Kapillaarisuus

Kapillaarisuus – tämä ilmiö on ollut fyysikkojen tiedossa satoja vuosia, mutta vain luonto pystyi hyödyntämään tätä ilmiötä. Tavallaan, me puhuimme, vaan myös… vesiliukoisten aineiden kiteytys. Kiteytyminen liuoksista, joissa käytetään kapillaari-ilmiötä, tapahtuu alueilla, joilla on runsaasti pohjavesiä, ja kuuma samanaikaisesti, mikä suosii veden haihtumista maasta, kuten Kuolleenmeren tai kuuluisan Kuolemanlaakson ympäristössä Kaliforniassa (USA). Aivan kuten smaragdeja kiteytyy, maan pinnan alla virtaava vesi liuottaa joitain mineraaleja. Myöhemmin, kun kyse on autiomaasta, joka on alttiina voimakkaalle auringolle, nousee kapillaarikanavien ollessa ylöspäin, ylemmissä kerroksissa se haihtuu, ja aiemmin veteen liuenneet aineet kiteytyvät maan pinnalle. Höyrystyneen veden sijasta toinen virtaa kapillaarien jne. Läpi., jne.. Näin luotiin suurella alueella suolakerroksella peitetyt aavikkoalueet, ja hiekkarannoissa "aavikkoruusut" kasvavat” – paloja sotkeutuneita kipsikiteitä, muodostaen tyypillisiä muotoja kuin ruusukukka.

Melkein seitsemänkymmenen vuoden ajan ihminen on myös oppinut käyttämään kapillaarihiusten ilmiötä kiteiden kasvattamiseksi. Ensimmäinen, kuka keksi tämän idean, oli puolalainen, professori Varsovan teknillisessä yliopistossa, Jan Czochralski, joka omisti koko tieteellisen elämänsä kiteytymisen ilmiön tutkimiseen ja yksittäisten kiteiden saamiseen. W 1916 Hän kehitti menetelmän yksikiteiden tuottamiseksi, joka nykyään tunnetaan menetelmänä kiteiden uuttamiseksi nesteestä. Tällä kertaa se ei kuitenkaan ole vettä tai muuta liuotinta, vain sula kiinteä aine, minkä yksittäisen kiteen haluamme saada. Se voi olla nestemäistä metallia, sulanut ruokasuola tai sulatetut hienot hiukkaset, esimerkiksi.. väritön korundi. Czochralski käsitteli pääasiassa yksittäisiä metallikiteitä, hän oli metallurgisti ja kehitti menetelmänsä tinakiteiden saamiseksi, lyijy ja vismutti. Tätä varten hän upotti lasikapillaarin sulaan metalliin, metalli virtaa ylöspäin kapillaarivoimien vaikutuksesta, ja kiinteytyi sopivissa lämpöolosuhteissa, se muodosti ohuen yksikiteisen sauvan.

Tämä on kuitenkin vasta monikiteisen viljelyprosessin alku. Kun pieni määrä nestettä virtaa "ylöspäin".” kapillaariin, kapillaari nousee siihen korkeuteen, että sen ulostulo koskettaa vain nesteen pintaa. Kapillaarin sisällä oleva metalli kiinteytyy ylhäältä alas, koska korkeampi lämpötila on matalampi kuin juuri nestetason yläpuolella. Jonkin ajan kuluttua jähmettynyt nesteosa kasvaa, saavuttaa kapillaarin ulostulon, ja koska se on kylmempi kuin neste, aiheuttaa sen kiteytymisen välittömässä läheisyydessä. Tässä vaiheessa kiteytysprosessin pitäisi päättyä, koska upokas – astia nestettä – lämmitetään jatkuvasti, ja upokkaassa oleva neste pysyy vakiona, vakiolämpötila, vain hieman jäätymispisteen yläpuolella.

Menetelmä, jota Czochralski käyttää metallikiteiden uuttamiseen nesteestä.

Kasvata suuria kiteitä, Czochralski käytti vielä yhtä ideaa. Kun kapillaarissa oleva neste on jähmettynyt kokonaan kapillaarin pohjaan, se alkoi nostaa sitä nestetason yläpuolelle. Yhdessä kapillaarin ja jähmettyneen sen sisällä kiteytymisen siemen nousi huipulle. Sama fyysinen laki toimii täällä, kuten kapillaarihiusten ilmiössä ja koveran meniskin muodostumisen aikana – nesteen tarttuvuusvoimat kiinteytettyyn yksittäiseen kiteeseen ovat suuremmat kuin nesteen koossapitovoimat. Peilin tason yläpuolelle nostettu neste koskettaa ilmaa sivupintoineen, se jäähtyy ja kiinteytyy, joten yksittäinen kide kasvaa. Ja jälleen voimme nostaa kapillaarin tietylle korkeudelle, seuraava yksittäiskidekerros hyytyy ja uudestaan, ja uudelleen. Tämän kiteytysmenetelmän onnistumisen edellytys on, että kapillaari nousee hieman, sellaisia, että tarttuvien voimien ja yhteenkuuluvuusvoimien ero on pienempi kuin vetovoima, eli ylöspäin nostetun nesteen painovoima. Itse asiassa kiteytettäessä menetelmällä, jolla kiteet vedetään nesteestä, emme nosta kapillaaria yhdellä kiteellä vaiheittain, mutta jatkuvasti hyvin pienellä nopeudella 13 tehdä 40 tuhannesosaa millimetriä sekunnissa, eli alkaen 5 tehdä 15 cm tunnissa. Erittäin hitaasti, mutta olemme varmoja siitä, että nesteen ja syntyvän yksittäisen kiteen välinen koheesio ei katkea, että kasvamme suuren, tavallinen metallikide, puolijohde tai suola, joka painaa jopa useita kiloja. Samaa menetelmää käytetään jalostettujen mineraalilajikkeiden yksikiteiden kasvattamiseen, ja heidän joukossaan – kranaatteja.