Кристализация
Кристализацията е начинът, по който атомите се събират, за да образуват плътно свързани или свързани групи. Тя отделя твърдо вещество от течност, а понякога и от газ. Кристализацията може да бъде от стопилка или от разтвор и може да бъде естествена или изкуствена. По-бързата кристализация може да доведе до образуването на кристали с по-малък размер, както е при базалта, а по-бавната - до образуването на по-големи кристали, както е при гранита.
Изкуствената кристализация е техника, при която от хомогенен разтвор се образуват твърди кристали. За да настъпи кристализация, съответният разтвор трябва да е пренаситен. Казано по-просто, разтворът трябва да съдържа повече молекули разтворено вещество, отколкото би съдържал при обикновени условия. Това може да се постигне чрез различни методи - изпаряване на разтворителя, охлаждане, химична реакция, "топене" са най-често използваните в промишлената практика.
За да изясним нещата, можем да използваме прост пример. Вземаме купа с вода, в която добавяме кристали захар. Продължаваме да добавяме захар, докато стигнем до етап, в който не могат да се разтворят повече кристали. Така полученият разтвор е наситен. Интересно е да се отбележи, че можем да разтворим повече кристали в този конкретен наситен разтвор, като го загреем (тъй като разтворимостта на разтворените вещества се увеличава с повишаване на температурата, въпреки че се срещат изключителни случаи). Това повишаване на температурата води до разтваряне на повече захарни кристали в него (като по този начин се образува пренаситен разтвор), но когато температурата на разтвора се остави да достигне равновесие с околната среда, разтворимостта на разтвореното вещество намалява (тъй като температурата на разтвора се е понижила) и така добавената "излишна" захар кристализира. Този процес по същество илюстрира най-простата техника на пренасищане.
"Топене" е добавянето на неразтворител в разтвора, който намалява разтворимостта на твърдото вещество. Като алтернатива могат да се използват и химични реакции за намаляване на разтворимостта на твърдото вещество в разтворителя, като по този начин се работи в посока на пренасищане.
Кристализацията може да бъде разделена на етапи - първичното зародишообразуване е първият. Това е растежът на нов кристал, който на свой ред предизвиква вторично зародишообразуване - последният етап (ако не става въпрос за отстраняване на кристалите). Вторичното нуклеиране изисква съществуващи кристали, за да се увековечи растежът на кристала. В нашия пример със захарта получихме такива нуклеуси, когато "излишната" захар тъкмо беше изкристализирала, подпомагайки по-нататъшното образуване на кристали. Вторичното зародишообразуване е основният етап в кристализацията, тъй като именно то предизвиква "масовото производство" на кристали.
Сняг, който е в процес на кристализация.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява кристализацията?
О: Кристализацията е начинът, по който атомите се свързват в правилна структура и се държат заедно чрез химични връзки или свързани групи. Тя може да бъде от стопилка, разтвор или газ и може да бъде естествена или изкуствена.
В: Кои са двете основни стъпки на кристализацията?
О: Двата основни етапа на кристализацията са зародиш и растеж на кристала. Нуклеацията е появата на кристална фаза от преохладена течност или пренаситен разтворител, докато кристалният растеж е увеличаването на размера на частиците, което води до кристално състояние.
Въпрос: Как работи изкуствената кристализация?
О: Изкуствената кристализация се осъществява чрез създаване на пренаситен разтвор, в който има повече молекули разтворено вещество, отколкото при обикновени условия. Това може да се постигне чрез методи като изпаряване на разтворителя, охлаждане и химическа реакция.
Въпрос: Какво се случва по време на първичната нуклеация?
О: Първичната нуклеация е първият етап на кристализацията и включва растежа на нови кристали.
Въпрос: Как се случва вторичната нуклеация?
О.: Вторичното нуклеиране се случва, когато съществуващите кристали продължават да растат, тъй като отстраняването им не е проблем. За да се осъществи, са необходими и съществуващи кристали.
Въпрос: Как действа "удавянето" във връзка със свръхнасищането? О: "Топенето" включва добавяне на неразтворител в разтвора, който намалява разтворимостта му, така че той става пренаситен с молекули разтворено вещество.
