Куда и как растут кристаллы
Envisioning Chemistry: Crystallization II
Из этого видео видно, что:
1. Кристаллы начинают расти с краёв, там, где тоньше слой воды, и вода быстрее испаряется (градиент движения воды больше).
2. По мере роста большие кристаллы склонны сдвигаться туда, где воды больше, они "хотят" быть окруженными водой со всех сторон, выглядит, как будто вода всасывает их.
3. Некоторые кристаллы растут внутрь капли, другие - предпочитают расти наружу.
4. Растущие наружу кристаллы формируют ветки, а не более простые геометрически правильные кубы/цилиндры.
Мои комментарии:
1. Да, кристаллы вообще склонны начинать рост там, где градиент/изменение наиболее крутые. Любой градиент годится - температуры, химических концентраций, структуры, электрического и даже магнитного поля.
2. Вода сглаживает собой градиенты, выравнивает их, поэтому внутри воды кристаллы крупнее/толще. Это доказывает и то, что сама вода нечто вроде кристалла, поскольку свободно перераспределяет внутри себя многие градиенты.
3. Внутрь капли растут те молекулы, которые имеют больше сродства к воде. В самом деле, растворимость NaCl в 100 г воды при 20 С составляет 35,9 г (около 0,6 моль), Na2SO4 19,2 г (около 0,13 моль), NH4Cl 37, 2 (около 0,7 моль), K2CrO4 65 г (около 0,3 моль). Соответственно, вещество с самой малой растворимостью - сульфат натрия - видимо, имеет больше сродства к веществу подложки, чем к воде, поэтому и растут ветки наружу, а не внутрь капли.
4. Когда вода испаряется сравнительно медленно (капли в воде еще много, испарение идет только с верхнего слоя, то есть, при минимальном соотношении площади поверхности к объему), формируются крупные кристаллы. По мере испарения слой воды истончается - скорость испарения увеличивается, увеличивается соотношение S/V, кристаллы становятся тоньше, превращаются в ветки. Ветки стремительнее всего растут при наибольшем градиенте испарения (есть воды/нет воды). В общем, ветки - это форма максимально быстрого преобразования энергии из одной формы в другую. В данном случае идет преобразование связей Н2О - из жидкостной формы в газовую.
Теперь посмотрим вот это видео:
УЗОРЫ на дереве, Lichtenberg paintings on wood,
Видим, что сначала ветки растут тонкими, во все стороны, все ветки светятся на концах, что означает преобразование/сброс энергии по всем возможным направлениям. Затем отдельные ветки вытягиваются (изменяется длина волны), и это как будто обескровливает боковые ветки. Чем длиннее основная ветка, тем меньше свечения в боковых. Они перестают расти, вся энергия идет по одному-двум основным каналам, и эти же каналы горят, значит, становятся более глубокими и объемными. В целом очень напоминает рост деревьев:
В лесу В поле
В степи В пустыне
Так какой градиент движет формированием кристаллов деревьев в разных условиях?