Kristalizavimas yra atomų ar molekulių sukietėjimas į labai struktūruotą formą, vadinamą a kristalas. Paprastai tai reiškia lėtą krituliai kristalų iš medžiagos tirpalo. Tačiau kristalai gali susidaryti iš gryno lydalo arba tiesiogiai nusėdę iš dujų fazės. Kristalizavimas taip pat gali būti susijęs su kietojo skysčio atskyrimo ir gryninimo technika, kai masė iš skysto tirpalo pereina į gryną kietą kristalinę fazę.
Nors kritulių metu gali kristalizuotis, abi sąvokos nėra keičiamos. Krituliai tiesiog reiškia netirpios (kietos) susidarymą po cheminės reakcijos. Nuosėdos gali būti amorfinės arba kristalinės.
Kristalizacijos procesas
Kad įvyktų kristalizacija, turi įvykti du dalykai. Pirmiausia, atomai ar molekulės susilieja mikroskopiniu mastu procese, vadinamame branduolys. Be to, jei grupės tampa stabilios ir pakankamai didelės, kristalų augimas gali atsirasti.
Atomai ir junginiai paprastai gali sudaryti daugiau nei vieną kristalų struktūrą (polimorfizmas). Dalelių išdėstymas nustatomas kristalizacijos branduolio stadijoje. Tam įtakos gali turėti keli veiksniai, įskaitant temperatūrą, dalelių koncentraciją, slėgį ir medžiagos grynumą.
Kristalų augimo fazės tirpale susidaro pusiausvyra, kurioje tirpios dalelės ištirpsta atgal į tirpalą ir nusėda kaip kieta medžiaga. Jei tirpalas yra supersotintas, tai skatina kristalizaciją, nes tirpiklis negali palaikyti tolesnio tirpimo. Kartais supersotinto tirpalo nepakanka kristalizacijai sukelti. Gali prireikti pateikti a sėklos kristalas arba šiurkštus paviršius, kad būtų galima sukurti branduolį ir augimą.
Kristalizacijos pavyzdžiai
Medžiaga gali kristalizuotis natūraliai arba dirbtinai, greitai arba per geologinius laikotarpius. Natūralios kristalizacijos pavyzdžiai:
- Snaigės formavimas
- Medaus kristalizavimas stiklainyje
- Stalaktitų ir stalagmitų susidarymas
- Brangakmenio kristalų nusėdimas
Dirbtinio kristalinimo pavyzdžiai:
- Auga cukraus kristalai į stiklainį
- Sintetinių brangakmenių gamyba
Kristalizacijos metodai
Medžiagai kristalizuoti naudojama daugybė metodų. Didele dalimi tai priklauso nuo to, ar pradinė medžiaga yra joninis junginys (pvz., Druska), kovalentinis junginys (pvz., Cukrus ar mentolis), ar metalas (pvz., Sidabras ar plienas). Kristalų augimo būdai yra šie:
- Tirpalas ar lydalas atvėsinamas
- Tirpiklio garinimas
- Įpilant antrą tirpiklį, kad sumažintumėte tirpios medžiagos tirpumą
- Sublimacija
- Tirpiklio sluoksniavimas
- Katijono ar anijono pridėjimas
Dažniausias kristalizacijos procesas yra tirpintos medžiagos ištirpinimas tirpiklyje, kuriame jis bent iš dalies tirpsta. Dažnai tirpalo temperatūra padidinama, kad padidėtų tirpumas, todėl į tirpalą patenka maksimalus tirpios medžiagos kiekis. Tada šiltas arba karštas mišinys filtruojamas, kad būtų pašalintos neištirpusios medžiagos ar priemaišos. Likusiam tirpalui (filtratui) leidžiama lėtai atvėsti, kad būtų galima kristalizuotis. Kristalai gali būti pašalinti iš tirpalo ir leisti jiems išdžiūti arba gali būti nuplauti tirpikliu, kuriame jie netirpūs. Jei procesas kartojamas siekiant padidinti mėginio grynumą, jis vadinamas perkristalinimas.
Tirpalo aušinimo greitis ir tirpiklio išgarinimo kiekis gali labai paveikti susidarančių kristalų dydį ir formą. Paprastai lėtesnis išgarinimas lemia minimalų išgarinimą.