확실히 당신은 크리스탈에 대해 들어봤을 것입니다.이 시점에서 당신의 마음은 거대한 다이아몬드, 자수정 또는 토파즈를 시각화했을 것입니다. 그리고 확실히이 그룹에는 잘 알려진 피 에드 라스 프레시 오사스하지만 크리스털이라는 용어가 엄밀히 말하면 보석 분야만을 포괄하는 것은 아닙니다.
Un cristal 이는 다음과 같이 알려진 흥미로운 과정을 거쳐 만들어진 최종 산물입니다. 결정화결정은 공간상에서 규칙적으로 반복되는 여러 평면에 위치한 부분들인 "면"으로 이루어진 균질한 고체라는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 내부 및 외부 구조는 결정을 유리와 같은 비정질 고체와 구별하는 특징입니다.
수정이란 정확히 무엇인가요?
물리학과 화학의 관점에서 보면, cristal 고체는 입자(원자, 이온 또는 분자)들이 규칙적으로 배열된 물질입니다. 정기적이고 주기적인 공간의 3차원 공간에서 이러한 반복적인 배열을 무엇이라고 부릅니까? 결정 격자또한 결정의 밝기, 경도 또는 외부 기하학적 모양과 같은 관찰 가능한 거시적 특성의 많은 부분을 담당합니다.
결정성 고체에서 물질이 차지하는 공간의 모든 점은 다음과 같은 성질을 가진다. 주기적 반복 특정 방향에 따라. 결정학에서 이러한 공간적 반복 현상을 라고 합니다. 번역일부 플라스틱이나 유리와 같은 비정질 고체는 매우 짧은 거리에서만 질서가 유지되는 반면, 결정은 고체 전체에 걸쳐 장거리 질서를 나타냅니다.
결정화로 인한 고체의 특성
결정의 크기는 가변적인 특성으로, 다양한 크기를 가질 수 있습니다. 결정은 다음과 같은 곳에서 발견됩니다. 뮤 그란데 이는 "미터"라는 선형 단위로 측정할 수 있으며, 결정은 특정 단위로 표현되어야 합니다. 미크라스, 크기가 작기 때문에 현미경으로 만 관찰 할 수있는 박테리아와 같은 미생물과 비슷합니다.
앞서 언급했듯이, 결정 과정 그 결과 고순도의 제품이 생산되므로 정의에 다음과 같이 명시되어 있습니다. 결정이 균질하다즉, 고체 내부 어느 지점에서든 생성물의 조성은 일정하게 유지됩니다. 이는 다음을 의미합니다. 물리적, 화학적 특성 그것들은 작품 전체에 걸쳐 변하지 않고 유지됩니다. 만약 외부 교란으로 인해 변화가 관찰된다면, 그 변화는 결정질 전체에 걸쳐 일관되게 발생하는 경향이 있습니다.
이러한 특성 덕분에 수정은 감상에서부터 다양한 분야에 이르기까지 귀중한 제품이 됩니다. 재료 품질 (예를 들어, 보석 및 보석학 분야에서) 최대 물질 분리 기술로 결정화 공정 사용 실험실과 산업 현장에서 사용됩니다. 결정 격자의 높은 질서도는 불순물이 액체 상태보다 더 많이 배출되거나 더 적은 비율로 남아 있게 하여 훨씬 더 순수한 고체를 생산할 수 있게 합니다.
결정성 생성물은 실험실 수준에서도 분리할 수 있습니다. 제어된 반응 자연에서 발생하는 자발적인 과정을 모방한 환경에서 결정이 생성됩니다. 제어된 공정을 통해 얻은 결정의 주요 장점 중 하나는 다음과 같은 특성을 나타낸다는 것입니다. 보다 규칙적인 모양이는 가장 정확한 다각형 모양과 더 잘 일치하는 형태를 찾는 데 특히 중요합니다. 분석, 광학 응용 분야 또는 제약 테스트를 위한 결정을 찾을 때 더욱 그렇습니다.
결정에서는 다음을 구별해야 합니다. 실제 결정 구조의 일부를 형성하는 면들 (형태학적 특징)을 바탕으로, 결정립의 기본 형태를 그 수에 따라 고려할 수 있다. 일반적으로 결정은 여러 기본 형태의 조합으로 정의되며, 주요 형태는 다음과 같다.
- 페디 온 : 대칭으로 연결된 동일한 면이 없는 단일 평면으로 구성된 결정.
- Pinacoid : 그것은 a에 대해 서로 동등한 두 면으로 구성되어 있습니다. 대칭축일반적으로 평행하고 반대되는 관계입니다.
- 접 형체 : 이 입체를 구성하는 두 개의 동일한 면은 원형 주위에 위치해 있습니다. 이진축쐐기 모양을 만들어냅니다.
- 프리즘: 결정의 상동면들이 모여 하나의 영역을 이룬다. "결정의 영역"이란 결정의 모서리에 해당하는, 같은 방향으로 평행한 면들의 집합으로 정의된다.
결정의 구조는 내부적인 관점에서 볼 때 다소 균일하고 주기적인 시스템으로 간주될 수 있다. 이방성재료의 (자주) 용해됨 결정은 (결정질 질서로 응고되는 단계에서) 공간의 여러 지점에서 구조를 형성합니다. 이러한 특성 때문에 결정은 이방성을 가진다고 합니다. 물리적 특성 (열전도율, 빛의 전파 속도 또는 경도와 같은) 특성은 고체 내부의 규칙적인 배열 때문에 고체 내부에서 측정하는 방향에 따라 달라질 수 있습니다.
결정의 특징 중 하나는 각 점이 고유한 특성을 지닌다는 점입니다. 주기적 반복 재료가 차지하는 공간에서. 결정학에서이 작용에 영향을 미치는 현상을 번역 그리고 단위 세포(가장 작은 반복 블록)가 공간에서 어떻게 움직여 전체 결정을 구성하는지를 정의합니다.
결정화 과정 및 발생 시점
결정화가 일어나려면 다음과 같이 분류 될 수있는 물질에서 시작해야합니다. 결정질의이는 원자, 분자 또는 이온 등 구성 입자들이 특정한 성질을 나타낸다는 사실에 의해 정의됩니다. 균질성, 주기성 및 대칭성 그것들이 고체 상태로 조직화되었을 때.
혼합물 분리 맥락에서 이것은 이렇게 불립니다. 결정화 액체 상태(용액, 용융물 또는 기체)에서 고체 결정 화합물이 형성되는 과정입니다. 이 과정은 특히 다음과 같은 경우에 유용합니다. 고체 화합물을 정제하다결정화된 고체는 일반적으로 초기 혼합물보다 훨씬 순수하기 때문입니다. 실제로 이는 실험실에서 물질을 정제하는 가장 간단하고 효과적인 기술 중 하나로 여겨집니다.
결정화는 용액, 용융물 또는 기체의 물리적 및 화학적 조건이 변화하여 고체 상태가 결정질로 변할 때 발생합니다. 더 안정적 원래 상태보다 더 나빠진 상태입니다. 예를 들어 다음과 같은 경우에 발생합니다.
- 해결책 추워진다 천천히 정상 농도에서 과포화 농도로 변합니다.
- Se 용매의 일부가 증발합니다 그러면 용액의 용질 농도가 너무 높아집니다.
- Se 새로운 용매를 추가하세요 이는 물질의 용해도를 변화시켜 결정 침전을 촉진합니다.
- 용질의 증기압이 높은 증기 고체화됩니다 직접 (역승화).
결정질 물질이나 용액의 어느 지점에서 입자들이 재배열되기 시작할 때 전체 과정이 활성화됩니다. 이 단계를 다음과 같이 부릅니다. 핵 형성핵 생성은 다음과 같을 수 있습니다. 자발적인 (균질한) 또는 이질적인이는 결정의 "씨앗" 역할을 하는 작은 입자, 표면 또는 불순물의 존재로 인해 유발됩니다.
이 전체 과정은 입자의 순서 변화라는 명백한 변화 외에도 다음과 같은 변화를 수반합니다. 열역학적 조건이러한 과정들은 깁스 자유 에너지의 변화로 인해 발생하는 교란을 보상하기 위한 것입니다. 이러한 변화는 주로 세 가지 사건으로 특징지어집니다.
- 변화 화학 에너지 이 시스템은 용해된 상태에서 규칙적인 고체 상태로 분자가 이동하는 것과 관련이 있습니다.
- 하나의 창조 상호 작용 핵 생성 영역과 나머지 균질상(액체, 기체 또는 용융물) 사이.
- La 부피와 모양의 변화 이 과정에는 긴장과 구조적 재조정이 수반됩니다.
기본 핵 생성 구조가 안정화되면 다음 단계가 시작됩니다. 그 다음 단계는 논리적이고 예측 가능합니다. 기본 구조가 확보되면 다음 단계로 진입하게 됩니다. 성장핵의 크기 변화가 관찰되는 현상입니다. 이러한 크기 증가는 점차 명확한 면의 형성으로 이어지다가, 최종적으로 결정이 특정 형태를 띠게 됩니다. 결정 구조 명확하게 관찰 가능하다.
결정 성장 메커니즘
Volmer에 의해 개발 된 이론은 결정의 성장이 어떻게 일어나는지 설명하고, 결정 물질의 핵 생성으로부터의 기본 구조를 중심으로 일종의 흡수층이 표면은 계면 역할을 하며, 또한 표면에 평행하게 움직이는 주변 입자들의 이동을 촉진합니다. 이러한 과정의 결과는 2차원 평면상의 구조로 정의됩니다.
코셀과 스트란스키는 다음과 같이 판단했습니다. 기계적 작업 이 층의 표면에 이온이나 분자가 부착되는 과정은 그 위치에 따라 달라집니다. 예를 들어, 가장자리나 모서리 부분은 일반적으로 새로운 입자가 결합하기에 에너지적으로 더 유리하기 때문에 표면 전체에 걸쳐 균일하게 성장하지 않습니다.
성장을 정의하는 모델을 개발하려면 예측이 필요합니다. 포화 영역 변화율이 더 높은 곳(국부적인 과포화 영역)에서 이러한 현상이 관찰됩니다. 이는 결정 성장이 다음과 같은 방식으로 일어난다는 것을 보여줍니다. 연속적인 층이러한 층들은 이미 형성된 네트워크 위에 쌓여갑니다. 이 층들이 성장하고 규칙적인 구조를 갖추게 되면, 불순물은 잘 정돈된 결정 구조에서 배제되는 경향이 있습니다.
이상적인 실험실 조건에서, 느린 냉각 용액을 사용하거나 증발을 신중하게 조절하면 점진적이고 질서 있는 성장이 가능하여 불순물이 과도하게 포집되지 않고 결정 격자가 형성됩니다. 냉각 또는 조건 변화가 너무 빠르면 격자가 불규칙하게 형성되고 불순물이 결정 내부에 갇혀 순도가 떨어질 수 있습니다.
결정화의 이러한 역동적인 특성은 결정이 성장하는 동안에도 변화가 계속될 수 있음을 의미합니다. 균형 결정 격자에 통합되는 분자와 용액으로 되돌아가는 분자 사이의 상호작용입니다. 따라서 결정화는 온도, 농도, 교반 및 시간에 매우 의존적인 과정으로 간주됩니다.
혼합물 분리 메커니즘으로서의 결정화
결정은 균일한 물질로 형성되기 때문에 그 활용 범위가 넓어졌습니다. 선택적 분리 방법 물질의 정제에 사용됩니다. 화학 및 산업 분야에서는 주로 불순물이 섞인 고체를 정제하는 데 사용되며, 물질의 특성 차이를 이용합니다. 용해도 그리고 존재하는 여러 종들 사이의 안정성.
실질적으로, 분리 방법으로서의 결정화는 다음을 얻는 것으로 구성됩니다. 결정성 고체 화합물 주 용질과 그 불순물을 포함하는 용액 또는 혼합물로부터 시작하여, 용매 또는 용매 혼합물은 다음을 기준으로 선택된다. 고체 및 불순물의 용해도이상적으로는 원하는 화합물이 뜨거울 때는 매우 잘 녹고 차가울 때는 약간만 녹으면서 불순물은 여과로 쉽게 분리되거나 용해된 상태로 남아 있는 용매를 찾아야 합니다.
실험실에서 일반적인 결정화 분리 과정은 여러 단계가 서로 연결된 형태로 진행됩니다.
- 수행 용해도 테스트 적절한 용매를 찾기 위해.
- 불순물이 섞인 고체를 물에 녹이세요. 가능한 최소한의 양 포화 용액이 얻어질 때까지 뜨거운 용매에 담급니다.
- 불용성 입자를 제거하려면 여과 필요한 경우 활성탄을 사용하여 색깔 있는 불순물이나 탁도를 제거하십시오.
- 허용 느린 냉각 그리하여 과포화 상태가 생성되고 원하는 용질의 결정화가 시작됩니다.
- 형성된 결정을 분리하세요 진공 여과 또는 데칸테이션으로 추출하고 적절히 건조시키십시오.
이 과정이 완료되면 생성된 결정의 순도는 다음과 같은 방법으로 확인할 수 있습니다... 녹는 점 순수한 고체는 일반적으로 매우 좁은 온도 범위 내에서 녹습니다. 순도는 박막 크로마토그래피와 같은 분석 기법을 통해 확인할 수 있습니다. 순도가 충분하지 않으면 결정화 과정을 한 번 이상 반복할 수 있습니다.
다양한 결정화 방법 중에서 실험실과 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 방법들을 아래에 설명합니다.
- 새로운 용매 첨가: 우리가 다루는 물질의 특성을 알고 있다면, 이 방법을 적용할 수 있습니다. 이 방법은 기본적으로 결정화하려는 용질이 담겨 있는 용매에 새로운 용매를 첨가하여 용질의 용해도를 선택적으로 변화시키는 것입니다. 새로운 용매가 용질의 용해도를 변화시키면 용질이 침전되어 결정화 과정이 시작됩니다.
- 높은 용질 농도로 냉각 : 고온에서 제조된 고농도 용액을 냉각시키면 다음과 같은 상태를 얻게 됩니다. 과포화새로운 온도 조건에서 용매가 수용할 수 있는 양보다 더 많은 용질이 용해되는 경우입니다. 온도 감소 과정을 제어된 방식으로 수행하면 이에 영향을 줄 수 있습니다. 유리의 크기와 품질 우리가 얻게 될 것.
- 승화: 이 기술은 다음과 같은 특성을 나타내는 결정성 화합물에만 적용할 수 있습니다. 높은 증기압따라서 기체 상태에서 고체 상태로의 변환은 녹는점을 거칠 필요가 없습니다. 이는 요오드, 나프탈렌 또는 일부 방향족 유기 물질과 같은 고체를 정제하는 데 유용합니다.
결정화는 성분을 분리하는 데 사용됩니다. 균일 혼합물예를 들어, 해수를 제어된 증발 및 냉각 과정을 거쳐 비교적 순수한 식염 결정을 얻을 수 있습니다. 이 과정은 명반, 설탕, 벤조산, 그리고 화학 및 제약 합성에서 사용되는 수많은 유기 화합물과 같은 물질에도 적용됩니다.
많은 경우, 이 방법은 단순 증발 방식보다 분명한 이점을 제공합니다. 즉, 다음과 같은 이점을 제공합니다. 더 많은 제어 입자 크기는 다음을 달성합니다. 최고 순도 또한, 용매가 제어되지 않은 상태로 증발하도록 내버려 두면 잔류물에 남게 되는 용해성 불순물을 제거할 수 있습니다.
결정화는 물리적 과정인가, 화학적 과정인가?
결정화는 다음과 같이 이해됩니다. 물리적 과정 결정 화합물의 형성 및 성장 과정에서 일어나는 경화 및 질서화 현상. 전체 과정 동안 용질의 화학적 성질은 변하지 않으며, 변형되는 것은 그 구조입니다. 집합 상태 그리고 입자들이 공간에서 배열되는 방식.
결정화는 새로운 물질을 생성하는 것이 아니라 기존 분자의 재배열만을 수반하며, 밀도, 경도, 녹는점, 외관 등의 물리적 성질 변화를 동반합니다. 이러한 이유로 결정화는 비정질 과정으로 분류됩니다. 물리적 변형하지만 화학 반응은 열역학 및 반응 속도 법칙의 지배를 받습니다.
이러한 물리적이고 역동적인 특성과 필요한 장비의 단순성 덕분에 결정화는 가장 효율적인 반응 중 하나가 되었습니다. 보다 접근하기 쉬운 기술 실험실에서 고체 화합물을 정제하는 데 효과적일 뿐만 아니라 대규모 산업 공정에서도 필수적인 도구입니다.
결정화의 용도, 장점 및 사례
결정화는 주로 다음을 얻기 위해 사용됩니다. 순수한 결정 불순물이 섞인 혼합물에서 특정 물질을 분리해내는 기술입니다. 가장 중요한 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 소금 및 광물 정제: 대표적인 사례는 얻는 것입니다. 식탁 용 소금 해수 또는 염수에서 추출합니다. 증발 및 결정화 과정을 통해 염화나트륨을 다른 불순물로부터 분리합니다.
- 음식 산업: 설탕, 소금 및 기타 고형물은 특성을 개선하기 위해 결정화됩니다. 안정성, 취급 및 보존예를 들어, 꿀은 보관 중에 결정화되어 단단한 질감을 갖게 되지만, 그 효능은 그대로 유지됩니다.
- 제약 산업: 결정화는 분리 및 정제 과정에서 사용되는 방법입니다. 합성 및 분리 활성 의약품 성분(API), 공결정, 다형체 또는 키랄 이성질체의 분리. 얻어진 결정 형태는 다음과 같은 영향을 미칠 수 있습니다. 용해도 및 생체이용률 약의.
- 광물과 암석의 형성: 많은 화성암과 변성암은 다음으로부터 형성된다. 느린 결정화 마그마 또는 열수 용액에서 생성되며, 미적 및 과학적 가치가 높은 광물과 보석을 만들어냅니다.
- 자연 현상: 롯 설화 이것들은 육각형 구조를 가진 얼음 결정입니다. 모든 눈 결정이 이러한 기하학적 기본 구조를 공유하지만, 온도와 습도 조건에 따라 각각의 눈 결정은 고유하게 성장하여 반복될 수 없는 구조를 갖게 됩니다.
- 동굴 생성물 형성: 동굴의 종유석과 석순은 염분을 함유한 물방울이 천천히 떨어져 탄산칼슘과 같은 광물이 결정화되면서 형성됩니다.
주요 중 장점들 분리에 사용되는 결정화 방법 중 다음과 같은 방법들이 두드러진다.
- 이를 통해 다음에서 제품을 얻을 수 있습니다. 고순도규칙적인 결정 격자에서 불순물이 배제되기 때문입니다.
- 형성된 결정은 일반적으로 직물 바로 섭취하거나 추가 가공을 위해 포장 및 보관할 수 있는 제품.
- 필요 적당한 에너지 사용 또한 항상 극도로 높은 온도가 필요한 것은 아니므로 효율적이고 지속 가능합니다.
- 그것은 절차입니다 변하기 쉬운용해도 범위와 녹는점이 서로 다른 다양한 물질에 적용 가능합니다.
일상생활에서 흔히 볼 수 있는 결정화 과정의 결과로는 다음과 같은 것들이 있습니다: 결정질 물질의 형성 아이스 큐브 물에서 눈이 내리는 현상; 저장된 꿀의 결정화; 설탕 결정 사탕이나 과자류의 경우; 광물과 동굴 생성물의 형성; 그리고 물론, 생성 과정 자체에도 에너지가 존재합니다. 피 에드 라스 프레시 오사스 그리고 지구 지각 내부에 있는 보석들.
결정화는 가정이나 교실에서 간단한 실험을 통해서도 관찰할 수 있는데, 예를 들어 결정의 성장 등을 관찰할 수 있습니다. 소금 결정 파이프 클리너나 판지를 과포화 소금 용액에 담근 후, 용액을 그대로 두고 물이 천천히 증발하도록 두면 소금 이온들이 스스로 배열되어 눈에 보이는 결정 구조를 형성합니다. 이는 온도, 농도, 시간이 이 과정에 미치는 영향을 시각적으로 보여줍니다.
결정화 과정이 어떻게 그리고 언제 발생하는지 이해하면 기술 및 산업 분야는 물론 교육 및 과학 홍보 활동에서도 이를 활용할 수 있으며, 우리 주변의 수많은 자연 현상을 더 잘 해석하는 데 도움이 됩니다.