تأثیر دما بر رشد کریستال‌های کانی‌ها

تفاوت دما بر رشد کریستال

اگرچه مواد جامد دارای اشکال، اندازه‌ها و رنگ‌های مختلف هستند، تقریباً همگی از کریستال تشکیل شده‌اند؛ از بلورهای گرانبها مانند الماس و یاقوت گرفته تا دانه‌های قند و نمک. اگر با استفاده از میکروسکوپ به مقداری نمک نگاه کنید، بلورهای کوچک مکعبی شکل را مشاهده خواهید کرد. از طرف دیگر، بلورهای شکر به صورت مستطیلی و با لبه‌های انتهایی مورب شکل هستند. در پروژه‌های علمی بلورشناسی از نمک، نمک اپسوم (سولفات منیزیم)، بوراکس (بوره) و شکر محلول در آب استفاده می‌شود.

کریستال‌ها در دمای گرمتر سریعتر رشد می‌کنند، زیرا مایع نگهدارنده‌ی مواد محلول به سرعت تبخیر می‌شود.

شکل گیری بلورها

برخی از کریستال‌ها، مانند:

  • بلور نمک طعام ( کانی هالیت)
  • بلور دُر کوهی (کانی کوارتز)

در هر دو مورد فوق، اتم‌های این کانی‌ها به هم پیوسته و به صورت جامد در الگوهای تکرار شونده می‌باشند. هنگامی که مایع محلول تبخیر شود یا با عامل دیگر از بین رود، بلورها به صورت محکم و سخت در کنار هم نمایان می‌شوند. این فرآیند به عنوان تبلور (crystallization) شناخته می‌شود.

بلور کریستال نمک
کریستال‌های مکعبی نمک خوراکی (کانی هالیت)

بلورهای تشکیل شده توسط یک کانی خاص همیشه از همان الگوی رشد پیروی می‌کنند. بلورهای نمک همیشه شبیه بلورهای نمک هستند و شبیه بلورهای کوارتز نیستند. به این معنا که بلور یک کانی همواره رفتارهای بلورین خاص خود را دارد. البته حالت سودومورف نیز برای هر کانی قابل تصور است؛ به این صورت که یک کانی رفتار بلورین متفاوت نسبت به حالت مورد انتظار را از خود نشان دهد.

عوامل موثر بر رشد کریستال

مهمترین متغیرهایی که رشد کریستال را کنترل می‌کنند شامل مقدار مواد محلول، تبخیر، فشار و دما هستند. هرچه مقدار ماده محلول در آب بیشتر باشد و فشار بیشتری به ماده وارد شود، بلورها بزرگتری تشکیل می‌شود. اگر آب از محلول به آرامی تبخیر شود، نسبتاً تعداد کمی کریستال شروع به رشد می‌کنند؛ در نتیجه قبل از اینکه مایع از بین رود، زمان کافی برای رشد بلورهای بسیار بزرگ وجود خواهد داشت. با این حال، اگر آب به سرعت تبخیر شود، بلورهای بیشتری شروع به رشد می‌کنند، اما زمان و فضای کافی برای بزرگ شدن را در اختیار نخواهند داشت.

دما چگونه بر رشد کریستال تأثیر می‌گذارد؟

در اینجا با ذکر مثالی از نمک طعام (هالیت)، چگونگی تأثیرات دما بر رشد بلورها را شرح می‌دهیم. دما تأثیر واضحی بر میزان رشد بلورهای نمک دارد. برای درک بهتر می‌توان آزمایش جالبی را با محلول نمک در سه محیط متفاوت انجام داد. یکی در محیط خنک، دومی در دمای معمول اتاق، و سومی در محیط نسبتاً گرمتر. مشاهده خواهید کرد که نمونه‌ی مورد آزمایش در دمای بالاتر، تبلور سریع‌تری نسبت به دو محیط دیگر از خود نشان می‌دهد. همچنین محیط سرد، دارای پایین ترین سرعت تبلور خواهد بود.

تأثیر دمای محیط رشد اندازه بلورهای
از راست به چپ: کاهش تعداد بلورها و افزایش اندازه‌ی هر بلور

دلیل این قضیه این است که دمای بالاتر تبخیر حلال را سرعت می‌بخشد. در نتیجه سرعت رشد بلورها را افزایش می‌دهد. در دماهای مختلف، تعداد متفاوتی کریستال از یک محلول کانه دار تولید می‌شود. محلول‌های سردتر منقبض می‌شوند و کانی‌ها را مجبور به نزدیک شدن به یکدیگر می‌کنند. بنابراین بلورها به همدیگر پیوند داده می‌شوند و به طور همزمان میزبان ناخالصی‌هایی در میان ساختار خود می‌شوند. در ادامه، این ناخالصی‌ها الگوی کریستال را قطع کرده و تعداد بیشتری بلور کوچکتر را تشکیل می‌دهند. در دماهای گرمتر، فاصله بین مولکول‌ها بیشتر است، که به بلورها امکان می‌دهد شکل‌های بزرگتر و خالص‌تر با سرعت یکنواخت‌تری نسبت به دمای سردتر ایجاد کنند.

منابع:

  • sciencing.com
  • scienceline.ucsb.edu

نویسنده:

یک دیدگاه در “تأثیر دما بر رشد کریستال‌های کانی‌ها

  1. سید حسن میراحدی پاسخ

    به به مطلب جذاب و بسیار عالی. خسته نباشید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

3 − 2 =