Síntesis hidrotermal
La síntesis hidrotermal incluye las diversas técnicas de cristalización de sustancias a partir de soluciones acuosas a alta temperatura a altas presiones de vapor ; también denominado "método hidrotermal". El término " hidrotermal " es de origen geológico . [1] Los geoquímicos y mineralogistas han estudiado los equilibrios de fase hidrotermal desde principios del siglo XX. George W. Morey en la Carnegie Institution y más tarde, Percy W. Bridgman en la Universidad de Harvard Hizo gran parte del trabajo para sentar las bases necesarias para la contención de los medios reactivos en el rango de temperatura y presión donde se realiza la mayor parte del trabajo hidrotermal.
La síntesis hidrotermal se puede definir como un método de síntesis de monocristales que depende de la solubilidad de los minerales en agua caliente a alta presión. El crecimiento de cristales se realiza en un aparato que consta de un recipiente a presión de acero llamado autoclave , en el que se suministra un nutriente junto con agua . Se mantiene un gradiente de temperatura entre los extremos opuestos de la cámara de crecimiento. En el extremo más caliente, el soluto nutriente se disuelve, mientras que en el extremo más frío se deposita en un cristal semilla, haciendo crecer el cristal deseado.
Las ventajas del método hidrotermal sobre otros tipos de crecimiento de cristales incluyen la capacidad de crear fases cristalinas que no son estables en el punto de fusión. Además, los materiales que tienen una alta presión de vapor cerca de sus puntos de fusión pueden cultivarse mediante el método hidrotermal. El método también es particularmente adecuado para el crecimiento de cristales grandes de buena calidad mientras se mantiene el control sobre su composición. Las desventajas del método incluyen la necesidad de autoclaves costosos y la imposibilidad de observar el cristal a medida que crece si se usa un tubo de acero. [2] Existen autoclaves de vidrio de paredes gruesas, que se pueden utilizar hasta 300 ° C y 10 bar. [3]
El primer informe del crecimiento hidrotermal de cristales [4] fue realizado por el geólogo alemán Karl Emil von Schafhäutl (1803-1890) en 1845: cultivó cristales de cuarzo microscópicos en una olla a presión. [5] En 1848, Robert Bunsen informó sobre el cultivo de cristales de carbonato de bario y estroncio a 200 ° C ya presiones de 15 atmósferas, utilizando tubos de vidrio sellados y cloruro de amonio acuoso ( "Salmiak" ) como disolvente. [6] En 1849 y 1851, el cristalógrafo francés Henri Hureau de Sénarmont (1808-1862) produjo cristales de varios minerales mediante síntesis hidrotermal. [7] [8] Más tarde (1905) Giorgio Spezia (1842-1911) publicó informes sobre el crecimiento de cristales macroscópicos.[9] Usó soluciones de silicato de sodio , cristales naturales como semillas y suministro, y un recipiente revestido de plata. Al calentar el extremo de suministro de su recipiente a 320-350 ° C, y el otro extremo a 165-180 ° C, obtuvo aproximadamente 15 mm de crecimiento nuevo durante un período de 200 días. A diferencia de la práctica moderna, la parte más caliente del recipiente estaba en la parte superior. Una escasez en la industria electrónica de cristales de cuarzo natural de Brasil durante la Segunda Guerra Mundial llevó al desarrollo de posguerra de un proceso hidrotermal a escala comercial para cultivar cristales de cuarzo, por AC Walker y Ernie Buehler en 1950 en Bell Laboratories. [10] Nacken (1946), Hale (1948), Brown (1951) y Kohman (1955) han hecho otras contribuciones notables. [11]
Un gran número de compuestos pertenecientes a prácticamente todas las clases se han sintetizado en condiciones hidrotermales: elementos, óxidos simples y complejos , tungstatos , molibdatos , carbonatos, silicatos , germanatos, etc. La síntesis hidrotermal se usa comúnmente para cultivar cuarzo sintético , gemas y otros monocristales . con valor comercial. Algunos de los cristales que se han cultivado de manera eficiente son esmeraldas , rubíes , cuarzo, alejandrita .y otros. El método ha demostrado ser extremadamente eficaz tanto en la búsqueda de nuevos compuestos con propiedades físicas específicas como en la investigación fisicoquímica sistemática de intrincados sistemas multicomponente a temperaturas y presiones elevadas.
