Все металлы характеризуются уникальным строением: они имеют идеально организованное распределение атомов. Этим объясняются и их основные свойства. Склеивание наборов атомов образует кристаллическую решетку, состоящую из элементарных кристаллов. Но при воздействии на металлы температуры их структура изменяется. Это называется кристаллизацией металлов.
Кристаллизация определяется как процесс преобразования химического вещества из жидкого раствора в твердое кристаллическое состояние путем изменения температур и фаз. Она встречается в природе, но чаще всего ее проводят химическим путем в лабораторных условиях. В 1878 году, изучая структуру жидкой стали, из которой изготавливается ступица и другие элементы, учеными было доказано, что кристаллизация состоит из двух процессов. Первый заключается в образовании маленьких частиц, которые называются «зародышами» или центрами, а второй – в росте кристаллов из этих центров.
Особенности процесса кристаллизации металлов
Кристаллизация металлов и сплавов основана на принципах растворимости: соединения обычно более растворимы в горячих жидкостях (растворителях), чем в холодных. Понимая сам процесс и выбрав правильные параметры, можно многократно производить кристаллы необходимого размера, формы и чистоты, сводя к минимуму проблемы последующей обработки.
Основными этапами данного процесса являются следующие:
- Выбирается растворитель. При этом важно учитывать то, какое именно количество вещества должно быть растворено.
- Продукт растворяют в растворителе и увеличивают температуру до тех пор, пока все твёрдые вещества не растворятся.
- Следующий этап процесса кристаллизации металлов предусматривает собой уменьшение растворимости путем переохлаждения, испарения или другой реакции.
- Проведение самой кристаллизации. По мере снижения растворимости достигается точка, в которой кристаллы зарождаются, а затем растут. В итоге должны образоваться кристаллы продукта высокой чистоты, а в растворе – остаться примеси.
- Далее необходимо достичь равновесия температур, чтобы максимизировать выход твердого продукта.
- Последний этап – фильтрация и сушка очищенного продукта.
Кристаллизация металлов – это метод, который уже давно используется для очистки вещества. Он довольно сложный, так как для достижения высокой чистоты кристаллизованного твердого вещества необходимо, чтобы это осаждение проходило медленно. Если вещество затвердеет слишком быстро, в нем могут остаться примеси.
Как уже стало понятно, образование кристаллов происходит путем затвердевания. В чистых металлах оно происходит при постоянных температурах, а в сплавах она изменяется в процессе затвердевания. В этом и заключается основное отличие кристаллизации чистых металлов и сплавов.
Способы кристаллизации
Процесс кристаллизации металла или сплава – это популярная технология, используемая в разных сферах деятельности. На сегодняшний день известно несколько разных методов:
- испарение растворителя: необходимо много материала, но при этом вариант считается простым и эффективным;
- медленное охлаждение: используется растворитель с температурой кипения меньше 100°С;
- диффузия растворителя или пара – хорошо работает с небольшим количеством материала, но найти подходящий растворитель довольно сложно;
- сублимация – выполняется при высоких температурах, из-за чего кристаллы растут слишком быстро и контролировать это сложно.
Выбор наиболее подходящего зависит в основном от свойств кристаллизирующегося материала. Теперь вы кратко ознакомились с кристаллизацией металла, узнали об основных условиях, температуре и о том, как именно она протекает.
