Hình 1 .1 Đường cong độ tan bão hòa và quá bão hòa theo nhiệt độ
Hình 1.7 Sự hình thành mầm sơ cấp trên bề mặt vật dị thể
Sự tạo mầm thứ cấp
Sự tạo mầm thứ cấp là kết quả từ sự hiện diện của các tinh thể trong dung dịch quá bão hòa. Những tinh thể này có tác dụng xúc tác cho hiện tượng tạo mầm và do đó sự tạo mầm diễn ra tại độ quá bão hòa thấp hơn so với độ quá bão hòa khi quá trình tạo mầm sơ cấp diễn ra. Dù đã có nhiều nghiên cứu về q trình tạo mầm thứ cấp, tuy nhiên cơ chế của q trình này vẫn cịn hạn chế.
Một số lý thuyết đã đưa ra để giải thích cho sự tạo mầm thứ cấp. Những lý thuyết này phân thành hai nhóm chính:
Sự tạo mầm thứ cấp bắt nguồn từ các tinh thể mẹ bao gồm:
- Mầm thứ cấp do tinh thể cho thêm vào ban đầu hay do bụi bẩn.
- Mầm thứ cấp từ các tinh thể hình kim gẫy vỡ.
- Mầm thứ cấp do va chạm.
Mầm thứ cấp cũng có thể bắt nguồn từ dung dịch trong pha lỏng và các cơ sở lý thuyết bao gồm:
16
- Quá trình tạo mầm từ sự chênh lệch nồng độ của các tạp chất.
- Sự tạo mầm do có chuyển động trượt trong dung dịch. Tốc độ tạo mầm thứ cấp bị chi phối bởi ba quá trình:
- Sự hình thành mầm tinh thể ở trên hoặc gần pha rắn.
- Sự di chuyển của các cụm phân tử.
- Sự phát triển đến khi hình thành pha rắn mới.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến các q trình này là: độ q bão hịa, tốc độ làm lạnh, tốc độ khuấy trộn và sự hiện diện của tạp chất. Trong đó, độ q bão hịa là thơng số quan trọng nhất quyết định tốc độ của quá trình tạo mầm thứ cấp.
Quá trình tạo mầm thứ cấp là một hiện tượng phức tạp, do đó hiện tượng này vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ. Vẫn chưa có lý thuyết chung để mô phỏng cho tốc độ tạo mầm của quá trình này. Một số sự tương quan dựa trên mơ hình định luật năng lượng được dùng để giải thích các kết quả từ thực nghiệm.
Tuy nhiên, tốc độ tạo mầm trong trường hợp này không phụ thuộc vào nồng độ của các hạt rắn lơ lửng trong dung dịch. Trong các thiết bị kết tinh trong công nghiệp, hầu hết các phân tử tụ họp lại là do tương tác với môi trường của thiết bị kết tinh.
1.1.3.2. Các cơ chế phát triển tinh thể Sự phát triển liên tục
Nếu α nhỏ hơn 3, năng lượng cần thiết để tạo bề mặt nhám sẽ thấp, vì thế bề mặt tinh thể sẽ chứa nhiều vị trí K hoặc S. Theo cơ chế này, các đơn vị phát triển tiến đến bề mặt và tích hợp vào vị trí thích hợp (K hay S), tốc độ phát triển bề mặt (v) sẽ tuyến tính với độ quá bão hòa (σ).
= (1.8)
Sự tạo mầm bề mặt
Khi 3 < < 5, độ nhám tinh thể giảm, một số đơn vị phát triển khi đến bề mặt sẽ khơng
tìm thấy vị trí K hay S. Những đơn vị phát triển sẽ kết hợp với các đơn vị phát triển khác để hình thành mầm tinh thể mới tại vị trí F trên bề mặt. Mơ hình đa lớp mơ tả sự hình thành và
17
phát triển của các mầm tinh thể tạo vị trí K hoặc S mới, mà tại đó các đơn vị phát triển có thể tích hợp vào.
Theo cơ chế này thì tốc độ phát triển bề mặt (v) có dạng:
= ⁄ [ ] = ⁄ (1.9)
Hàm mũ trong phương trình trên tương tự phương trình tạo mầm sơ cấp, trong đó là
sức căng bề mặt tại vị trí rìa cạnh của mầm tinh thể mới.
Sự phát triển xoắn ốc
Khi α tăng trên 5, tinh thể sẽ có bề mặt phẳng. Do vậy, sự hình thành các mầm tinh thể
mới trên bề mặt F của tinh thể sẽ khó khăn hơn, đặc biệt ở độ q bão hịa thấp, do mầm tinh thể có sức căng bề mặt lớn. Các khuyết tật hay sự sai lệch khơng thẳng hàng trong q
trình sắp xếp các đơn vị phát triển trong mạng tinh thể có xu hướng được tạo ra. Bề mặt dạng này có thể nhận thấy thông qua sự phát triển của tinh thể mồi (kết tinh có sử dụng mầm tinh thể) hay xung quanh hạt nhân dị thể, trong đó một phần của mạng tinh thể sẽ khơng thẳng hàng đối với phần còn lại của tinh thể.