成核
提示：此條目頁的主題不是名為晶核的遊戲。成核（英語：Nucleation，也稱形核、核化）是相變初始時的「孕育階段」。天空中的雲、霧、雨，燃燒生成的煙，冰的結晶，汽水、啤酒的冒出的泡等的形成，均為成核現象。
成核現象需要成核位點（nucleation site）才可發生。汽化時，液相分子聚集於固相物質上面，分子不斷碰撞使得能量聚集，進而形成「汽化中心」；結晶時，若使局部的溶質濃度升高而導致晶體碰撞次數增加，則結晶的晶形構造加快，從而形成「結晶中心」。晶核（英語：crystal nucleus）為晶體的生長中心。晶核的成核有兩種形式：初級成核（包括初級均相成核和初級非均相成核）及二次成核。在高於飽和度的情況下，溶液自發形成晶核的過程，稱作初級均相成核；若晶核是在溶液外來物的誘導下生成，則稱其為初級非均相成核；晶核如在含有溶質晶體的溶液中生成，則稱為二次成核。
例子
[編輯]液體/氣體成核
[編輯]- 雲的形成來源於潮濕的空氣上升到一定高度受到冷卻後，小水滴從過飽和的空氣中成核而來[1]。小水滴的成核是異質的（heterogeneous），其成核點也被稱作雲凝結核。人工降雨正是利用了此原理，在可能降雨的雲層中撒播人工降雨劑以加強成核效率。
- 碳酸水在被開啟後，二氧化碳氣泡在容器表面成核。
- 可樂加曼陀珠噴發現象緣於曼妥思糖果外殼的許多小孔為可樂中二氧化碳的成核反應提供了巨大的表面積。
- 氣泡室和雲室的工作原理均基於成核現象。
晶體成核
[編輯]- 地球上最常見的結晶現象應該是冰的形成。純淨的液態水在0°C時，如果液體中沒有任何冰晶則不會結冰，需要冷卻到更低的溫度才開始結冰。[1]
- 我們日常使用的不少材料都是從液體中生產出的晶體，例如鐵具是由鐵水倒入模具鑄造而成的；因此這些材料的成核在工業中被廣泛研究[2]。在化學工業中，製造被用作催化劑的金屬超分散粉末（metallic ultradispersed powder）也有運用到成核，例如在TiO2納米顆粒上沉積鉑（被用於從水中催化獲取氫氣的催化劑）[3]。成核也是半導體工業中重要的考慮因素，因為半導體中的能隙也受到納米糰簇大小的影響[4]。
參考資料
[編輯]- ^ 1.0 1.1 H. R. Pruppacher and J. D. Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation, Kluwer (1997).
- ^ Kelton, Ken; Greer, Alan Lindsay. Nucleation in Condensed Matter: Applications in Materials and Biology. Amsterdam: Elsevier Science & Technology. 2010. ISBN 9780080421476.
- ^ Palmans, Roger; Frank, Arthur J. A molecular water-reduction catalyst: Surface derivatization of titania colloids and suspensions with a platinum complex. The Journal of Physical Chemistry. 1991, 95 (23): 9438. doi:10.1021/j100176a075.
- ^ Rajh, Tijana; Micic, Olga I.; Nozik, Arthur J. Synthesis and characterization of surface-modified colloidal cadmium telluride quantum dots. The Journal of Physical Chemistry. 1993, 97 (46): 11999. doi:10.1021/j100148a026.