Дендрит (кристал)
Дендрит је кристал који се појављује код нестабилне кристализације или код брзог хлађења раствора, а значи облик кристала налик крошњи стабла (јела) или творевину налик гранчици папрати. Гранање је појава споре дифузије молекула.[1]
Настанак кристалног зрна
[уреди | уреди извор]Када се чисти метал охлади испод своје критичне температуре топљења,стварају се многобројне клице међусобним везивањем спорокрећућих атома (центри кристализације). Центром кристализације назива се група атома који формирају најмању честицу фазе способну даље да расте.[2]
Појава прелаза из текућег у чврсто стање назива се кристализација. За разлику од аморфних тијела, која се поступно стврдњавају током наглог хлађења, метали кристализирају при константној температури, која се назива критична температура фазне конверзије. Општа теорија кристализације течности допушта могућност јаког потхлађења раствора, при којем број клица и брзина раста кристала постају једнаки нули, тако да се течност згусне, претварајући се у стакласти материјал, тј. не подлеже кристализацији.
Облик кристалног зрна зависи од стварних услова кристализације: брзине и смера одвођења топлоте, постојања нерастворљивих честица, ступња подхлађења, брзине појаве кристализације, струјања раствора итд. Да би кристал имао правилан облик потребно је лагано хлађење, мали број центара кристализације, неометан раст у свим правцима итд. Како се ово веома ретко остварује, кристал обично има неправилан облик и равни кристали расту неједнаким брзинама. Одвођење топлоте при хлађењу се одвија кроз чврсту и течну фазу. Како одвођење топлоте није једнако у свим правцима, раст кристала ће бити бржи на оним граничним површинама које имају нижу температуру од температуре течне фазе. На брзину раста кристала утичу и примесе. Наиме, оне се могу апсорбовати на површини одређених равнина и успорити њихов раст изазивајући неправилан облик кристала. Последица свега овога је да се из центра кристализације развијају у правцима најбржег раста гране кристала. Из њих се такође развијају нове гране под одређеним углом. Овакав раст кристала назива се дендритски, а кристали дендрити.[3]
Стварни кристали
[уреди | уреди извор]Кристал који расте у оптималним условима ниског презасићења и једноликог дотока честица у свим смеровима требао би попримити равнотежни облик. Међутим, у стварности се то ретко догађа. У најбољем случају добива се полиедар као комбинација између равнотежних и других облика. У стварним условима раста кристала постоје концентрацијске струје, вискозне раствора, температурни градијенти, високи ступањ презасићености, утицај примеса и различити механички утицаји, па се кристали могу развити на безброј начина с различитим површинама. Познати су кристали у облику иглица, плочица или сасвим танких слојева.
Кристали израсли у облику танких иглица називају се вискерима. Неки се кристали током раста гранају попут стабљика биљки (дендрити). Кристали могу нарасти и у танким слојевима. Паралелни раст (епитаксија) настаје кад кристал једне материје расте на површини кристала друге материје. Кристал основице утиче при томе на кристализацију паралелног кристала.
Како настају пахуље снега
[уреди | уреди извор]Пахуље снега су својствен облик леда који настаје у облацима, такође једном облику водене паре. Кад је температура 0 °Ц или нижа, вода мења своје агрегатно стање и прелази из течног агрегатног стања у чврсто агрегатно стање. Мања температура значи и мању кинетичку енергију молекула и смањење ступња слободе у њиховом кретању, па молекули имају довољно енергије да привлачне силе буду надвладане, па структура постаје чврста. На стварање пахуљица утиче неколико чинилаца осим температуре, попут зрачних струја и влажности, те зрнаца прашине које могу придонети укупном повећању масе пахуљице и узроковати разне напуклине у структури кристала, а такав је кристал подложнији отапању.
Обилније снежне падавине реалније је очекивати при температурама око 0 °Ц, па чак и мало изнад, јер тада у ваздуху има више влаге. Већина облака пролази кроз процес назван експанзијско хлађење. Маса зрака се диже у више слојеве атмосфере где се шири због мањег атмосферског притиска и притом истовремено хлади, чиме се смањује и количина водене паре која се претвара у облак. Кад су температуре зрака близу тла довољно ниске, експанзијско хлађење започиње већ и са врло ниском количином водене паре. То значи да се облаци који се стварају при хладнијим атмосферским приликама већ имају мање влаге у себи, односно кристала леда. Да би се могао створити снег потребни су ти ситни кристалићи као клице кристализације (исту улогу могу имати и ситна зрнца прашине).[4]
Ако је зрак прохладан, али не и прехладан, кристали леда почињу стварати конгломерате који стварају пахуљице. Ако је прехладно, неће настати пахуљице, него ће кристали имати игличасти облик. Не постоји граница најниже температуре при којој ће се стварати кристали леда, али постоји граница температуре при којој ће се стварати пахуљице. Такав је случај чест за Арктик на којем се оваква метеоролошка појава назива ледена магла. Дакле, за снег може бити прехладно, али мора бити заиста јако хладно. Ако температура при тлу падне на -20 °Ц постаје мало вјеројатно да ће пасти снег.
Уопштено хексагонални кристали настају у високој наоблаци, игличасти или шестерокутни равни кристали настају у нижој наоблаци на већем притиску. Хладније вријеме потенцира настанак пахуљица са оштријим врховима и настанак дендрита (грана на кристалу). Кристали настали у топлијим условима расту спорије и мање су разгранати. Такође низак притисак узрокује стварање мање разгранатих дендрита, јер је додир међу кристалима сведен на већи простор, тј. густина је већа.
За разлику од кристала леда у снегу, мраз такође настаје смрзавањем водене паре или росе, само што се формира близу тла. Врло чест облик на снежним обронцима је површинско иње. Они су врло очити по рефлексијама светла са површина тих ситних кристала који се обично брзо топе на сунчевој свјетлости:
- од 0 до -4 °Ц – танки шестерокутни равни кристали
- од -4 до -6 °Ц – игличасти кристали
- од -6 до -10 °Ц – шупљи ступасти кристали
- од -10 до -12,5 °Ц – шестерокутни назубљени кристали
- од -12,5 до -16 °Ц - дендрити
Иако изгледа да су кристали снега једнаки са свих страна, то није тачно, будући да на облик кристала делују промене температура, различита зрнца прашине и сл. Истина је да су многи кристали симетрични, а разлог је у томе што облик кристала рефлектира распоред молекула воде у кристалу ,које су међусобно повезане водоничним везама између атома водоника и кисеоника, које тако стварају шестерокутне облике оријентирајући се за време кристализације тако да се што више смање одбојне силе између атома, а привлачне силе чим више ојачају.[5]
Извори
[уреди | уреди извор]- ^ [1] Архивирано на сајту Wayback Machine (5. новембар 2010) "Материјали I", Изв. проф. др. сц.
- ^ "Стројарски приручник", Бојан Краут, Техничка књига Загреб 2009.
- ^ [2] Архивирано на сајту Wayback Machine (4. јул 2014) "Физикална металургија I", др.сц.
- ^ [3] "Снијег - Чаролија с неба", аутор: Жељко Михалић, www.скијање.хр, 2011.
- ^ [4] Архивирано на сајту Wayback Machine (4. март 2016) "Физика сњежних кристала", пише др. сц.
