"Музейная азбука от "А до Я". Дендриты.

Суббота, 6 Марта, 2021

МБУК «Музей истории города Отрадного» продолжает «Музейную азбуку»!  Сегодня день буквы «Д» – Дендриты.

Дендриты (от греч. δένδρον– дерево) – сложнокристаллические образования древовидной ветвящейся структуры. Дендриты - это расщеплённые скелетные кристаллы.

Термин этот давнего происхождения. "Дендритные формы" минералов упоминались еще в 1774 году. Соединения, способные кристаллизоваться в виде «деревьев», были известны еще средневековым алхимикам.

Наиболее известны Дерево Дианы и Дерево Сатурна. Дерево Дианы (лат. Arbor Dianae), также известное как Дерево Философа (Arbor Philosophorum), напоминало коралл по своей структуре. (Диана – алхимическое название серебра).

Это дендритная амальгама кристаллизованного серебра, полученная из ртути в растворе нитрата серебра. В таком растворе происходила кристаллизация амальгамы в форме дерева. «Сатурново дерево» называют иногда «деревом Парацельса» – врача-алхимика, основателя фармацевтической химии. Готовя одно из своих лекарств растворением в уксусной кислоте металлического свинца, он задумал добавить еще и ртуть, а потому внес в сосуд кусочки цинка.

В те времена многие химические элементы и даже очень распространенные металлы еще не были по-настоящему идентифицированы и считалось, что цинк содержит много ртути, от этого он такой легкоплавкий.

Не имея времени продолжить опыт, Парацельс оставил сосуд на несколько дней, и как же сильно он был поражен, когда увидел на кусочках цинка блестящие веточки неизвестной природы. Он подумал, что ртуть, затвердев, вышла из цинка.

Позже красивое «дерево» получило название Дерево Сатурна по алхимическому названию свинца. Такие «деревья», которые даже включали фруктовые формы на своих ветвях, настолько впечатляли средневековых алхимиков, что они верили в существование «живых» кристаллов.

Кристаллы-деревья

Когда находят камни с дендритами марганца, их иногда принимают за остатки древних растений. Они и, правда, чем-то похожи на растения, но это сходство обманчиво. Это целиком кристаллические образования.

Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной или стесненной кристаллизации в неравновесных условиях, когда ребра или вершины скелетного кристалла расщепляются по определенным законам. В результате он утрачивает свою первоначальную целостность, появляются кристаллографически разупорядоченные блоки. Они ветвятся и разрастаются в разные стороны подобно дереву, тянущемуся к солнечному свету, кристаллографическая закономерность изначального кристалла в процессе его дендритного развития утрачивается по мере его роста.

Для образования дендритов нужны специфические условия. Дендритные формы кристаллов являются разновидностью скелетных кристаллов, которые расщепились в процессе роста на отдельные ветви. Расщепление происходит, как правило, в стесненных условиях и при неравномерном процессе кристаллизации (например, при резком падении температуры раствора).

Рост кристалла начинается с зародыша – центра кристаллизации. Если параметры раствора (температура, давление, концентрация соединений) со временем не меняются или меняются слабо, то будет образовываться кристалл правильной формы. Однако если один или несколько параметров меняются быстро, образование зародышей тоже будет происходить быстрее, и они будут слипаться между собой. Поступление вещества (диффузия) к растущим зародышам становится еще более неравномерным, и, как следствие, образуются характерные ветвящиеся формы. Направление роста «веточек» происходит в сторону наиболее интенсивного массопереноса – то есть по направлению поступления питающего раствора.

Сам процесс образования дендрита, очень похожий на рост настоящего дерева, принято называть дендритным ростом. Дендриты бывают двухмерными (плоскими) и трехмерными (объемными). Двухмерные дендриты вырастают на поверхности тонких трещин горных пород.

Трехмерные же растут в открытых пустотах. В качестве примеров кристаллодендритов можно привести ледяные узоры на оконном стекле, живописные окислы марганца в тонких трещинах, самородную медь в зонах окисления рудных месторождений, дендриты самородных серебра и золота.

Дендриты образуются не только в природе, но и в литейном производстве. Размер дендритных кристаллов является важным фактором, определяющим свойства литых сплавов.

Например, если расплав охлаждать медленно, то и новые дендриты будут образовываться медленно, и в итоге они будут крупнее. И наоборот, если охлаждение будет быстрым, количество дендритов будет больше, а их итоговый размер меньше. Чем мельче дендриты, тем лучше механические и технологические свойства у готовой продукции, но полностью избавиться от дендритов сложно.

Самый крупный дендрит был обнаружен в конце XIX века в 100-тонном слитке стали и был назван в честь русского учёного Дмитрия Константиновича Чернова, детально исследовавшего процесс зарождения и роста кристаллов (в частности, дендритных стальных кристаллов). Он всесторонне исследовал систему железо–углерод и заложил основы металлографии. Вес «кристалла Д. К.Чернова» составил 3,45 кг, длина – 39 см.

Но, наверное, самая распространенная форма дендритов – это кристаллы льда на оконных стеклах. Появление дендритов льда напрямую зависит от условий охлаждения. В интервале температур от 0 до минус 6 C на поверхности оконного стекла отлагается однородный слой непрозрачного, рыхлого льда, и дендриты не образуются.

Но если охлаждение поверхности стекла начинается при положительной температуре и высокой относительной влажности, то на его поверхности вначале отлагается пленка воды, которая уже при понижении температуры кристаллизуется в виде дендритов.

В качестве центров кристаллизации выступают дефекты поверхности стекла — микроскопические царапины, сколы, трещины. При этом форма дендритов в верхней и в нижней части стекла отличается: внизу, где под действием силы тяжести скапливается больше воды, дендриты, как правило, больше.В верхней части стекла, где пленка воды меньше, дендриты, соответственно, тоньше.

В фондах МБУК «Музей истории города Отрадного» имеется образец Дендритов окислов марганца на твердой каменной породе. Он представляет собой натуральный камень неправильной формы. Цвет камня неоднородный: бежевый, серый, светло-коричневый.

Дендриты на нем представляют собой сложно кристаллические образования древовидной ветвящейся структуры, протяженностью до 3 см. Черные минералы марганца создают образования на светло-коричневом фоне породы с фронтальной и верхней сторон камня. На оборотной стороне камня дендриты отсутствуют.

                                                                                                   Составители – главный хранитель фондов С.Е.Инжуватова

                                                       и хранитель музейных предметов Д.Х. Беседина МБУК "Музей истории города Отрадного"