Hidrotermale metode

'n Sintetiese kwartskristal wat met die hidrotermale metode gegroei is

Die Hidrotermiese of hidrotermale metode sluit verskeie tegnieke in om stowwe uit waterige oplossings by hoë temperature en hoë dampdrukke te kristalliseer. Die terme "hidrotermies" en "hidrotermaal" is van geologiese oorsprong.^[1]

Die agtergrond van hierdie metode is die feit dat oplosbaarheid in water gewoonlik groter word by hoër temperatuur, maar dat hoër temperature as 100°C net by hoër drukke as een atmosfeer gerealiseer kan word.

Geochemici en mineroloë het hidrotermale fase-ewewigte sedert die begin van die twintigste eeu bestudeer. George W. Morey by die Carnegie Institution en later Percy W. Bridgman by die Harvard Universiteit het baie werk verrig om die nodige fondamente te lê vir hierdie metode deur metodes te ontwikkel waarmee reaktiewe media teen hoë temperature en drukke ingesluit kan word

Hidrotermale sintese kan gedefinieer word as 'n metode van sintese van enkelkristalle deur die oplosbaarheid van minerale in warm water onder hoë druk te vergroot. Die kristalgroei word uitgevoer in 'n apparaat wat bestaan ​​uit 'n staaldrukhouer genaamd 'n outoklaaf, wat van 'n grondstof saam met water voorsien word. 'n Temperatuurgradiënt word tussen die teenoorgestelde punte van die groeikamer gehandhaaf. Aan die warmer kant los die grondstof op, terwyl dit aan die koeler kant op 'n saadkristal neerslaan, wat (hopelik) 'n enkelkristal laat groei.

Voordele van die hidrotermiese metode bo ander tipes kristalgroei sluit in die vermoë om kristallyne fases te skep wat nie stabiel is by die smeltpunt nie. Baie fases smelt peritekties: hulle ontbind voordat hulle smelt. Die hidrotermale temperatuur kan laer wees as die peritektiese ontbindinstemperatuur.

Ook kan materiale wat 'n hoë dampdruk naby hul smeltpunte deur die hidrotermiese metode gekweek word. Die metode is ook besonder geskik vir die groei van groot kristalle goeie kwaliteit terwyl beheer oor hul samestelling behou word. Die beskikbaarheid van sulke kristalle maak die aanwending van meer fisiese meetmetodes moontlik.

Nadele van die metode sluit in die behoefte aan duur outoklawe, en die onmoontlikheid om die kristal se groei waar te neem omdat dit binne 'n staalbuis gebeur.^[2] Dit is ook nie moontlik om met materiale te werk wat met water reageer nie. Die kristalle wat verkry word is dikwels hidrate in plaas van die watervrye kristallyne fase of die kristal is versadig met watermolekules wat as defekte in die kristaltralie ingebou is.

Gebruik

'n Groot aantal verbindings is onder hidrotermale omstandighede gesintetiseer: elemente, eenvoudige en komplekse oksiede, wolframate, molibdate, karbonate, silikaat ens. Hidrotermale sintese word algemeen gebruik om sintetiese kwarts, edelstene en ander enkelkristalle met kommersiële waarde te kweek. Voorbeelde hiervan is smaragde, robyne, alexandriet en ander. Die metode het bewys dat dit uiters doeltreffend is. Dit is baie nuttig by die soeke na nuwe verbindings met spesifieke fisiese eienskappe en in die sistematiese fisies-chemiese ondersoek van ingewikkelde multikomponentsisteme by verhoogde temperature en druk.

Toerusting vir hidrotermale kristalgroei

Die kristallisasievat wat gebruik word is 'n outoklaaf. Dit is gewoonlik 'n dikwandige staalsilinder met 'n hermetiese seël wat hoë temperature en druk vir lang tydperke moet weerstaan. Verder moet die outoklaafmateriaal inert wees met betrekking tot die oplosmiddel. Die sluiting is die belangrikste element van die outoklaaf. Baie seëlontwerpe is ontwikkel, waarvan die bekendste die Bridgman-seël is. In die meeste gevalle word oplossing gebruik wat staal kan korrodeer. Om korrosie van die interne holte van die outoklaaf te voorkom, word oor die algemeen beskermende insetsels gebruik. Hierdie kan dieselfde vorm as die outoklaaf hê en in die interne holte pas, maar "swewende" tipe insetsels wat slegs 'n deel van die outoklaaf-binnekant beslaan word ook gebruik. Insetsels kan gemaak word van koolstofvrye yster, koper, silwer, goud, platinum, titanium, glas, kwarts of Teflon, afhangende van die temperatuur en oplossing wat gebruik word.

Verwysings

1. Die vroegste voorkoms van die Engelse woord hydrothermal is dalk Sir Charles Lyell (1855). A Manual of Elementary Geology, 5th ed. Boston, Massachusetts: Little, Brown, and Company. p. 603.
2. O'Donoghue, M. (1983). A guide to Man-made Gemstones. Great Britain: Van Nostrand Reinhold Company. pp. 40–44. ISBN 0-442-27253-7.

Hierdie artikel is in sy geheel of gedeeltelik vanuit die Engelse Wikipedia vertaal.