ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Рост кристаллов из "Химический анализ" Превращение центров кристаллизации в более крупные частицы происходит, в основном, за счет диффузии вещества к поверхности и последующего осаждения. Если бы скорость диффузии в растворе была лимитирующей стадией, то скорость роста кристаллов (за исключением тех случаев, когда имеет место высокая степень пересыщения), была бы выше, чем обычно наблюдается. Марк [33], тщательно исследовавший процесс роста кристаллов, показал, что в большинстве случаев этот процесс второго порядка, а не первого, как это соответствует диффузионному механизму. По достижении некоторой определенной скорости перемешивания, скорость роста кристаллов становится независимой от скорости перемешивания. Рост кристаллов часто задерживается или совсем подавляется вследствие адсорбции на них красителей, тогда как на скорость растворения они не оказывают заметного влияния. Это указывает, что какой-то другой фактор, а не диффузия, решающим образом определяет скорость роста кристаллов, особенно в случае мелких частиц, для которых характерно наивысшее значение диффузионного потока. Скорость потери молекул растворителя сольва-тированными ионами ряда металлов намного меньше, чем скорость диффузии [34], и высвобождение растворителя может стать фактором, контролирующим скорость роста. При завершении роста кристаллов диффузия, которая, безусловно, всегда играет какую-то роль, может оказаться определяющим фактором [35. Если в растворе присутствуют посторонние вещества, индукционный период, скорость роста кристаллов и даже форма кристаллов могут измениться. Например, добавление желатина при осаждении сульфата бария значительно удлиняет индукционный период и снижает скорость роста кристаллов. Дейвис и Нанколлас [36] обнаружили, что многие органические вещества, например бензоат калия, даже при низких концентрациях уменьшают скорость перекристаллизации хлорида серебра. Эозин может вообще предотвратить рост кристаллов. [c.168] Известны четыре основных типа роста кристаллов, основанных на винтовой дислокации, двумерной нуклеации, образовании ден-дритов и аморфном осаждении. В отдельных случаях имеет значение и послеосаждение. [c.168] Схематическое изображение роста кристаллов за счет винтовой дислокации а —первоначальная стадия б—деталь роста в месте дислокации в—конечная стадия. [c.169] Двумерная поверхностная нуклеация. Еще в 1878 г. Гиббс [41] предположил, что рост кристалла происходит посредством образования на кристаллической грани центров кристаллизации в виде однослойных островков, которые затем быстро растут до границ грани. Фольмер [42], Коссель [43] и Странский [44] вывели теоретические уравнения для скорости роста, исходя из двумерного механизма образования центров кристаллизации. Для такого образования центров кристаллизации необходимо наличие критической степени пересыщения процесс образования центров кристаллизации при этом повторяется для каждого нового слоя кристаллов. Следовательно, такой механизм роста кристаллов имеет место лишь в том случае, когда концентрация превысит некоторый определенный критический уровень пересыщения, при низких значениях пересыщения он невозможен. Так, Фольмер и Шульц [45] показали, что кристаллы нафталина, ртути и фосфора могут быть выращены из пара при пересыщении всего в 1%. Если механизмом роста было двумерное образование центров кристаллизации, то при таком пересыщении рост происходил бы только за счет атомов, попадающих на плоскую поверхность в соответствующее положение благодаря термическому возбуждению, и скорость роста должна быть в 10 ° ° ниже [46], чем наблюдаемая в действительности Как было показано, при низких значениях пересыщения рост может происходить за счет винтовой дислокации. [c.169] Дендритный рост. При высоких значениях пересыщения, когда рост кристаллов ограничен диффузией, превалирует дендритный тип роста. Он заключается в образовании неправильных или ветвистых агрегатов, напоминающих снежинки. В случае ионных осадков происходит диффузия сольватированных ионов к поверх-ностл растущего кристалла, осаждение этих ионов и высвобождение молекул растворителя с последующей диффузией растворителя в сторону от поверхности растущего кристалла. На ребрах, а особенно — Б вершинах, блокирующее влияние высвобожденного растворителя не так велико, поэтому в таких точках создаются наиболее благоприятные условия роста. Этот процесс назван механизмом затора в движении [47]. Важный аспект дендритного роста состоит в том, что образующиеся при этом кристаллы легко дробятся [48], и в результате возникает так называемое вторичное образование центров кристаллизации. Таким образом число частиц, образующихся при осаждении, может значительно превышать число центров кристаллизации, даже в отсутствие гомогенной кристаллизации. При искусственном стимулировании выпадения метеорологических осадков каждый центр кристаллизации, образованный йодидом серебра, может привести к возникновению тысяч капель дождя за счет дробления дендритных кристаллов льда. Нильсен [15] показал, что получение более мелких частиц при перемешивании в период роста кристаллов, по-видимому, опять-таки связано с дроблением дендритных кристаллов на ранних стадиях осаждения. Ультразвуковая вибрация при осаждении тоже приводит к уменьшению размера частиц. Уолтон [49] считает, что фрагментация дендритных кристаллов может иногда быть альтернативной формой начала гомогенного образования центров кристаллизации. [c.170] Осаждение аморфных осадков. Четвертый вид роста кристаллов — образование аморфного осадка — имеет большое значение при очень высоких степенях пересыщения. Высокой степени пересыщения трудно избежать, если приходится работать с веществами, имеющими чрезвычайно низкое произведение растворимости. Эта форма осадка отчасти зависит от скоростей агрегации и ориентации [50]. У ряда солей, когда степень пересыщения достаточно высока, агрегаты ионов могут быстро объединяться, образуя случайные скопления, а затем приобретают устойчивость за счет перестройки в правильную кристаллическую решетку. Если скорость ориентации ниже скорости агрегации, то образуется аморфный осадок. Примером могут служить гидратированные окислы металлов. [c.170] Вернуться к основной статье