Capillariteit

Capillariteit – dit fenomeen is al honderden jaren bekend bij natuurkundigen, maar alleen de natuur zou van dit fenomeen gebruik kunnen maken. Op een manier, we spraken over, maar ook om… kristallisatie van in water oplosbare stoffen. Kristallisatie uit oplossingen die het capillaire fenomeen gebruiken, vindt plaats in gebieden die rijk zijn aan grondwater, en warm tegelijk, die de verdamping van water uit de grond bevordert, zoals rond de Dode Zee of de beroemde Death Valley in Californië (VS). Net als wanneer smaragden kristalliseren, water dat onder het aardoppervlak stroomt, lost sommige mineralen op. Later, als het gaat om een ​​woestijngebied dat wordt blootgesteld aan de sterke zon, stijgt met capillaire kanalen omhoog, in de bovenste lagen verdampt het, en stoffen die eerder in water waren opgelost, kristalliseren op het aardoppervlak. In plaats van het verdampte water stroomt een ander door haarvaten, enz., enz.. Zo ontstonden de met een zoutlaag bedekte woestijngebieden over een groot gebied, en in zandwoestijnen groeien "woestijnrozen"” – brokken verwarde gipskristallen, vormen karakteristieke vormen vergelijkbaar met een roze bloem rose.

Al bijna zeventig jaar heeft de mens ook geleerd om het fenomeen van capillair haar te gebruiken om kristallen te laten groeien. De eerste, wie kwam met dit idee, was een Pool, professor aan de Technische Universiteit van Warschau, Jan Czochralski, die zijn hele wetenschappelijke leven wijdde aan het onderzoeken van het fenomeen kristallisatie en het verkrijgen van eenkristallen. W. 1916 Hij ontwikkelde een methode om eenkristallen te produceren, die tegenwoordig bekend staat als de methode om kristallen uit een vloeistof te extraheren. Deze keer is het echter geen water of een ander oplosmiddel, alleen gesmolten vaste stof, welk eenkristal we willen hebben?. Het kan vloeibaar metaal zijn, gesmolten keukenzout of gesmolten fijne deeltjes, bijv.. kleurloos korund. Czochralski hield zich voornamelijk bezig met eenkristallen van metalen, hij was tenslotte een metallurg en ontwikkelde zijn methode om tin eenkristallen te verkrijgen, lood en bismut. Daartoe dompelde hij een glazen capillair onder in het gesmolten metaal, metaal stroomt naar boven onder invloed van capillaire krachten, en stollend onder geschikte thermische omstandigheden, vormde het een dunne monokristallijne staaf.

Dit is echter nog maar het begin van het eenkristalkweekproces. Wanneer een kleine hoeveelheid vloeistof "omhoog" stroomt.” in het capillair, capillair stijgt tot die hoogte, dat de uitlaat net het vloeistofoppervlak raakt. Het metaal in het capillair stolt van boven naar beneden, omdat hoger de temperatuur lager is dan net boven het vloeistofniveau. Na enige tijd neemt het gestolde vloeibare deel toe, bereikt de capillaire uitlaat, en omdat het kouder is dan een vloeistof, veroorzaakt zijn kristallisatie in de directe omgeving. Op dit punt zou het kristallisatieproces moeten eindigen, omdat de smeltkroes – vat met vloeistof – wordt constant verwarmd, en de vloeistof in de smeltkroes blijft constant, constante temperatuur, slechts iets boven het vriespunt.

De methode die Czochralski gebruikt om metaalkristallen uit een vloeistof te extraheren.

Om grote kristallen te laten groeien, Czochralski gebruikte nog een idee. Wanneer de vloeistof in het capillair helemaal tot op de bodem van het capillair is gestold, het begon het boven het vloeistofniveau te tillen. Samen met het capillair en het gestolde erin het kristallisatiezaad steeg naar de top. Dezelfde natuurwet is hier aan het werk, zoals bij het fenomeen van capillair haar en tijdens de vorming van een concave meniscus – de adhesiekrachten van de vloeistof aan het gestolde eenkristal zijn groter dan de cohesiekrachten van de vloeistof. De vloeistof die boven het spiegelniveau wordt gebracht, komt met zijn zijvlakken in contact met de lucht air, het wordt afgekoeld en stolt, dus een enkel kristal groeit. En opnieuw kunnen we het capillair tot een bepaalde hoogte verhogen, de volgende laag eenkristal stolt en opnieuw, en opnieuw. De voorwaarde voor het succes van deze kristallisatiemethode is dat het capillair een beetje wordt verhoogd, zo'n, dat het verschil tussen de adhesieve en cohesieve krachten kleiner is dan de aantrekkende kracht, dat wil zeggen, de zwaartekracht van de vloeistof die omhoog wordt getild. In het geval van kristallisatie door de methode om de kristallen uit de vloeistof te trekken, tillen we het capillair niet stapsgewijs op met een enkel kristal, maar continu op zeer lage snelheid 13 Doen 40 duizendsten van een millimeter per seconde, dat wil zeggen, van 5 Doen 15 cm in een uur. Erg traag, maar we zijn er zeker van, dat de cohesie tussen de vloeistof en het ontluikende eenkristal niet zal worden verbroken, dat we een grote zullen laten groeien, normaal metaalkristal, halfgeleider of zout met een gewicht tot enkele kilo's. Dezelfde methode wordt gebruikt om enkele kristallen van edele variëteiten van mineralen te laten groeien, en onder hen – granaten.