Para obtener cristales de algunas sustancias químicas existen diversos métodos. El más conocido es disolver el compuesto y esperar a que el disolvente se evapore. Pero si el compuesto es poco soluble, este procedimiento no vale, aunque sí una variante que se llama hidrotermal.
Otro modo es fundir el compuesto. A partir de un fundido se pueden obtener cristales por los llamados métodos de fusión. Los más empleados son el de Verneuil y el de Czochralski. En ambos, en efecto, el cristal se obtiene a partir de nutrientes (sustancias a cristalizar) fundidos.
Método Verneuil
El de Verneuil es el más antiguo. Permite obtener cristales grandes de óxidos de alto punto de fusión, por ejemplo zafiro y rubí. Se ilustra en la imagen de cabecera. El nutriente en polvo contenido en una tolva se deja caer a través de una llama oxhídrica (que alcanza más de 2000 grados) para que se vaya fundiendo. Así se forma una película líquida sobre una semilla de cristalización (un monocristal del producto que se quiere obtener) que se coloca debajo, sobre un pedestal giratorio.
Durante el crecimiento, el pedestal se va bajando lentamente para permitir que el cristal sintético en formación pueda crecer en longitud. Además de la llama oxhídrica se han utilizado muchas otras fuentes de calor, como el horno solar (una estructura que concentra la luz del Sol mediante reflectores), la descarga luminiscente (plasma formado por el paso de corriente eléctrica), la antorcha de plasma, el arco eléctrico o el calentamiento por inducción. La técnica adolece de algunos inconvenientes, como la alta densidad de dislocaciones de la estructura cristalina del cristal obtenido.
Por este procedimiento se pueden cultivar, por ejemplo, grandes cristales de rubí artificial. El nutriente principal en ese caso es Al2O3 en polvo de altísima pureza, pero se le agregan pequeñas cantidades de óxido de cromo para que el material tenga el color rojo típico del rubí.
Método Czochralski
El método de Czochralski es especialmente útil para obtener cristales de silicio destinados a la industria de semiconductores, como se ve en la imagen anterior. Se llama también de tracción porque se va “tirando” del cristal que se está formando para sacarlo de la masa fundida de nutrientes, la cual se halla en un crisol a una temperatura unos grados por encima del punto de fusión del compuesto que se quiere cristalizar.
En la masa fundida se introduce una varilla que gira lentamente y tiene en su extremo un pequeño monocristal que actúa como semilla. Sobre la semilla va cristalizando el fundido poco a poco. La varilla se va elevando, lo que hace que se forme un lingote cilíndrico. Este se finaliza aumentando la velocidad de extracción o bien aumentando la temperatura del crisol para que la masa fundida se haga más líquida.
Se puede recurrir como apoyo a un rayo láser cuya función es subir la temperatura en el punto de la masa fundida donde incide, con lo que este punto se vuelve más fluido y las impurezas tienden a disolverse en él, retirándose así del resto de la masa fundida. Es un método que produce cristales bastante perfectos y homogéneos. Además de silicio monocristalino se pueden obtener excelentes gemas artificiales como el corindón y el granate.
Otros métodos de fusión son los de Kyropoulos, Stepánov o Bridgman.
Imágenes: adaptadas de Wikipedia.
