Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 6 dotazů obsahujících »krystalizační«
5) Výroba umělých krystalů
22. 09. 2007
Dotaz: Dobrý den, chtěla bych se zeptat na informace o výrobě umělých krystalů.
Děkuji (Karla D.)
Odpověď: Za zrodem technik výroby umělých krystalů stojí zřejmě šperkařství a jeho
snaha o levnější (ale stejně krásné) alternativy přírodních drahých kamenů.
Již v roce 1891 byl ve Francii A. Verneuilem vyroben první umělý korund
(rubín). Potřebné chemikálie (v případě rubínů a safírů jde o oxid hlinitý s
příslušnou barvicí přísadou) v podobě prášku se smísí a roztaví. Kapky směsi
pak dopadají na krystalizační "zárodek" - tedy malý krystalek původního
drahého kamene - a krystalují v tenoučkých vrstvách za vzniku rostoucího
krystalu. Po dosažení dostatečné velikosti se kámen dále zpracovává (štěpí,
brousí... ) Takto se připravují syntetické rubíny, safíry, spinely a
poněkud odlišným způsobem - nikoli z taveniny, ale z par metanu redukovaného
chemickou reakcí na uhlík - i diamanty. Podstatným prvkem procesu je volba
vhodného podkladu, jehož prostorovým uspořádáním je růst umělého krystalu
řízen. Je zřejmé, že přirozeně nejvhodnějším podkladem je vzorek příslušného
přírodního drahokamu.
Protože dodáním vhodných chemikálií je možné připravit kámen libovolné
barvy, používá se postup nejen k výrobě syntetických verzí zmíněných kamenů,
ale také k výrobě napodobenin nejrůznějších jiných drahokamů, které se samy
uměle připravují nesnadno.
Problémem některých takto připravených kamenů je jednak velké vnitřní pnutí
jako důsledek rychlého růstu (kámen nelze zpracovat vcelku, ale musí se
nejprve rozštěpit, aby později nedošlo k jeho popraskání; případně je možné
vyrábět kameny jen do určité velikosti) a dále "přírůstkové pásky" vzniklé z
jednotlivých vrstviček a jiné strukturní vlastnosti, které dovolují odlišit
syntetický kámen od přírodního drahokamu. Odborníci v této oblasti ovšem
stále zdokonalují technologické postupy, které by vedly k produkci kamenů
nerozeznatelných od jejich přírodních protějšků. Například odlišení
nejmodernějších syntetických diamantů od přírodních vyžaduje velmi nákladné
a složité zkoumání fyzikálních vlastností krystalů, které se vyplatí pouze u
nejvzácnějších kamenů určených pro šperkařský trh - pro technologické
využití, kam většina uměle připravených kamenů směřuje (rubíny pro lasery,
diamantové elektrody v polarografii - chemické analýze, atd.), je informace
o "přírodnosti" nepodstatná.
Část informací jsem čerpala z knihy Ruperta Hochleitnera: Drahokamy a
šperkové kameny. Nakladatelství Slovart, s.r.o., Praha 1995.
Dotaz: Dobrý den, díky za pěkné stránky. Zde je můj dotaz: Na kolejích jsem měl sorpční
lednici, která chladila až mrazila. Teplotu jsme neměřili, ale někdy jsme
vyndali veci zmrzlé a jindy ne. Několikrát se mi stalo, že jsem vodu (vodovodní)
v PET lahvi vytáhl z lednice a voda byla v tekutém stavu. V okamžiku, kdy jsem
PET lahev otevřel voda během 1-2 sekund zmrzla. Krásně prokrystalizovala v celém
objemu. Podobným způsobem, jako když lupnutím aktivujete takové ty ohřívací
polštářky. Podmínky: lednice - sorpční, zavřená ve skříni PET laveh - takový ten
měkčí typ, objem 2 litry, ležíci v lednici na výparniku, úplně plná nebo téměř
plná. Zajímalo by mě, při jakých podmínkách to nastává. Kam se ztratí energie
potřebná ke změně skupenství? Jak mohu tento stav reprodukovat? Jestli si dobře
pamatuji tak energie potřebná ke změně skupenství je zhruba stokrát vyšší než ke
změně teploty kapaliny o 1C. Takže vodu podchladím, jakoby na -100C a pak se mi
přemění na led o teplotě 0C. (Jaroslav Bernkopf)
Odpověď: Voda, kterou jste vyndal z chladničky, se podle všeho nacházela v tzv. metastabilním stavu, kdy je její teplota sice už pod nulou, ale stále ještě zůstává celá v kapalném skupenství. Tento stav je tím méně pravděpodobný, čím většího přechlazení dosáhnete, případně čím více vody v nádobě máte. S dvoulitrovou PET láhví lze znatelného přechlazení dosáhnout zřídka - a když, tak pouze o několik málo stupňů Celsia. Menší množství vody (řekněme 1 ml) lze ovšem snadno přechladit i na teplotu -10 °C a méně. Drobné kapičky se dají přechladit až o desítky stupňů Celsia!
Přechlazená kapalina je nestabilní. Přítomnost rušivých vlivů (nečistoty, otřesy) a další chlazení zvyšují společně šanci, že kapalina samovolně přejde do stabilnějšího stavu - zmrzne.
Mrznutí začne tím, že se někde v objemu kapaliny (typicky na stěnách nebo částečkách nečistot) objeví první krystalek ledu. Ten velmi rychle roste v jakousi dendritickou strukturu prolínající se celou kapalinou, což je ono vámi pozorované rychlé prorůstání krystalků. Tím se ovšem uvolňuje latentní krystalizační teplo ohřívající zbytek přechlazené kapaliny. Teplota přechlazené vody tak během této "bouřlivé" krystalizace po zlomku sekundy až několika málo sekundách vzroste na teplotu tuhnutí (0 °C). Sem se tedy "ztratí" ona pohřešovaná energie. Zbytek kapaliny tuhne již běžným způsobem.
V přiloženém grafu je zachycen průběh teploty v reálném experimentu, který probíhal s 1 ml destilované vody, jejíž počáteční teplota byla přibližně 1 °C. Z grafu lze vyčíst, že se voda v tomto experimentu přechladila o více než 10 °C, načež během velice krátkého okamžiku prorostla zmíněnou dendritickou ledovou strukturou za součásného vzrůstu teploty na 0 °C. "Domrzání" potom trvalo ještě asi minutu a dvacet sekund. Teplota okolí byla přibližně -17 °C.
