ่ขึ้นเมื่อทิ้งไว้ในสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อผลึก

ผลึกทั้งหมดเกิดขึ้นจากสองกระบวนการ เรียกว่า "นิวเคลียส" และ "การเติบโตของผลึก" ในสารละลายของเหลว "อิ่มตัวยิ่งยวด" (ของเหลวที่มีบางสิ่งละลายอยู่ในนั้น เช่น เกลือ) สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในถ้ำหากถูกน้ำท่วมด้วยหนึ่งในสารละลายของเหลวเหล่านี้นานถึงแสนปีหรือมากกว่านั้น ขั้นตอนแรก นิวเคลียส เกิดขึ้นเมื่อกลุ่มของโมเลกุลที่ลอยอยู่ในสารละลายเริ่มเกาะติดกันเป็นกลุ่มที่เสถียร การรวมกลุ่มของโมเลกุลจะเสถียรหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยภายในสารละลาย รวมถึงอุณหภูมิและไม่ว่าจะ "อิ่มตัวมากเกินไป" หรือไม่

ความอิ่มตัวยิ่งยวดเกิดขึ้นเมื่อสารละลายมีวัสดุที่ละลายมากกว่าที่จะละลายได้ ตัวอย่างเช่น หากคุณกวนน้ำตาลลงในกาแฟหนึ่งถ้วยต่อไป ของเหลวจะ "อิ่มตัว" และไม่สามารถละลายน้ำตาลได้อีก ความอิ่มตัวยิ่งยวดจะเกิดขึ้นหากคุณเติมน้ำตาลมากขึ้นจนอนุภาคลอยอยู่ในกาแฟซึ่งไม่สามารถละลายได้

วิธีที่โมเลกุลเกาะติดกันระหว่างการเกิดนิวเคลียสมีบทบาทในการกำหนดรูปร่างในท้ายที่สุดของผลึก การเติบโตของคริสตัลเกิดขึ้นเมื่อกลุ่มที่เสถียรในสารละลายบรรลุขนาดวิกฤต (ขนาดต่ำสุดที่โมเลกุลคริสตัลต้องไปถึงเพื่อเติบโตต่อไปโดยไม่แตกสลาย) นิวเคลียสยังคงดำเนินต่อไปเมื่อผลึกเติบโตเกินขนาดวิกฤตและถูกขับเคลื่อนโดยความอิ่มตัวยิ่งยวด ทำให้โมเลกุลเพิ่มเติมเกาะติดกับนิวเคลียสของผลึกลูกนก ขึ้นอยู่กับสภาวะภายในสารละลาย นิวเคลียสหรือการเติบโตของผลึกอาจมีความโดดเด่นเหนือสิ่งอื่นใดและส่งผลให้เกิดผลึกที่มีขนาดต่างกัน การเจริญเติบโตของผลึกหรือนิวเคลียสจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งความอิ่มตัวยิ่งยวดสิ้นสุดหรือถ้ำแห้งสนิท

สารละลายหลายชนิดมีความสามารถในการผลิตคริสตัลประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น ผลึกเกลือเกิดขึ้นเมื่อเกลือละลายในน้ำและทำให้แห้ง แต่วัสดุอื่นๆ ที่ละลายในสารละลายก็สามารถสร้างผลึกได้เช่นกัน แกลเลียมและเฮไลต์เป็นวัสดุอื่นๆ ที่ทราบว่าตกผลึก

คุณสามารถสร้างผลึกเกลือที่บ้านได้ง่ายๆ โดยเติมเกลือลงในน้ำเดือดจนอิ่มตัว ใช้กระดาษแข็งแผ่นหนึ่งเพื่อช่วยให้ผลึกก่อตัว มันทำได้โดยให้โมเลกุลของเกลือมีที่สำหรับสร้างนิวเคลียส วางเกลือที่อิ่มตัวด้วยกระดาษแข็งไว้กลางแดดจนแห้ง สิ่งนี้จะช่วยให้เกิดผลึกขนาดเล็กขึ้น