Kristályosodás
A kristályosodás az a mód, ahogyan az atomok szorosan kötött vagy összekapcsolt csoportokba tömörülnek. Ez választja el a szilárd anyagot a folyadéktól vagy néha a gáztól. A kristályosodás történhet olvadékból vagy oldatból, és lehet természetes vagy mesterséges. A gyorsabb kristályosodás kisebb méretű kristályokat hozhat létre, mint a bazaltban, a lassabb pedig nagyobbakat, mint a gránitban.
A mesterséges kristályosítás olyan technika, amely homogén oldatból szilárd kristályokat képez. A kristályosításhoz az adott oldatnak túltelítettnek kell lennie. Egyszerűen fogalmazva, az oldatnak több oldott molekulát kell tartalmaznia, mint amennyit rendes körülmények között tartalmazna. Ezt különböző módszerekkel lehet elérni - az ipari gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott módszerek az oldószer elpárologtatása, hűtés, kémiai reakció, "megfojtás".
Hogy a dolgok világosak legyenek, használhatunk egy egyszerű példát. Fogunk egy tál vizet, amelyhez cukorkristályokat adunk. Addig adagoljuk hozzá a cukrot, amíg el nem érjük azt a szintet, amikor már nem tudunk több kristályt feloldani. Az így kapott oldat telített oldat. Érdekes, hogy ebbe a bizonyos telített oldatba további kristályokat tudunk oldani, ha melegítjük (mivel az oldott anyagok oldhatósága a hőmérséklet növelésével nő, bár kivételes esetek előfordulnak). A hőmérséklet emelése hatására több cukorkristály oldódik benne (így telített oldat keletkezik), de amikor az oldat hőmérséklete egyensúlyba kerül a környezettel, az oldott anyag oldhatósága csökken (mert az oldat hőmérséklete csökkent), és az így hozzáadott "felesleges" cukor kikristályosodik. Ez a folyamat lényegében a legegyszerűbb szupertelítési technikát szemlélteti.
A "fulladás" egy nem oldószer hozzáadása az oldathoz, amely csökkenti a szilárd anyag oldhatóságát. Alternatívaként kémiai reakciók is alkalmazhatók a szilárd anyag oldhatóságának csökkentésére az oldószerben, így a szupertelítettség felé haladva.
A kristályosodás szakaszokra osztható - az elsődleges magképződés az első. Ez egy új kristály növekedése, ami viszont másodlagos nukleációt okoz - ez a végső szakasz (ha a kristályok eltávolítása nem kérdéses). A másodlagos magképződéshez már meglévő kristályokra van szükség a kristálynövekedés állandósításához. A mi cukorpéldánkban akkor kaptunk ilyen magokat, amikor a "felesleges" cukor már éppen kikristályosodott, segítve a további kristályképződést. A másodlagos magképződés a kristályosodás fő szakasza, mivel ez okozza a kristályok "tömeges keletkezését".
A kristályosodó hó.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kristályosítás?
V: A kristályosodás azt jelenti, hogy az atomok szabályos szerkezetben kapcsolódnak egymáshoz, és kémiai kötések vagy kapcsolt csoportok tartják össze őket. Ez történhet olvadékból, oldatból vagy gázból, és lehet természetes vagy mesterséges.
K: Mi a kristályosodás két fő lépése?
V: A kristályosodás két fő lépése a magképződés és a kristálynövekedés. A nukleáció a kristályos fázis megjelenése túlhűtött folyadékból vagy túltelített oldószerből, míg a kristálynövekedés a részecskék méretének növekedése, amely kristályos állapothoz vezet.
K: Hogyan működik a mesterséges kristályosítás?
V: A mesterséges kristályosítás úgy működik, hogy olyan túltelített oldatot hoz létre, amelyben több oldott molekula van, mint a szokásos körülmények között. Ez olyan módszerekkel érhető el, mint az oldószer elpárolgása, hűtés és kémiai reakció.
K: Mi történik az elsődleges magképződés során?
V: Az elsődleges magképződés a kristályosodás első szakasza, amely új kristályok növekedését jelenti.
K: Hogyan történik a másodlagos nukleáció?
V: A másodlagos nukleáció akkor következik be, amikor a meglévő kristályok tovább növekednek, mivel az eltávolítás nem jelent problémát. Ehhez szintén meglévő kristályokra van szükség.
K: Hogyan működik a "fulladás" a túltelítettséggel kapcsolatban? V: A "fulladás" során az oldatba nem oldószert adunk, ami csökkenti az oldhatóságát, így az oldat túltelítetté válik oldott molekulákkal.
