З кристалами, або застиглими багатогранниками, людина стикається постійно. При цьому крім природних мінералів, існують кристали, вирощені штучним шляхом. Виростити невеликий кристал (наприклад, солі) можна навіть у домашніх умовах. Але створити кристал із заданими властивостями можна лише за допомогою спеціального обладнання. Це насамперед стосується монокристалів, які в природі не зустрічаються. Для отримання необхідний низку умов, зокрема і певна середовище.
У 1892 р французький дослідник Огюст Вернейль відкрив простий і доступний метод вирощування кристалів за допомогою водню та кисню без контейнера. Використовуючи технологію Вернейля, можна було за 2-3 години отримати синтетичний рубін завбільшки 20-30 карат. З 1902 його метод стали використовувати в ювелірній промисловості і приладобудуванні спочатку у Франції, а потім і в інших країнах. Але метод був ряд істотних недоліків, пов’язаних з використанням для отримання кристалів окислювально-відновного середовища. По-перше, вирощені кристали виходили невисокої якості. По-друге, працювати можна було лише з деякими видами матеріалів. І, нарешті, виявили великі втрати кінцевого продукту.
Проте метод Огюста Вернейля активно використовувався до початку 50-х років. Потім його було вдосконалено. Як середовище для отримання кристалів став застосовуватися аргон.Вибір припав на цей газ-ледар через його властивості не вступати в хімічну реакцію з іншими речовинами. Через кварцові трубки пальника пропускали 3 газові потоки. Основним із них був заряджений потік аргону. Пудра вихідної речовини потрапляла в кристалізатор на поверхню кристала, що росте. Завдяки інертному середовищу, створеному аргоном, вдалося отримати монокристали дуже високої чистоти. Крім того, значно розширився асортимент матеріалів, з яких їх можна було вирощувати.
У 1916 р. польський хімік Ян Чохральський відкрив новий метод вирощування монокристалів в атмосфері аргону. За допомогою його методу можна було працювати з великими обсягами вихідного матеріалу і отримувати не тільки штучне дорогоцінне каміння, але й напівпровідники (наприклад, кремній та германій).
Для вирощування монокристалу методом Чохральського необхідна спеціальна установка. Вона складається з печі, механізму витягування кристала, пристрою для регулювання атмосфери та блоку керування. У таку установку можна одночасно завантажити від 12 до 30 кг вихідного матеріалу. Аргон при атмосферному або підвищеному тиску надходить до камери, де знаходиться розплавлений метал. При цьому нейтральне середовище аргону не тільки дозволяє отримати матеріал високої якості, а й знижує інтенсивність випаровування. У очищений розплав потім вводиться стрижень-затравка і витягується злиток заданого розміру. До якості самого аргону також пред’являються певні вимоги. Він повинен бути максимально високою чистоти та містити лише незначну кількість вологи та домішок, у тому числі вуглеводнів.
Наукова думка не стоїть на місці, тому, хоч би як був хороший метод Чохральського, він з часом удосконалився. Зокрема, О.А.Ремізов та Н.М. Караваєв запропонували змінити витрату аргону та тиск на різних стадіях процесу вирощування кристалу кремнію. В результаті вийшов злиток ще вищої чистоти, з мінімальним вмістом вуглецю.
Ще далі пішли Ю.Л.Стернік та І.Н.Зайцев. Вони вигадали власний апарат для вирощування монокристалів, зокрема сапфіру, у нейтральній атмосфері. У цій установці аргон необхідний прискорення процесу охолодження вже готового кристала. Його подають у камеру через запірний вентиль, встановлений на вакуумній системі.
І, нарешті, не можна не згадати про спосіб отримання штучних кристалів із газової фази. У цьому процесі аргон також грає далеко не останню роль. Саме в потоці цього благородного газу відбувається кристалізація речовини, що надходить до зливка, що росте, у вигляді пари. Цей метод набув широкого поширення, оскільки з його допомогою можна отримати як кристали великої маси, і тонкі пластини і плівки.
Як бачимо, вирощування штучних кристалів з використанням аргону має безліч безперечних переваг.
По-перше, його вартість невисока, тому аргон вигідно застосовувати у промислових масштабах. Так, для отримання 1 кг штучних кристалів потрібно близько півтори тисячі літрів аргону. Зрозуміло, що дорогий газ було б просто застосовувати нерентабельно.
По-друге, завдяки інертності він не вступає в хімічну реакцію з іншими речовинами. В результаті вирощені в атмосфері аргону кристали не міститимуть сторонніх домішок.
По-третє, аргон перетворюється на рідину і кристалізується за дуже низької температури, тому він може бути використаний під час процесів, що потребують глибокого охолодження (до –185 градусів).
І, нарешті, нині розроблено ефективну систему хімічної очистки аргону. А для отримання якісного монокристалу необхідний газ лише найвищого гатунку.
Слід зазначити, що одним із провідних постачальників аргону особливої чистоти є компанія «DP Air Gas». Кожен виробник штучних кристалів на території України, а також у країнах СНД та Євросоюзу, без сумніву, знайде для себе аргон необхідної якості серед target=”_blank”. “title=”технічні гази”>продукції, що пропонує компанія.
Цікаво, що сучасна промисловість виробляє аргон тільки в рідкому та газоподібному стані. Але, виявляється, він не тільки може бути використаний як середовище для отримання синтетичних кристалів, але і сам має здатність до утворення кристалів, що отримали назву клатрати, або кристалічні гідрати. Вони мають кубічну форму та містять у своїй структурі 46 молекул води.
При утворенні клатратів молекули речовин, що мають у своїх ґратах порожнини, приймають у них молекули аргону</a href=”https://dpairgas.com.ua/?cat=22″ target=”_blank” a>. Вперше це явище було описано французьким хіміком Війаром у 1896 р., коли він проводив кристалізацію води в атмосфері аргону. Ar•6H2O на сьогоднішній день вивчений найдокладніше.
У 2000 р. фінськими вченими було відкрито ще одне з’єднання включення – гідрофторид аргону HArF. Але досягти стійкості цього гідрату вченим поки що не вдалося.
Крім того, спектральний аналіз дає дослідникам підстави припускати, що можливе отримання ще однієї сполуки – CU(Ar)O. Воно буде поєднанням аргону, урану і фтороводню.
