1. Выращивание монокристаллов из растворов

Методы искусственного получения кристаллов из растворов основаны или на удалении растворителя из насыщенного раствора путем его медленного испарения при постоянной температуре раствора, или на уменьшении растворимости вещества в данном растворе при охлаждении последнего.

В первом случае при выпаривании растворителя при постоянной температуре насыщенный раствор становится пересыщенным и образовавшийся избыток растворенного вещества выкристаллизовывается; чем медленнее идет испарение растворителя и чем более постоянна температура раствора, тем однороднее и крупнее получаются кристаллы. Всем известно, например, такое явление, как растворение обычной поваренной соли в воде. В этом случае вода является растворителем для соли. Когда мы растворим какое-то количество соли в воде, то получим водный раствор поваренной соли, совершенно чистый и прозрачный (конечно, если исходные продукты были чистыми). Из этого раствора снова можно выделить всю растворившуюся соль, если удалить растворитель (воду) путем выпаривания при нагревании или просто испарить воду на открытом воздухе. При этом легко заметить, что соль выделяется из воды в форме кубических кристаллов и чем медленнее шло испарение воды из раствора, тем крупнее получались кристаллы. При быстром испарении воды величина кристаллов будет значительно меньше, но зато количество их будет больше.

Во втором случае, при медленном охлаждении раствора, пересыщенный раствор образуется за счет понижения растворимости вещества с понижением температуры растворителя; насыщенный раствор становится пересыщенным и избыток растворенного вещества выделяется из раствора в виде кристаллов, и чем медленнее охлаждается раствор, тем крупнее и однороднее вырастают кристаллы.

По такому методу, например, выращиваются в промышленном масштабе кристаллы сегнетовой соли, обладающие отличными пьезоэлектрическими свойствами. Этот же принцип, но при температуре 300-420°С и давлении от 350 до 1200 атм используется и при выращивании кварца из щелочных водных растворов. В нижнюю часть автоклава, заполненного водным раствором карбоната натрия, помещаются куски непригодного к употреблению дробленого природного кварца, а в верхнюю часть автоклава подвешивают затравку - кристаллик кварца. Автоклав нагревают снизу, благодаря чему между низом и верхом автоклава создается температурный перепад. Внизу автоклава будет насыщенный раствор, а в верхней части автоклава получается пересыщенный раствор; избыток окиси кремния осаждается на затравке - и кристалл кварца растет.

Процессы, подобные вышеописанным, постоянно встречаются в природе, в одном месте вода растворяет минералы или их составные части (конечно, в том случае, если они могут в ней растворяться), в других местах происходит отложение вещества, иногда с образованием новых минералов, которые возникают вследствие различных химических реакций,, возникающими между растворенными веществами.

В специальной литературе описаны разнообразные методы получения монокристаллов из водных растворов. Желающим более подробно ознакомиться с этим делом можно рекомендовать книгу А. В. Шубникова "Как растут кристаллы", изд. 1935 г.

Растворителем обычно является вещество, температура плавления которого ниже температуры плавления растворяемого тела. Так, например, железо в жидком состоянии является сравнительно хорошим растворителем для углерода, который при охлаждении раствора выделяется из него в форме графита.