Krystallisering
Krystallisering er den måde, hvorpå atomer samles for at danne tæt forbundne eller sammenhængende grupper. Det adskiller et fast stof fra en væske eller undertiden fra en gas. Krystallisation kan ske fra en smeltning eller fra en opløsning og kan være naturlig eller kunstig. Hurtigere krystallisering kan skabe mindre krystaller som i basalt, og langsommere kan skabe større krystaller som i granit.
Kunstig krystallisering er en teknik, der danner faste krystaller fra en homogen opløsning. For at krystallisering kan finde sted, skal den pågældende opløsning være overmættet. Kort sagt skal opløsningen indeholde flere opløste molekyler, end den ville gøre under almindelige forhold. Dette kan opnås ved hjælp af forskellige metoder - fordampning af opløsningsmiddel, afkøling, kemisk reaktion, "drukning" er de mest almindelige metoder, der anvendes i industriel praksis.
For at gøre tingene tydeligere kan vi bruge et enkelt eksempel. Vi tager en skål med vand, som vi tilsætter sukkerkrystaller. Vi fortsætter med at tilsætte sukker, indtil vi når et stadium, hvor der ikke kan opløses flere krystaller. Denne således opnåede opløsning er en mættet opløsning. Det er interessant at bemærke, at vi kan opløse flere krystaller i denne mættede opløsning ved at opvarme den (da opløseligheden af opløselige stoffer øges med stigende temperatur, selv om der forekommer undtagelsestilfælde). Denne temperaturforhøjelse får flere sukkerkrystaller til at opløses i den (hvorved der dannes en overmættet opløsning), men når opløsningens temperatur får lov til at opnå ligevægt med omgivelserne, falder opløseligheden af opløsningsstoffet (fordi opløsningens temperatur er faldet), og det "overskydende" sukker, der således er tilsat, krystalliserer ud. Denne proces illustrerer i det væsentlige den enkleste overmætningsmetode.
"Drukning" er tilsætning af et ikke-opløsningsmiddel i opløsningen, som mindsker opløseligheden af det faste stof. Alternativt kan der også anvendes kemiske reaktioner til at mindske det faste stofs opløselighed i opløsningsmidlet, hvorved der arbejdes hen imod overmætning.
Krystallisationen kan opdeles i faser - primær nukleation er den første. Det er væksten af en ny krystal, som igen forårsager sekundær nukleation - den sidste fase (hvis fjernelse af krystallerne ikke er et problem). Sekundær kimdannelse kræver eksisterende krystaller for at videreføre krystalvæksten. I vores sukkereksempel havde vi opnået sådanne kerner, da det "overskydende" sukker lige var krystalliseret ud, hvilket hjalp yderligere krystaldannelse. Sekundær nukleation er hovedstadiet i krystalliseringen, for det er det, der forårsager "masseproduktion" af krystaller.
Sne, der er under krystallisering.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er krystallisering?
A: Krystallisering er den måde, hvorpå atomer forbindes i en regelmæssig struktur og holdes sammen af kemiske bindinger eller forbundne grupper. Det kan ske fra en smeltning, opløsning eller gas og kan være naturligt eller kunstigt.
Spørgsmål: Hvad er de to vigtigste trin i krystalliseringen?
A: De to vigtigste trin i krystallisationen er kimdannelse og krystalvækst. Kernedannelse er fremkomsten af en krystallinsk fase fra en underafkølet væske eller et overmættet opløsningsmiddel, mens krystalvækst er den forøgelse af partiklernes størrelse, der fører til en krystaltilstand.
Spørgsmål: Hvordan fungerer kunstig krystallisering?
A: Kunstig krystallisering fungerer ved at skabe en overmættet opløsning, hvor der er flere opløste molekyler end under almindelige forhold. Dette kan opnås ved hjælp af metoder som f.eks. fordampning af opløsningsmiddel, afkøling og kemisk reaktion.
Spørgsmål: Hvad sker der under primær nukleation?
Svar: Primær kimdannelse er det første trin i krystalliseringen og indebærer vækst af nye krystaller.
Spørgsmål: Hvordan sker sekundær nukleation?
Svar: Sekundær nukleation opstår, når eksisterende krystaller fortsætter med at vokse, fordi fjernelse ikke er et problem. Den kræver også eksisterende krystaller for at finde sted.
Spørgsmål: Hvordan virker "drukning" i forbindelse med overmætning? A: "Drukning" indebærer, at der tilsættes et ikke-opløsningsmiddel til opløsningen, som mindsker dens opløselighed, således at den bliver overmættet med opløsningsmolekyler.
