Crystallization
Η κρυστάλλωση είναι ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν σφιχτά συνδεδεμένες ή συνδεδεμένες ομάδες. Διαχωρίζει ένα στερεό από ένα υγρό ή μερικές φορές από ένα αέριο. Η κρυστάλλωση μπορεί να γίνει από τήγμα ή από διάλυμα και μπορεί να είναι φυσική ή τεχνητή. Η ταχύτερη κρυστάλλωση μπορεί να δημιουργήσει κρυστάλλους μικρότερου μεγέθους, όπως στον βασάλτη, και η πιο αργή μπορεί να δημιουργήσει μεγαλύτερους, όπως στον γρανίτη.
Η τεχνητή κρυστάλλωση είναι μια τεχνική που σχηματίζει στερεούς κρυστάλλους από ένα ομοιογενές διάλυμα. Για να συμβεί η κρυστάλλωση, το διάλυμα πρέπει να είναι υπερκορεσμένο. Με απλά λόγια, το διάλυμα θα πρέπει να περιέχει περισσότερα μόρια διαλυμένης ουσίας από ό,τι θα περιείχε υπό συνήθεις συνθήκες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με διάφορες μεθόδους - η εξάτμιση του διαλύτη, η ψύξη, η χημική αντίδραση, ο "πνιγμός" είναι οι πιο συνηθισμένες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική πρακτική.
Για να γίνουν τα πράγματα κατανοητά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα απλό παράδειγμα. Παίρνουμε ένα μπολ με νερό στο οποίο προσθέτουμε κρυστάλλους ζάχαρης. Συνεχίζουμε να του προσθέτουμε ζάχαρη μέχρι να φτάσουμε σε ένα στάδιο όπου δεν μπορούν να διαλυθούν άλλοι κρύσταλλοι. Αυτό το διάλυμα που λαμβάνουμε με αυτόν τον τρόπο είναι ένα κορεσμένο διάλυμα. Είναι ενδιαφέρον να σημειώσουμε ότι μπορούμε να διαλύσουμε περισσότερους κρυστάλλους στο συγκεκριμένο κορεσμένο διάλυμα θερμαίνοντάς το (αφού η διαλυτότητα των διαλυμένων ουσιών αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, αν και υπάρχουν εξαιρετικές περιπτώσεις). Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί τη διάλυση περισσότερων κρυστάλλων ζάχαρης σε αυτό (σχηματίζοντας έτσι ένα υπερκορεσμένο διάλυμα), αλλά όταν η θερμοκρασία του διαλύματος αφεθεί να φτάσει σε ισορροπία με το περιβάλλον, η διαλυτότητα της διαλυμένης ουσίας μειώνεται (επειδή η θερμοκρασία του διαλύματος έχει μειωθεί) και η "περίσσεια" ζάχαρης που προστέθηκε με αυτόν τον τρόπο κρυσταλλώνεται. Η διαδικασία αυτή απεικονίζει ουσιαστικά την απλούστερη από τις τεχνικές υπερκορεσμού.
Ο "πνιγμός" είναι η προσθήκη ενός μη διαλύτη στο διάλυμα που μειώνει τη διαλυτότητα του στερεού. Εναλλακτικά, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν χημικές αντιδράσεις για τη μείωση της διαλυτότητας του στερεού στο διαλύτη, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται υπερκορεσμός.
Η κρυστάλλωση μπορεί να χωριστεί σε στάδια - η πρωτογενής πυρηνοποίηση είναι το πρώτο. Πρόκειται για την ανάπτυξη ενός νέου κρυστάλλου, ο οποίος με τη σειρά του προκαλεί δευτερογενή πυρηνοποίηση - το τελικό στάδιο (εάν δεν τίθεται θέμα απομάκρυνσης των κρυστάλλων). Η δευτερογενής πυρηνοποίηση απαιτεί υπάρχοντες κρυστάλλους για τη διαιώνιση της κρυσταλλικής ανάπτυξης. Στο παράδειγμά μας για τη ζάχαρη, είχαμε αποκτήσει τέτοιους πυρήνες όταν η "περίσσεια" ζάχαρης είχε σχεδόν κρυσταλλωθεί βοηθώντας τον περαιτέρω σχηματισμό κρυστάλλων. Η δευτερογενής πυρηνοποίηση είναι το κύριο στάδιο της κρυστάλλωσης, διότι αυτή είναι που προκαλεί τη "μαζική παραγωγή" κρυστάλλων.
Χιόνι που κρυσταλλώνεται.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η κρυστάλλωση;
A: Η κρυστάλλωση είναι ο τρόπος με τον οποίο τα άτομα συνδέονται σε μια κανονική δομή και συγκρατούνται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς ή συνδεδεμένες ομάδες. Μπορεί να προέρχεται από τήγμα, διάλυμα ή αέριο και μπορεί να είναι φυσική ή τεχνητή.
Ερ: Ποια είναι τα δύο κύρια στάδια της κρυστάλλωσης;
Α: Τα δύο κύρια στάδια της κρυστάλλωσης είναι η πυρηνοποίηση και η ανάπτυξη κρυστάλλων. Η πυρηνοποίηση είναι η εμφάνιση μιας κρυσταλλικής φάσης από ένα υγρό που έχει υποψυχθεί ή έναν υπερκορεσμένο διαλύτη, ενώ η κρυσταλλική ανάπτυξη είναι η αύξηση του μεγέθους των σωματιδίων που οδηγεί σε μια κρυσταλλική κατάσταση.
Ερ: Πώς λειτουργεί η τεχνητή κρυστάλλωση;
Α: Η τεχνητή κρυστάλλωση λειτουργεί με τη δημιουργία ενός υπερκορεσμένου διαλύματος, όπου υπάρχουν περισσότερα μόρια διαλυμένων ουσιών από ό,τι υπό συνήθεις συνθήκες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με μεθόδους όπως η εξάτμιση του διαλύτη, η ψύξη και η χημική αντίδραση.
Ερ: Τι συμβαίνει κατά την πρωτογενή πυρηνοποίηση;
Α: Η πρωτογενής πυρηνοποίηση είναι το πρώτο στάδιο της κρυστάλλωσης και περιλαμβάνει την ανάπτυξη νέων κρυστάλλων.
Ερ: Πώς συμβαίνει η δευτερογενής πυρηνοποίηση;
Α: Η δευτερογενής πυρηνοποίηση συμβαίνει όταν οι υπάρχοντες κρύσταλλοι συνεχίζουν να αναπτύσσονται λόγω του ότι η απομάκρυνση δεν αποτελεί πρόβλημα. Απαιτεί επίσης υπάρχοντες κρυστάλλους για να λάβει χώρα.
Ερ: Πώς λειτουργεί ο "πνιγμός" σε σχέση με τον υπερκορεσμό; Α: Ο "πνιγμός" περιλαμβάνει την προσθήκη ενός μη διαλύτη στο διάλυμα, ο οποίος μειώνει τη διαλυτότητά του, έτσι ώστε αυτό να γίνει υπερκορεσμένο με μόρια διαλυμένης ουσίας.
