Krystalizace je ztuhnutí atomů nebo molekul do vysoce strukturované formy zvané a krystal. Obvykle se to týká pomalých srážky krystalů z roztoku látky. Krystaly se však mohou tvořit z čisté taveniny nebo přímo z depozice z plynné fáze. Krystalizace může také odkazovat na techniku separace a čištění pevné látky-kapaliny, ve které dochází k přenosu hmoty z kapalného roztoku do čisté pevné krystalické fáze.
I když během srážení může docházet ke krystalizaci, oba termíny nejsou zaměnitelné. Srážení se jednoduše týká tvorby nerozpustné (pevné) látky z chemické reakce. Sraženina může být amorfní nebo krystalická.
Proces krystalizace
Aby došlo ke krystalizaci, musí nastat dvě události. Nejprve se atomy nebo molekuly shlukují v mikroskopickém měřítku v procesu zvaném nukleace. Dále, pokud se klastry stanou stabilní a dostatečně velké, růst krystalů může nastat.
Atomy a sloučeniny mohou obecně tvořit více než jednu krystalovou strukturu (polymorfismus). Uspořádání částic je určeno během fáze nukleace krystalizace. To může být ovlivněno více faktory, včetně teploty, koncentrace částic, tlaku a čistoty materiálu.
V roztoku ve fázi růstu krystalu se vytvoří rovnováha, ve které se částice rozpuštěné látky rozpustí zpět do roztoku a vysráží se jako pevná látka. Pokud je roztok přesycen, vede to krystalizace, protože rozpouštědlo nemůže podporovat pokračující rozpouštění. Někdy mít přesycený roztok nestačí k vyvolání krystalizace. Může být nezbytné poskytnout zárodečný krystal nebo drsný povrch pro zahájení nukleace a růstu.
Příklady krystalizace
Materiál může krystalizovat buď přirozeně nebo uměle, a to buď rychle, nebo v průběhu geologických časových plánů. Příklady přirozené krystalizace zahrnují:
- Sněhová vločka formace
- Krystalizace medu ve sklenici
- Stalaktitová a stalagmitová formace
- Ukládání krystalů drahokamů
Příklady umělé krystalizace zahrnují:
- Rostoucí krystaly cukru ve sklenici
- Výroba syntetických drahokamů
Metody krystalizace
Krystalizace látky se používá mnoha způsoby. Do značné míry to záleží na tom, zda je výchozí materiál iontová sloučenina (např. Sůl), kovalentní sloučenina (např. Cukr nebo mentol) nebo kov (např. Stříbro nebo ocel). Způsoby pěstování krystalů zahrnují:
- Chlazení roztoku nebo taveniny
- Odpařování rozpouštědla
- Přidání druhého rozpouštědla ke snížení rozpustnosti rozpuštěné látky
- Sublimace
- Vrstvy rozpouštědel
- Přidání kationtu nebo aniontu
Nejběžnějším krystalizačním procesem je rozpuštění rozpuštěné látky v rozpouštědle, ve kterém je alespoň částečně rozpustná. Často se teplota roztoku zvyšuje, aby se zvýšila rozpustnost, takže maximální množství rozpuštěné látky přechází do roztoku. Potom se horká nebo horká směs filtruje, aby se odstranil nerozpuštěný materiál nebo nečistoty. Zbývající roztok (filtrát) se nechá pomalu ochladit, aby se vyvolala krystalizace. Krystaly mohou být odstraněny z roztoku a ponechány vyschnout nebo mohou být promyty pomocí rozpouštědla, ve kterém jsou nerozpustné. Pokud se proces opakuje, aby se zvýšila čistota vzorku, nazývá se rekrystalizace.
Rychlost chlazení roztoku a množství odpařování rozpouštědla mohou značně ovlivnit velikost a tvar výsledných krystalů. Obecně má pomalejší odpařování za následek minimální odpařování.