Кристаллизация – это затвердевание атомов или молекул в высокоструктурированную форму, называемую кристаллом. Обычно это относится к медленному осаждению кристаллов из раствора вещества. Однако кристаллы могут образовываться из чистого расплава или непосредственно в результате осаждения из газовой фазы. Кристаллизация может также относиться к технологии разделения твердой и жидкой фаз и очистки, при которой происходит перенос массы из жидкого раствора в чистую твердую кристаллическую фазу.
Хотя кристаллизация может происходят во время осадков, эти два термина не являются взаимозаменяемыми. Осаждение просто относится к образованию нерастворимого (твердого вещества) в результате химической реакции. Осадок может быть аморфным или кристаллическим.
Процесс кристаллизации
Для кристаллизации должны произойти два события. Во-первых, атомы или молекулы группируются вместе в микроскопическом масштабе в процессе, называемом зародышеобразованием . Затем, если кластеры станут стабильными и достаточно большими, может произойти рост кристаллов .
Атомы и соединения обычно могут образовывать больше чем одна кристаллическая структура (полиморфизм). Расположение частиц определяется на стадии зародышеобразования кристаллизации. На это может влиять множество факторов, включая температуру, концентрацию частиц, давление и чистоту материала.
В растворе в кристалле В фазе роста устанавливается равновесие, при котором частицы растворенного вещества снова растворяются в растворе и выпадают в осадок в виде твердого вещества. Если раствор перенасыщен, это вызывает кристаллизацию, потому что растворитель не может поддерживать дальнейшее растворение. Иногда перенасыщенного раствора недостаточно, чтобы вызвать кристаллизацию. Может потребоваться затравочный кристалл или шероховатая поверхность, чтобы начать зарождение и рост.
Примеры кристаллизации
A материал может кристаллизоваться естественным или искусственным путем, быстро или в течение геологического времени. Примеры естественной кристаллизации включают:
- Образование снежинки
- Кристаллизация меда в банке
- Образование сталактита и сталагмита
- Отложение кристаллов драгоценных камней
Примеры искусственной кристаллизации:
- Выращивание кристаллов сахара в банке
- Производство синтетических драгоценных камней
Методы кристаллизации
Есть много методов, используемых для кристаллизации вещества. В значительной степени они зависят от того, является ли исходный материал ионным соединением (например, солью), ковалентным соединением (например, сахаром или ментолом) или металлом (например, серебром или сталью).. Способы выращивания кристаллов включают:
- Охлаждение раствора или расплава
- Испарение растворителя
- Добавление второго растворителя для уменьшения растворимости растворенного вещества.
- Сублимация
- Наслоение растворителя
- Добавление катиона или анион
Наиболее распространенный процесс кристаллизации заключается в растворении растворенного вещества в растворителе, в котором оно, по крайней мере, частично растворимо. Часто температура раствора повышается для увеличения растворимости, поэтому максимальное количество растворенного вещества переходит в раствор. Затем теплую или горячую смесь фильтруют, чтобы удалить нерастворенный материал или примеси. Оставшемуся раствору (фильтрату) дают медленно остыть, чтобы вызвать кристаллизацию. Кристаллы можно удалить из раствора и дать им высохнуть, или их можно промыть, используя растворитель, в котором они нерастворимы. Если процесс повторяется для повышения чистоты образца, это называется перекристаллизацией.
Скорость охлаждения раствора и количество испарения растворитель может сильно повлиять на размер и форму образующихся кристаллов. Как правило, более медленное испарение приводит к минимальному испарению.