Als al dat gepraat over kristallen je doet kriebelen om zelf wat te kweken, je hebt geluk - of niet, afhankelijk van wat je wilt laten groeien. Zout of suiker? Zeker wel. Kunstmatige diamanten? Je zult snel zien waarom zelfs Bond-schurk Blofeld besloot dat het eenvoudiger was om ze gewoon te smokkelen.
Je kunt kristallen op drie manieren laten groeien:van een damp, uit een oplossing of uit smelt. Laten we elke methode een voor een bekijken, beginnend met dampafzetting .
Het feit dat kristallen uit een damp kunnen groeien, zou geen verrassing moeten zijn. Ten slotte, atmosferische ijskristallen -- we noemen ze wolken en sneeuwvlokken -- doen het de hele tijd. Ze hopen zich op omdat de atmosfeer oververzadigd met vocht:het bevat meer water dan het kan bevatten bij een bepaalde temperatuur en druk, dus overtollig water verlaat de gasvormige toestand en aggregeert tot kristallijn ijs [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Librecht].
Andere kristaltypes -- silicium, bijvoorbeeld -- kan groeien uit gassen die oververzadigd zijn met sleutelelementen, maar heeft misschien een beetje chemisch reactieve boost nodig om dit te doen [bronnen:Encyclopaedia Britannica; McKenna].
In de meeste gevallen, het proces begint met een klein entkristal waaraan andere moleculen hechten, laag voor laag, als ze uit de suspensie komen - net zoals zilverjodidekristallen helpen bij "cloud seeding" door nucleatieplaatsen voor ijskristallen te bieden. Het proces vereist veel geduld, maar het produceert verrassend zuivere kristallen [bronnen:Encyclopaedia Britannica; McKenna].
Kristallen hebben een reeks handige eigenschappen, met name in consumentenelektronica, waar ze kunnen fungeren als isolatoren of halfgeleiders. De piëzo-elektrische eigenschap , waarin een kristal een elektrische lading krijgt wanneer het wordt samengeknepen of geslagen, maakt kristallen bruikbaar in alles, van luidsprekers in de woonkamer tot ultrasone scanners. Piëzo-elektrische kristallen trillen ook onder een elektrische lading. Deze eigenschap van consistente oscillatie stelt kwartsklokken en horloges in staat om betrouwbare tijd bij te houden [bronnen:Encyclopaedia Britannica; piëzo-instituut; Smithsonian].
" " Circa 1975:Senior laboratoriumtechnicus Charles Young kijkt toe hoe saffierkristallen groeien in een kristalteler in de fabriek in Corning Glass Canada Road. De kristallen werden gebruikt in natriumdamplampen. © Nathan Benn/CORBIS
historisch, het kweken van kristallen uit smelt was evenzeer kunst als wetenschap. Vandaag, het omvat een van een aantal hoogtechnologische technieken die de groeiomstandigheden minutieus beheersen, soms op moleculaire schaal.
In kristal trekken , een machine laat een zaadkristal zakken tot het net een klodder smelt kust, dan beweegt het ontluikende zaad geleidelijk naar boven, timing zijn beweging om samen te vallen met de groeisnelheid van het kristal. Het veranderen van de bewegingssnelheid verandert de diameter van het kristal. Fabrikanten kweken de siliciumkristallen met grote diameter die in computerchips worden gevonden op deze manier -- wat gepast lijkt, aangezien computers ook het trekproces aansturen. Zie het als de siliconencirkel van het leven.
Onder de Bridgeman-methode: , fabrikanten nemen een smeltkroes (een gespecialiseerde container die wordt gebruikt om stoffen te verwarmen) met een conisch ondereinde, vul het met gesmolten materiaal, laat het dan in een koeler gebied zakken. Kristalgroei begint bij de gekoelde smeltkroespunt, werkt dan zijn weg omhoog terwijl de smeltkroes naar beneden gaat. Dankzij deze aanpak van komen en gaan, het kristalvormingsgebied blijft binnen een groeivriendelijke temperatuurzone totdat, Tenslotte, de inhoud van de smeltkroes vormt een enkel kristal [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Chen et al.; Yu en Cardona].
epitaxie (uit het Grieks epi "op" + taxi's "arrangement") herinnert ons eraan dat soms de beste manier om een kristal te laten groeien bovenop een ander kristal is. Niet zomaar een kristal zal het doen, echter. Eerst, de basis, of ondergrond, moet vrij vlak zijn, zelfs op atomaire schaal. Tweede, omdat de structuur van het substraat de atomaire rangschikking van het groeikristal sterk beïnvloedt, het moet zo goed mogelijk aansluiten bij het gewenste groeirooster [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Fang et al.; Oxford-woordenboeken; Yu en Cardona]. Stel je een vol rek met biljartballen voor en stel je dan voor dat je er nog meer ballen op stapelt. Je kunt de nieuwe ballen verplaatsen, maar ze eindigen altijd in de holtes tussen de ballen eronder.
Epitaxie is een brede term die een reeks technieken omvat [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Yu en Cardona]:
Moleculaire bundel epitaxie ( MBE ), bijvoorbeeld, laat kristallen laag voor laag groeien met behulp van bundels moleculen.
Fabrikanten van synthetische diamant vertrouwen op chemische dampafzetting ( CVD ), een snellere benadering die de straal verruilt voor een stromend gas.
Kristallen gepland voor elektronica vertrouwen op vloeistoffase epitaxie ( LPE ), waarin een kristal groeit op een substraat dat zich in een verzadigde oplossing bevindt.
OKE, dat is genoeg gepraat over consumentenelektronica. We weten allemaal dat het niets betekent als je die bling niet hebt.
Nep maken:robijnen en saffieren Industriële diamanten zijn verre van de enige fugazi-stenen op de markt. Synthetische robijnen bestaan al sinds de Franse wetenschapper Marc Gaudin, die hielpen bij het ontwikkelen van droge-plaatfotografie, ontdekten hoe ze in 1873 konden groeien. Ze bleven vrij gemakkelijk te detecteren tot rond 1950, toen wetenschappers hittebehandeling begonnen als een manier om de microscopisch gebogen groeipatronen te verwijderen die de steen onthullen als gegroeid, niet gezaaid [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Kaj].
Hoogwaardige polshorloges bedekken hun gezicht soms met krasvaste, maar broos, synthetische saffier [bron:BlueDial].
Lees verder
Beroemde kristallen die ik ken
Kristal Gayle, Kristal Bernard, Crystal de aap -- nee, we bedoelen geen van deze. Als we het over beroemde kristallen hebben, zijn we, natuurlijk, verwijzend naar blingbling. Ijs. rotsen. Vuist sterretjes.
Juwelen.
Edelstenen zijn kristallen met iets extra's. Noem het pit. Hoewel we de neiging hebben om ze te zien als individuele rotsen, veel edelstenen komen voort uit dezelfde mineralen. De enige verschillen tussen hen zijn de structurele eigenaardigheden en minerale onzuiverheden die hen doordrenken met hun kenmerkende kleuren.
Robijnen en saffieren zijn beide soorten korund (kristallijn aluminiumoxide, of aluminiumoxide), maar terwijl het weelderige rood van robijn afkomstig is van kleine hoeveelheden chroom die aluminium in de kristalstructuur gedeeltelijk vervangen, de briljante blues van saffier komt van ijzer- en titaniumonzuiverheden [bronnen:Encyclopaedia Britannica; Kaj].
Amethist en citrien zijn verschillende versies van kwarts (kristallijn siliciumdioxide oftewel silica), die van nature kleurloos is. De oude Grieken dachten dat kwarts ijs was dat zo hard bevroren was dat het niet zou smelten. zo noemden ze het kristallos ("ijs"), waardoor we het woord kristal krijgen. Geelachtige citrien ontstaat uit oververhitte amethist, maar experts verschillen van mening over wat amethist precies zijn karakteristieke paarse pop geeft. Sommigen zeggen dat het ijzeroxide is, terwijl anderen de voorkeur geven aan mangaan of koolwaterstoffen [bronnen:Banfield; Encyclopedie Britannica; Encyclopedie Britannica].
De silica-rijke mineralenfamilie, of silicaten, inclusief toermalijn, gewaardeerd zowel als een edelsteen en voor zijn piëzo-elektrische eigenschappen, en beryl, een familie van edelstenen bestaande uit aquamarijn (lichtblauwgroen), smaragd (diepgroen), heliodor (goudgeel) en morganite (roze). Het grootste kristal ooit gevonden was een beryl uit Malakialina, Madagascar. Het was 59 voet (18 meter) lang en 11 voet (3,5 meter) breed, en woog een forse 400 ton (380, 000 kilogram) [bronnen:Banfield; Encyclopedie Britannica; Encyclopedie Britannica].
Silicaten zijn slechts een van de vele elementaire kristalfamilies. Oxiden (inclusief het bovengenoemde korund) bevatten zuurstof als een negatief geladen ion; fosfaten pak fosfor; boraten barsten van boor (B); sulfiden en sulfaten bruisen van zwavel; en halogeniden houden vast aan chloor en andere elementen uit groep VIIA in het periodiek systeem [bron:Banfield].
De carbonaatfamilie bevat kristallen die rijk zijn aan koolstof en zuurstof. Juweliers weten het het beste voor aragoniet, een calciumcarbonaatvariëteit die oesters gebruiken om parels te bouwen. Aragoniet kan worden gevormd door geologische of biologische processen [bronnen:Banfield; Encyclopedie Britannica].
Laatste maar niet laatste, diep in de Mexicaanse staat Chihuahua ligt een kalkstenen grot genaamd de Cueva de los Cristales, of grot van kristallen, doorgeschoten met zachte, transparante kristallen van selenium (een soort transparant gips) zo groot (in de marge van 30 voet of 9 meter) dat ze menselijke spelunkers in de schaduw stellen [bron:Shea].
Dus wat is het grootste kristal ter wereld? Het kan in de wereld zijn - letterlijk. Volgens sommige wetenschappers De binnenkern van de maan ter grootte van een maan zou een gigantisch ijzerkristal kunnen zijn [bron:Broad].
Je ziet er een beetje paars uit in je gezicht De reputatie van Crystals als volksremedies gaat veel verder terug dan de New Age-beweging. Amethist, bijvoorbeeld, dankt zijn naam aan de Griekse woorden die 'niet bedwelmd' betekenen. De oude Grieken geloofden dat amuletten en drinkbekers gemaakt van de edelsteen hen zouden beschermen tegen aangeschoten worden. We huiveren bij de gedachte aan wat ze als middel tegen katers gebruikten.
Veel meer informatie Notitie van de Auteur:Hoe worden kristallen gemaakt?
Zelforganiserende systemen, van ecologieën tot (sommigen zeggen) het universum zelf, zijn op hun eigen manier even geestverruimend als chaotisch. Inderdaad, sommigen hebben zelforganisatie "anti-chaos" genoemd omdat, terwijl chaos zeer gevoelig is voor beginvoorwaarden, zelforganiserende systemen beginnen met een veelvoud aan beginvoorwaarden en eindigen in vrijwel dezelfde eindtoestand.
Organisatie en veelheid is waar het bij kristallen om draait. Ze worden bepaald op bestelling, maar geen enkele volgorde. Veelvouden -- van morfologieën, van roosters, van veelvlakken, soms zelfs van kristallen -- daarom kan dezelfde stapel atomen ons diamanten of potloodstift geven. Daar zit iets subliems in.
gerelateerde artikelen Hoe kristallen schedels werken
Hoe quartz horloges werken
Vloeibaar kristal
Wat is het verschil tussen kwarts en vloeibaar kristal?
bronnen Arfken, George, Hans Weber en Frank Harris. "Hoofdstuk 31:Periodieke systemen. Wiskundige methoden voor natuurkundigen." Academische pers. 31 januari 2012. http://www.elsevierdirect.com/companions/9780123846549/Chap_Period.pdf
Banfield, Jill. "Wat is een kristal?" Gem en Gem Materialen. Universiteit van Californië, Berkeley Afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen. http://nature.berkeley.edu/classes/eps2/wisc/Lect4.html
blauwe wijzerplaat. "Over horlogekristallen." http://www.bluedial.com/crystal.htm
Breed, William J. "De kern van de aarde kan een gigantisch kristal van ijzer zijn." De New York Times. 4 april, 1995. http://www.nytimes.com/1995/04/04/science/the-core-of-the-earth-may-be-a-gigantic-crystal-made-of-iron.html?pagewanted=alles&src=pm
Chen, Hongbing, Congxin Ge, Rongsheng Li, Jinhao Wang, Changgen Wu en Xianling Zeng. "Groei van loodmolybdaatkristallen door de verticale Bridgman-methode." Bulletin van materiaalkunde. Vol. 28, Nee. 6. Pagina 555. Oktober 2005. http://www.ias.ac.in/matersci/bmsoct2005/555.pdf
Colorado University bij Boulder Department of Chemistry and Biochemistry. "Kristallisatie." http://orgchem.colorado.edu/Technique/Procedures/Crystallization/Crystallization.html
de Dios, Angel C. "Vaste stoffen en symmetrie." Georgetown-universiteit. http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect30/lect30.htm
Nederlands, Steven. "Coördinatie." Universiteit van Wisconsin-Green Bay. http://www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/coordination.htm
Encyclopedie Britannica. "Amethist." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/20466/amethyst
Encyclopedie Britannica. "Amfibool." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/21509/amphibole
Encyclopedie Britannica. "Aragoniet." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/31915/aragonite
Encyclopedie Britannica. "Beryl." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/62904/beryl
Encyclopedie Britannica. "Kristal." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/145105/crystal
Encyclopedie Britannica. "Igneous Rots." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/282318/igneous-rock
Encyclopedie Britannica. "Polykristal." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/468425/polycrystal
Encyclopedie Britannica. "Kwarts." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/486427/quartz
Encyclopedie Britannica. "Toermalijn." http://www.britannica.com/EBchecked/topic/600820/tourmaline
Hoektand, S.F., K. Adomi, S. Iyer, H. Morkoc, H. Zabel, C. Choi en N. Otsuka. Galliumarsenide en andere samengestelde halfgeleiders op silicium. Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde. Vol. 68, Nee. 7. Pagina R31. 1990.
Jacht, Janet. "Hoe worden kristallen gevormd?" Cornell Centrum voor Materiaalonderzoek. 19 mei 2005. http://www.ccmr.cornell.edu/education/ask/index.html?quid=742
Isaaks, alan, John Daintith en Elizabeth Martin. "Oxford Woordenboek van Wetenschap." Oxford Universiteit krant. 4e editie. 2003.
Kaja, Robert Woodbury. "Hoe weet je of een robijn echt of nep is? Is er een test die ik kan doen?" Cornell Centrum voor Materiaalonderzoek. 20 december 2006. http://www.ccmr.cornell.edu/education/ask/index.html?quid=1195
Libbrecht, Kenneth G. "Een sneeuwvlokprimer." Californië Instituut voor Technologie. http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/primer/primer.htm
McKenna, Fil. "Productiemethode belooft goedkoper silicium zonne-energie." MIT Technologie Review. 15 maart, 2012. http://www.technologyreview.com/news/427225/manufacturing-method-promises-cheaper-silicon-solar/
Oxford-woordenboeken. "Epitaxie." http://oxforddictionaries.com/definition/epitaxy
Piezo Instituut. "Dagelijks gebruik." http://www.piezoinstitute.com/applications/everydayuses/index.php
Purdue University College of Science. "Kristalveldtheorie." http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch12/crystal.php#8
Shea, Neil. "Kristalpaleis." National Geographic. November 2008. http://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/crystal-giants/shea-text
Smithsonian Centrum voor Onderwijs en Museum Studies. "Mineralen en kristallen." 2012. http://www.smithsonianeducation.org/educators/lesson_plans/minerals/minerals_crystals.html
Smithsonian Instituut. "Het Lemelson Center presenteert:het kwartshorloge." http://invention.smithsonian.org/centerpieces/quartz/
Universiteit van Californië in Santa Barbara. "Wat zijn mineralen, Edelstenen en kristallen gemaakt van?" UCSB Science Line. http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=291
Universiteit van Virginia. "Hoofdstuk 7:dislocaties en versterkingsmechanismen." Inleiding tot wetenschappelijke engineering van materialen. http://www.virginia.edu/bohr/mse209/chapter7.htm
Ja, Peter en Manuel Cardona. "Fundamentals of Semiconductors:fysica en materiaaleigenschappen." springer. 2010.
Zaitseva, Natalia, Leslie Carman, Andrew Glenn, Jason Newby, Michelle Faust, Sébastien Hamel, Nerine Cherepy en Stephen Payne. "Toepassing van oplossingstechnieken voor snelle groei van organische kristallen." Dagboek van kristalgroei. Vol. 314. Pagina 163. 2011. https://www-gs.llnl.gov/data/assets/docs/publications/application_solution_techniques.pdf