塩の結晶化
Salt Crystallization
https://sciencestruck.com/ より
水の蒸発による自然な塩の結晶化はかなり一般的な工程である。塩の結晶化は簡単な実験を行うことにより家庭で観察される。この論文を読んで、どのようにして塩が結晶するかを知って下さい…
毎日の生活で、塩結晶、砂糖結晶、氷結晶、ダイアモンド、ルビー等のような様々な種類の結晶に出くわす。結晶化は液体からまたは液体中に溶けている物質から結晶構造を形成する工程である。結晶化工程は固液溶液から物質の純粋な形態の固体を得るために使われる。それは固液分離のために使われる化学的技術である。塩の結晶化または岩石の塩結晶の生成はハロクラスティとして知られ、それは岩石がより小さい塊に壊されていく主原因の1つである。
塩の結晶化
塩の結晶化工程は崩壊または岩石の風化を引き起こす。塩水溶液は亀裂に染み込み、岩石内に入って蒸発し、後に塩結晶を残す。塩溶液は塩辛い水溶液で、その中に溶けた形で塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウムおよび重炭酸塩のような様々な塩類を含んでいる。熱によってこれらの塩結晶は膨張し、閉じ込めた岩石に圧力をかけ、岩石の崩壊をもたらす。
岩石の崩壊で最も有効な塩類は硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、および塩化カルシウムである。驚くべき塩結晶の事実の1つは、これらの塩類結晶のある物は3倍以上に膨張することである。様々な反応溶液が岩石(石灰岩やチョークなど)を分解して硫酸ナトリウムや炭酸ナトリウムの塩類溶液を形成するとき、塩の結晶化も生ずる。水分が蒸発すると、それぞれの塩類結晶が後に残される。
強い熱は水を素早く蒸発させるので、乾燥した気候は塩結晶の生成を促進させる。それは海岸に沿って一般的な現象である。それは塩類風化として知られており、それは護岸の蜂の巣状の石で容易に見られる。蜂の巣はタフォニの一種で、砂岩などの粒状の岩に小さな洞窟のような特徴を示す。丸みを帯びた入り口と滑らかな凹面の壁は海綿状の岩石風化構造の特徴である。この特徴は主に化学的風化によって、また機械的または物理的な塩類風化工程によっても発生する可能性がある。
化学的風化は岩石組成の変化を含んでいる。塩の結晶化は岩石組成に影響を及ぼさないが、両方とも岩石崩壊をもたらす。塩類風化は寒い北極の乾燥した気候でも可能である。塩害または塩腐食として知られている塩類風化は乾燥気候の建物や記念碑および湿度の高い気候の乾燥した微気候条件下でも生じる。塩結晶をもっと知るために、塩がどのように結晶するかを見てみよう。
どのように塩は結晶となるか？
我々が結晶について考えるとき、「どの様にして結晶は出来るのか」が心に浮かぶ最初の疑問である。結晶成長の機構を通して結晶生成の工程は結晶化または固体化と呼ばれる。その工程には2つの主要な現象、核形成と結晶成長がある。核形成中、溶媒に分散している溶質の分子は集まってクラスターになり始める。核形成は結晶成長を伴う；それを通して核は臨界クラスター・サイズの達成に成功する。
過飽和を起こしながら核形成と成長は同時に起こり続ける。塩と水の過飽和溶液では、ナトリウム(Na)と塩素(Cl)は水分子(H2O)によって分離されている。過飽和溶液から水が蒸発し始めると、Na+とCl-の両イオンはお互いに結合し始め、最初は単分子として、その後結晶となり始める。溶液中の塩分子が共に集まり、結合し、決められた位置に収まって結晶ができる。分子はちょうどジグソーパズルのピースように固定される。ますます多くの分子が核の周りに集まって格子構造を形成するにつれて、核は非常に大きくなる。それが成長するにつれて、溶媒状態で留まることが出来ず、溶液から析出する。これが、塩が結晶となることを意味する。このようにして塩の結晶化は起こる。
溶液中の他の分子も同様に集まってクラスターを作り結晶となる。水が蒸発するまで、工程は続く。塩と水の過飽和溶液が入っているジャーを紙で覆って静かな冷たい所に置くと、時間経過と共に塩結晶が出来るのを見られる。
飽和溶液の温度あるいは圧力を下げることによって結晶が得られる。その様な工程を学ぶことは自然の様々な元素間の「原因と結果」の関係を探求するのに役立つ。塩の結晶化は人間の安全性の観点から研究の重要な側面である。；多孔質建材の損傷を防ぐのに役立つからである。
