This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ക്രിസ്റ്റലീകരണം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ക്രിസ്റ്റലീകരണം
Crystallization
അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റായ അണുക്കള്‍ക്കും തന്മാത്രകള്‍ക്കും നിയതമായ സംവിധാനക്രമമുള്ള ഖരവസ്തുക്കള്‍-അതായത് പരലുകള്‍-നിര്‍മിക്കാനും ചെറിയ പരലുകളെ വലുതാക്കാനും ഖരവസ്തുക്കള്‍ ശുദ്ധീകരിക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രക്രിയ. ഈ പ്രക്രിയ പ്രകൃതിയില്‍ നിരന്തരം നടക്കുന്നു. മഞ്ഞുപാളികള്‍, രത്നക്കല്ലുകള്‍, ക്വാര്‍ട്ട്സ് തുടങ്ങിയവ ഓരോരോ പരലുകളായാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. എന്നാല്‍ മിക്ക ഖരവസ്തുക്കളും പല ദിശകളിലേക്ക് ചരിഞ്ഞിരിക്കുന്ന നിരവധി ചെറുപരലുകളുടെ സഞ്ചയങ്ങളായിട്ടാണ് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്. മിക്കപ്പോഴും ദ്രാവകാവസ്ഥയിലോ ലീനാവസ്ഥയിലോ ഉള്ള ഒരു വസ്തുവില്‍നിന്നാണ് അതിന്റെ പരലുകള്‍ വളര്‍ത്തിയെടുക്കുന്നത്. ഒരു പരല്‍രൂപത്തിനു സ്വയം രൂപപരിണാമം സംഭവിച്ചോ വാതകാവസ്ഥയിലിരുന്ന വസ്തു നേരിട്ട് ഖരരൂപത്തിലേക്കുമാറിയോ ഉണ്ടാകുന്ന പരലുകളും അപൂര്‍മായെങ്കിലും കാണപ്പെടാറുണ്ട്.
ഖരവസ്തുക്കള്‍ ശുദ്ധീകരിക്കാനുള്ള ഏറ്റവും ലളിതമായ മാര്‍ഗം ക്രിസ്റ്റലീകരണമാണ്. അനുയോജ്യമായൊരു ലായകത്തെ ചൂടാക്കി ഖരവസ്തു അതില്‍ ലയിപ്പിച്ച് ഒരു ഗാഢലായനി ഉണ്ടാക്കുക. എന്നിട്ടതിനെ ചൂടോടെ അരിച്ചെടുത്ത് തണുക്കാന്‍ വയ്ക്കുക. ബാഷ്പീകരണം നടക്കുമ്പോള്‍ ശുദ്ധമായ ഖരവസ്തുവിന്റെ പരലുകള്‍ വേര്‍തിരിഞ്ഞു വരുന്നതുകാണാം. ഈ പ്രക്രിയ പല തവണ ആവര്‍ത്തിക്കുമ്പോള്‍ വളരെ ശുദ്ധമായ ഖരവസ്തുകിട്ടും. ശുദ്ധീകരിക്കേണ്ട ഖരവസ്തു ലായകത്തില്‍ നന്നായി ലയിക്കുകയും മാലിന്യങ്ങള്‍ അലേയമായിരിക്കുകയും ചെയ്താലേ ഈ ശുദ്ധീകരണ പ്രക്രിയ ഫലപ്രദമാകൂ. ഖരവസ്തുക്കളുടെ ഒരു മിശ്രിതത്തിനകത്തുള്ള വിവിധ ഘടകങ്ങള്‍ക്ക് ഒരു നിശ്ചിത ലായകത്തില്‍ വ്യത്യസ്തങ്ങളായ ലേയത്വമാണുള്ളതെങ്കില്‍ ശുദ്ധഘടകങ്ങള്‍ വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കാന്‍ ആംശിക ക്രിസ്റ്റലീകരണം എന്ന പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കാം. മിശ്രിതത്തിന്റെ ലായനി സാന്ദ്രീകരിക്കുമ്പോള്‍ ലേയത്വം കുറഞ്ഞ ഖരവസ്തുവിന്റെ പരലുകള്‍ ആദ്യം വേര്‍തിരിഞ്ഞുവരും. അവ വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുക. ഈ പ്രക്രിയ പല തവണ ആവര്‍ത്തിച്ച് മിശ്രിതത്തിലെ ഘടകവസ്തുക്കള്‍ ശുദ്ധരൂപത്തില്‍ വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കാന്‍ കഴിയും.
പരല്‍ഘടന ഇല്ലാത്ത ഖരവസ്തുക്കളില്‍പ്പോലും അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റുകളായ അണുക്കള്‍ക്കും തന്മാത്രകള്‍ക്കും നിശ്ചിതമായ സ്ഥാനം കാണും. പരല്‍ഘടനയുള്ള വസ്തുക്കളില്‍ അടിസ്ഥാന യൂണിറ്റുകള്‍ക്ക് നിശ്ചിതമായ സ്ഥാനം കാണുമെന്നു മാത്രമല്ല, അവ നിയതമായ ക്രമത്തില്‍ പരലിലാകമാനം വിന്യസിച്ചിരിക്കുകയും ചെയ്യും. ക്രിസ്റ്റലീകരണ പ്രക്രിയ അത്യന്തം സൂക്ഷ്മതയോടെ നടത്തിയില്ലെങ്കില്‍ കിട്ടുന്ന പരലുകള്‍ നിരവധി ക്രിസ്റ്റലൈറ്റുകളുടെ ഒരു സഞ്ചയം (പോളിക്രിസ്റ്റലൈന്‍) ആയി മാറാന്‍ ഇടയുണ്ട്. മനുഷ്യര്‍ വളരെ അവധാനതയോടെ നിര്‍മിക്കുന്ന പരലുകളിലും പ്രകൃതിയിലുള്ള രത്നങ്ങള്‍പോലുള്ള അപൂര്‍വം ചില പരലുകളിലും 100 ശതമാനം സമ്പൂര്‍ണമായ പരല്‍ഘടന ഉണ്ടായിരിക്കും. അത്തരം പരലുകള്‍ക്ക് ഏതാനും സെ.മീ. മുതല്‍ ഏതാനും മീറ്റര്‍ വരെ വലുപ്പം ഉണ്ടാകാം. സാവധാനം രൂപപ്പെട്ടുവരുന്ന പരലുകള്‍ വലുതും വേഗത്തിലുണ്ടാകുന്നവ ചെറുതുമായിരിക്കും. ക്രിസ്റ്റലീകരണത്തിന്റെ വേഗത വളരെകൂടിപ്പോയാല്‍ പോളിക്രിസ്റ്റലൈന്‍ ആയി മാറുമെന്നു മാത്രമല്ല പരലില്‍ പലതരം വൈകല്യങ്ങള്‍ കടന്നുകൂടുകയും ചെയ്യും. പരല്‍ഘടനയില്‍ ചില അണുക്കളുടെ സ്ഥാനങ്ങള്‍ ശൂന്യമായിക്കിടക്കുക, ചില അണുക്കളുടെ സ്ഥാനങ്ങള്‍ അന്യഅണുക്കള്‍ കൈയടക്കുക, അണുക്കള്‍ സ്ഥാനം മാറി ഇരിക്കുക തുടങ്ങിയവ പരലുകളിലുണ്ടാകുന്ന ചില 'ബിന്ദുവൈകല്യങ്ങ'(point-defects)ളാണ്.
ബിന്ദുവൈകല്യങ്ങളെക്കാള്‍ ഗുരുതരമായവയാണ് 'രേഖാവൈകല്യങ്ങള്‍' (line defects). ഇവയ്ക്കു കാരണം ഒരു വരിയിലുള്ള അണുക്കളുടെയോ ഒരു പ്രതലത്തിലുള്ള അണുക്കളുടെയോ സംവിധാനത്തിലുണ്ടാകുന്ന വൈകല്യങ്ങളാണ്. നിലവിലുള്ള പരലുകള്‍ക്ക് രൂപഭേദം സംഭവിക്കുമ്പോഴും പുതിയ പരലുകള്‍ വളരുമ്പോഴും പരലുകള്‍ക്കുള്ളില്‍ വൈകല്യങ്ങളുണ്ടാകാന്‍ ഇടയാകുന്നു. സിലിക്കണ്‍, ജെര്‍മേനിയം, ഗാലിയം ആര്‍സനൈഡ്, ക്വാര്‍ട്ട്സ് തുടങ്ങിയ നിരവധി വസ്തുക്കളുടെ വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത പരലുകള്‍ അത്യന്തം നിയന്ത്രിതമായ സാഹചര്യങ്ങളില്‍ നടത്തിയ ക്രിസ്റ്റലീകരണ പ്രക്രിയകള്‍ വഴി നിര്‍മിച്ചെടുക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. എന്നാല്‍ വളരെ ചെറിയൊരു വൈകല്യം പോലും ഇല്ലാത്ത പരലുകള്‍ക്ക് പൂജ്യം കെല്‍വിന്‍ താപനിലയില്‍ മാത്രമേ നിലനില്‍ക്കാനാവൂ എന്ന വസ്തുത മറക്കാന്‍ പാടില്ല. പരല്‍ വളരുന്ന വേഗത കൂടുകയും അതു വളരുന്ന ചുറ്റുപാടിലുള്ള മാലിന്യങ്ങളുടെ അളവ് കൂടുകയും താപനില വര്‍ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന മുറയ്ക്ക് വൈകല്യങ്ങളുടെ എണ്ണവും കൂടും.
അത്യന്തം പ്രാധാന്യമര്‍ഹിക്കുന്ന ഒരു ആധുനിക സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ് വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത പരലുകളുടെ നിര്‍മാണം. പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ മൌലികഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാന്‍ നിയതമായ സംവിധാനക്രമമുള്ള പരല്‍ഘടനയാണ് ഏറ്റവും അനുയോജ്യം. അര്‍ധചാലകതപോലുള്ള അതിസൂക്ഷ്മങ്ങളായ മൌലികഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചു പഠിക്കുമ്പോള്‍ പദാര്‍ഥത്തിനകത്തുള്ള ചെറിയ വൈകല്യം പോലും തടസ്സങ്ങളുണ്ടാക്കും. വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത പരലുകളുടെ അപഭംഗമാനം പോലുള്ള ഗുണങ്ങള്‍ അളക്കാനും വ്യാഖ്യാനിക്കാനും വളരെ എളുപ്പമാണ്. പോളിക്രിസ്റ്റലൈന്‍ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ പലപ്പോഴും ഇത്തരം ഗുണങ്ങള്‍ കാണിക്കുന്നില്ല; അഥവാ കാണിച്ചാല്‍ത്തന്നെ അവ വ്യാഖ്യാനിക്കാന്‍ അസാധ്യവുമാണ്.
വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത പരലുകള്‍ക്ക് ഇലക്ട്രോണിക്സില്‍ വലിയ പ്രാധാന്യമുണ്ട്. ലേസറുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഉപകരണങ്ങളിലും ഇത്തരം പരലുകള്‍ അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്. ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായം നിലനില്ക്കുന്നതുതന്നെ ഇത്തരം പരലുകളെ ആശ്രയിച്ചാണെന്നു പറഞ്ഞാല്‍ തെറ്റില്ല. കൃത്രിമ രത്നങ്ങളുടെ നിര്‍മാണം ഇപ്പോള്‍ വളര്‍ന്നുവികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന സാങ്കേതിക ശാസ്ത്രശാഖയാണ്. രത്നങ്ങള്‍ വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത പരലുകളാണ്; സര്‍വോപരി അത്യന്തം നിയതമായ സംവിധാനക്രമമുള്ള പരലുകളുടെ ആന്തരസൌന്ദര്യം അവയെക്കുറിച്ചു താത്വികമായ പഠനങ്ങള്‍ നടത്താന്‍ ശാസ്ത്രലോകത്തെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു.
പരലുകളും അവയുമായി സമ്പര്‍ക്കത്തിലിരിക്കുന്ന പരല്‍ഘടനയില്ലാത്ത (ദ്രാവകം, വാതകം അഥവാ അമോര്‍ഫസ്ഖരം) വസ്തുവും തമ്മിലുള്ള സന്തുലിതാവസ്ഥയെ സാഹചര്യങ്ങളിലുണ്ടാക്കിയ മാറ്റങ്ങള്‍വഴി ഭംഗപ്പെടുത്തിയാണ് കൂടുതല്‍ പരലുകള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നത്. പരലുകളുമായി സമ്പര്‍ക്കത്തിലിരിക്കുന്ന പരല്‍ഘടനയില്ലാത്ത വസ്തു പരലിലുള്ള അതേ ശുദ്ധവസ്തു തന്നെയാകാം. ചിലപ്പോള്‍ പ്രത്യേക ആവശ്യങ്ങള്‍ക്കുവേണ്ടി മറ്റു പല വസ്തുക്കളും അതില്‍ ചേര്‍ക്കാറുമുണ്ട്. ശുദ്ധവസ്തു തന്നെയാണെങ്കില്‍ പല മെച്ചങ്ങളുമുണ്ട്. കിട്ടുന്ന പരലുകള്‍ ശുദ്ധമായിരിക്കുമെന്നു മാത്രമല്ല, ക്രിസ്റ്റലീകരണം താരതമ്യേന വേഗത്തില്‍ നടക്കുകയും ചെയ്യും. ഉരുകിയ ശുദ്ധ ദ്രാവകത്തെ ഉറയാനനുവദിക്കുകയാണ് ക്രിസ്റ്റലീകരണത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും വ്യാപകമായ മാര്‍ഗം. പരലുകള്‍ക്ക് സവിശേഷമായ ചില ഗുണങ്ങള്‍ നല്കാനാവശ്യമുള്ള വസ്തുക്കള്‍-ഡോപ്പന്റുകള്‍-ചേര്‍ക്കാന്‍ ഈ പ്രക്രിയയില്‍ വളരെ എളുപ്പമാണ്.
ക്രിസ്റ്റലീകരണം തുടങ്ങാന്‍ ഒരു മൈക്രോ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ (ന്യൂക്ളിയസ്സിന്റെ) സാന്നിധ്യം ആവശ്യമുണ്ട്. അതില്ലെങ്കില്‍ ക്രിസ്റ്റലീകരണം നടക്കുന്ന പാത്രത്തിന്റെ ചുമരോ പൊടിപോലുള്ള ഒരു അന്യവസ്തുവോ ന്യൂക്ളിയസ്സിന്റെ ധര്‍മം നിര്‍വഹിക്കും. വ്യത്യസ്തമായ വൈദ്യുത ചാലകതകളുള്ള വസ്തുക്കള്‍ തമ്മില്‍ സന്ധിക്കുന്ന ബിന്ദുക്കള്‍ ട്രാന്‍സിസ്റ്ററുകളുടെയും ഡയോഡുകളുടെയും പ്രത്യേകതയാണ്. ഇവ നിര്‍മിക്കാനും അത്യന്തം ഫലപ്രദമായ ക്രിസ്റ്റലീകരണ പ്രക്രിയകളുണ്ട്. ഏതു പ്രക്രിയയാണ് ക്രിസ്റ്റലീകരണത്തിന് തെരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് എന്നത് പ്രധാനമായും പദാര്‍ഥത്തിന്റെ രാസസ്വഭാവത്തെയും പരല്‍ ഏത് ആവശ്യത്തിനുവേണ്ടിയാണ് ഉണ്ടാക്കുന്നത് എന്നതിനെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ക്രിസ്റ്റലീകരണം കഴിയുന്നത്ര താണ താപനിലയില്‍ത്തന്നെ നടത്തണം. താപനില ഉയര്‍ന്നാല്‍ അനാവശ്യമായ രാസപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ നടക്കാനും വിഘടനം ഉണ്ടാക്കാനുമുള്ള സാധ്യതയുണ്ട്. മാത്രമല്ല, ഉയര്‍ന്ന താപനിലയിലുള്ള പ്രക്രിയ നടത്താന്‍ ബുദ്ധിമുട്ട് കൂടുതലുമാണ്.
(എന്‍. മുരുകന്‍)
