Útfelling skilgreind á ný

Á ensku hefur hugtakið „Precipitation“ tvenns konar merkingu, annars vegar úrkoma sem flestir hafa heyrt um þegar talað er um veður og hins vegar útfelling sem efnafræðingar og eðlisfræðingar nota gjarnan. Í íslenskri nútímamálsorðabók Árnastofnunar getum við fundið skilgreiningu á útfellingu:

Útfelling – fast efni sem fellur úr vökva. (Heimasíða Árnastofnunar).

Þessi skilgreining er hins vegar er allt of almenn í umfangi sínu. Til dæmis aðskilur sigti í eldhúsinu einnig fast efni úr vökva. Við þurfum þess vegna nákvæmari skilgreiningu fyrir okkar tilgang. Þessi fannst í The Facts on File Dictionary of Chemistry, þar sem útfelling er skilgreind þannig:

Sviflausn lítilla agna fasts efnis í vökva sem myndast í efnahvarfi. (The Facts on File Dictionary of Chemistry – þriðja útgáfa: John Daintith, Checkmark Books, 1999, bls. 199).

Útfelling er oft sýnd í verklegri efnafræðikennslu með því að blanda saman tveimur glærum lausnum og fylgjast með hvernig fast efni myndast í glærri lausninni á botninum á tilraunaglasinu. Er þetta eina leiðin fyrir agnir fasts efnis til að myndast í lausn – í efnahvarfi? Til að svara þessari spurningu skoðum við eftirfarandi skilgreiningu á útfellingu í Wikipedia:

Útfelling er myndun fasts efnis í lausn vegna efnahvarfs. Þegar efnahvarfið á sér stað, kallast fasta myndefnið útfelling. Þetta getur gerst þegar óuppleysanlega efnið, útfellingin, myndast í lausn vegna efnahvarfs eða þegar lausnin hefur verið ofurmettuð með efnasambandi. Myndun útfellinga er tákn um efnabreytingu. Í flestum tilfellum myndast („fellur út“) fasta efnið út úr uppleystu efni og fellur á botninn í lausninni (þó myndi það fljóta ef það er eðlisléttara en lausnin, eða mynda sviflausn). (Heimasíða Wikipedia).

Takið eftir feitletruðu orðin, „efnahvarf“ og „efnabreytingu“ í þessari skilgreiningu. Eftir að hafa flett upp nokkrum heimildum og talað við fjölda efnafræðiprófessora, varð niðurstaðan sú að þessi skilgreining á útfellingu er ekki alveg rétt. Ástæðan fyrir því er að kristöllun getur átt sér stað án efnahvarfs, heldur einfaldlega með eðlilsfræðilegum breytingum í lausninni.

Rannsakendur uppgötvuðu árið 1958, að lang algengasta steind á meginlöndum jarðarinnar, kísill (kvars), getur kristallast út úr lausn með því að breyta eðliseiginleikunum hitastig eða þrýsting lausnarinnar. Úr greininni The Geological Society of America:

Kristöllun í silíkat kerfum er svo nátengt hitastigi, að möguleikinn á jafnhitakristöllun er sjaldan skoðað; og þó geta heilu kristallanir, sem byrja á vökva með engum kristalli, átt sér stað með engu falli í hitastigi. Þetta er mögulegt vegna þess hátts sem vatnið hefur áhrif á vökvana og vegna þess að vatnsmagnið sem haldið er í bráðnuðu silíkatinu er fall af þrýstingi…

Hægt er að stuðla að kristöllun í þessum vatnsbundnum kerfum með lækkun í hitastigi, lækkun á þrýstingi eða hækkun á þrýstingi. (Origin of Granite in the Light of Experimental Studies in the System, O. F. Tuttle og N. L. Bowen, The Geological Society of America, 1958, bls. 67-69).

Ekki er hægt er leggja nægilega mikla áherslu á mikilvægi þessarar skýringar á skilgreiningunni „útfelling“. Þýðing þessarar breytingar gefur svigrúm fyrir gangvirki fyrir vöxt náttúrlegra steinda, gangvirki sem ekki hefur verið tekið eftir hingað til. Jafnvel þótt rannsakendur gerðu sér grein fyrir því fyrir mörgum árum síðan, að kvars kristöllun geti átt sér stað með því að breyta hitastigið eða hækka eða lækka þrýstinginn, þá hafa þeir ekki geta séð tengslin á milli þessa mikilvæga eðlisfræðilega staðreyndar og þeirrar staðreyndar að allar steindir vaxa í vatnslausnum.

Tökum nú saman endurskilgreinda útfellingaferlið, með viðbættu gangvirkinu sem er þekkt til að vera ábyrgt fyrir myndun fastra kristalla:

Náttúrulegir flúorít kristallar myndast ekki við storknun – þeir myndast í vatni.