Нідерландські фізики пояснили, як при кристалізації з розчину солі утворюються складні древоподібні структури, що виростають далеко за межі початкового обсягу рідини. Це явище вперше було описано близько століття тому, але кількісно описати його механізм і запропонувати спосіб його придушення вдалося тільки зараз, пишуть вчені в.
При випаровуванні розчину звичайної кухонної солі часто можна спостерігати досить красиве явище: кристали, що випадають в осад, «заповзають» на тверду поверхню, з якої контактує розчин, і починають рости з неї, перетворюючись на химерні деревоподібні структури, що виходять далеко за межі початкового об'єму рідини. Цей ефект називають повзучістю солі (не варто плутати з повзучістю матеріалів під дією постійного зовнішнього навантаження), і характерний він для більшості солей. Зустрітися з повзучістю солі легко в повсякденному житті - в першу чергу при випаровуванні дощових крапель, - і тому її наслідки теж добре помітні: повзуча сіль призводить до корозії конструкційних матеріалів, появи нальоту на скульптурах і фресках, пошкодження вуличної електронної техніки.
Вперше повзучість солі описав Роджер Вашбурн більше ста років тому і пояснював її капілярними ефектами в пористих матеріалах. Зокрема, він відзначив інший незвичайний факт, пов'язаний з повзучістю розчинів солей, - це висока швидкість кристалізації: навіть у макроскопічних системах характерний час утворення соляних дерев - кілька хвилин. За майже століття, що пройшло з моменту статті Вашбурна, вчені опублікували кілька пояснень явища, але повноцінної моделі, яка здатна кількісно описати повзучість розчинів солей, передбачити швидкість кристалізації і запропонувати спосіб придушення цього ефекту, не було.
Для створення такої моделі нідерландські фізики під керівництвом Нушина Шахідзадеха (Noushine Shahidzadeh) з Амстердамського університету уважніше вивчили динаміку повзучості розчинів солей. Вчені спостерігали, як ростуть деревовидні кристали з випаровуваних розчинів хлориду натрію, хлориду калію і сульфату натрію. Ці розчини помістили в камеру з контрольованою вологістю і опустили всередину них скляну паличку, на яку і повинна була «заповзати» сіль.
Виявилося, що при відносній вологості в 40 відсотків ніякої повзучості не спостерігається, кристалізація відбувається тільки в розчині або на його поверхні і ніяких деревовидних структур не утворюється. Зате якщо осушити атмосферу і зменшити вологість до шести відсотків, то ситуація змінюється і всі солі починають «виповзати» з розчину. При цьому наявність або відсутність ефекту повзучості не залежить від хімічного складу солі.
У всіх випадках кристалізація починається через збільшення концентрації солі в процесі випаровування розчину, а «заповзати» на опущену в розчин паличку вона починає, коли кут змочування між паличкою і розчином досягає критичного значення (від 20 до 30 градусів залежно від хімічного складу солі). За рахунок змочування плівка розчину покриває спочатку паличку, а коли починається зріст кристала - переповзає і на нього. Таким чином поверхня кристала відразу ж виявляється покрита тонкою плівкою розчину, яка швидко випаровується і з якої росте новий кристал.
Такий механізм, по-перше, сприяє появі великої кількості нових центрів нуклеації, за рахунок чого кристал солі починає ветвитися. А по-друге, він призводить до збільшення площі випаровування і відповідно, різкого збільшення швидкості кристалізації. Процес таким чином прискорює сам себе за експоненційним законом.
При цьому фізики зазначають, що оскільки початок експоненціальної кристалізації контролюється кутом змочування, то цим процесом можна керувати, додаючи в розчин поверхнево-активні речовини. Вони змінюють поверхневе натягнення розчину і, відповідно, кут змочування і або прискорюють, або навпаки, пригнічують «заповзання» розчину на тверду поверхню і утворення плівки. Наприклад, додавання неіонної поверхнево-активної речовини Tween 80, який не взаємодіє з іонами в розчині, дозволяє повністю придушити ефект повзучості.
За словами авторів дослідження, запропонована ними модель допоможе керувати швидкістю зростання «виповзаючих» з розчину кристалів - пригнічуючи її там, де швидка кристалізація солі може перешкодити, або навпаки, прискорюючи, якщо це необхідно для зростання кристалів певної форми.
Дослідження процесів кристалізації досі залишається актуальним не тільки з точки зору корозії матеріалів, але і наприклад у кліматології. Вивчення зародкування і зростання кристалів льоду в хмарах допомагає краще описати формування атмосферних опадів. Наприклад, американські фізики, вивчаючи кристалізацію льоду, виявили аномальні режими кристалізації при температурах від 126 до 262 Кельвінів. А німецькі та британські фізики побачили, як лід кристалізується на частинках польового шпата - одного з найактивніших центрів нуклеації в хмарах.