Crecimiento de cristales
Un cristal es un material sólido cuyos átomos , moléculas o iones constituyentes están dispuestos en un patrón repetitivo ordenado que se extiende en las tres dimensiones espaciales. El crecimiento de cristales es una etapa importante de un proceso de cristalización y consiste en la adición de nuevos átomos, iones o cadenas de polímeros en la disposición característica de la red cristalina. [1] [2] El crecimiento generalmente sigue una etapa inicial de nucleación homogénea o heterogénea (catalizada en la superficie) , a menos que ya estuviera presente un cristal "semilla", agregado intencionalmente para comenzar el crecimiento.
La acción del crecimiento de los cristales produce un sólido cristalino cuyos átomos o moléculas están muy juntos, con posiciones fijas en el espacio entre sí. El estado cristalino de la materia se caracteriza por una rigidez estructural distinta y una resistencia muy alta a la deformación (es decir, cambios de forma y/o volumen). La mayoría de los sólidos cristalinos tienen valores altos tanto del módulo de Young como del módulo de elasticidad de corte . Esto contrasta con la mayoría de los líquidos o fluidos , que tienen un módulo de cizallamiento bajo y, por lo general, exhiben la capacidad de flujo viscoso macroscópico .
Hay dos etapas en el proceso de cristalización: nucleación y crecimiento. En la primera etapa de nucleación, se crea un pequeño núcleo que contiene el cristal recién formado. La nucleación ocurre con relativa lentitud ya que los componentes iniciales del cristal deben chocar entre sí en la orientación y ubicación correctas para que se adhieran y formen el cristal. Después de la formación exitosa de un núcleo estable, se produce una etapa de crecimiento en la que las partículas libres (átomos o moléculas) se adsorben en el núcleo y propagan su estructura cristalina hacia el exterior desde el sitio de nucleación. Este proceso es significativamente más rápido que la nucleación. La razón de un crecimiento tan rápido es que los cristales reales contienen dislocacionesy otros defectos, que actúan como catalizador para la adición de partículas a la estructura cristalina existente. Por el contrario, los cristales perfectos (sin defectos) crecerían con mucha lentitud. [3] Por otro lado, las impurezas pueden actuar como inhibidores del crecimiento de cristales y también pueden modificar el hábito de los cristales . [4]
La nucleación puede ser homogénea , sin la influencia de partículas extrañas, o heterogénea , con la influencia de partículas extrañas. Generalmente, la nucleación heterogénea tiene lugar más rápidamente ya que las partículas extrañas actúan como un andamio sobre el que crece el cristal, eliminando así la necesidad de crear una nueva superficie y los requisitos de energía de superficie incipientes.
La nucleación heterogénea puede tener lugar por varios métodos. Algunos de los más típicos son pequeñas inclusiones, o cortes, en el recipiente en el que se cultiva el cristal. Esto incluye rayones en los costados y en el fondo de la cristalería. Una práctica común en el crecimiento de cristales es agregar una sustancia extraña, como una cuerda o una roca, a la solución, lo que proporciona sitios de nucleación para facilitar el crecimiento de cristales y reducir el tiempo para cristalizar por completo.
El número de sitios de nucleación también se puede controlar de esta manera. Si se utiliza una pieza nueva de cristalería o un recipiente de plástico, es posible que no se formen cristales porque la superficie del recipiente es demasiado suave para permitir una nucleación heterogénea. Por otro lado, un recipiente muy rayado dará como resultado muchas líneas de pequeños cristales. Para lograr una cantidad moderada de cristales de tamaño mediano, un recipiente que tenga algunos rasguños funciona mejor. Del mismo modo, agregar pequeños cristales hechos previamente, o cristales semilla, a un proyecto de crecimiento de cristales proporcionará sitios de nucleación a la solución. La adición de un solo cristal semilla debería dar como resultado un solo cristal más grande.
