Kristalliseerumine
Kristalliseerumine on viis, kuidas aatomid koonduvad tihedalt seotud või ühendatud rühmadeks. See eraldab tahke aine vedelikust või mõnikord ka gaasist. Kristalliseerumine võib toimuda sulast või lahusest ning võib olla loomulik või kunstlik. Kiirem kristalliseerumine võib tekitada väiksemaid kristalle, nagu basaltis, ja aeglasem kristalliseerumine võib tekitada suuremaid kristalle, nagu graniidis.
Kunstlik kristallisatsioon on tehnika, mille abil moodustatakse homogeensest lahusest tahkeid kristalle. Kristalliseerumise toimumiseks peaks käsilolev lahus olema üleküllastunud. Lihtsamalt öeldes peaks lahus sisaldama rohkem lahustunud molekule kui tavatingimustes. Seda saab saavutada erinevate meetoditega - lahusti aurustamine, jahutamine, keemiline reaktsioon, "uputamine" on kõige levinumad tööstuslikus praktikas kasutatavad meetodid.
Asja selgeks tegemiseks võime kasutada lihtsat näidet. Võtame kausi vett, millesse lisame suhkrukristalle. Lisame suhkrut seni, kuni jõuame sellesse faasi, kus kristallid ei saa enam lahustuda. See nii saadud lahus on küllastunud lahus. Huvitav on märkida, et sellesse konkreetsesse küllastunud lahusesse saame lahustades seda kuumutades veel kristalle lahustada (kuna lahustunud ainete lahustuvus suureneb temperatuuri tõusuga, kuigi esineb ka erandjuhtumeid). Selline temperatuuri tõstmine põhjustab, et selles lahuses lahustub rohkem suhkrukristalle (moodustades seega üleküllastunud lahuse), kuid kui lahuse temperatuuril lastakse saavutada tasakaal ümbritsevaga, siis lahustunud aine lahustuvus väheneb (sest lahuse temperatuur on langenud) ja nii lisatud "üleliigne" suhkur kristalliseerub välja. See protsess illustreerib sisuliselt kõige lihtsamat superküllastamise meetodit.
"Hukkumine" on lahusesse mittelahusti lisamine, mis vähendab tahke aine lahustuvust. Alternatiivselt võib kasutada ka keemilisi reaktsioone, et vähendada tahke aine lahustis lahustuvust, töötades seega superküllastumise suunas.
Kristalliseerumise võib jagada etappideks - primaarne nukleatsioon on esimene. See on uue kristalli kasvamine, mis omakorda põhjustab sekundaarse nukleatsiooni - viimane etapp (kui kristallide eemaldamine ei ole probleemiks). Sekundaarne nukleatsioon eeldab olemasolevaid kristalle, et kristallide kasv püsima jääks. Meie suhkru näites olime saanud sellised tuumad, kui "üleliigne" suhkur oli peaaegu välja kristalliseerunud, aidates kaasa edasisele kristallide moodustumisele. Sekundaarne nukleatsioon on kristalliseerumise peamine etapp, sest see põhjustab kristallide "massilise tootmise".
Kristalliseeruv lumi.
Küsimused ja vastused
K: Mis on kristalliseerumine?
V: Kristalliseerumine on viis, kuidas aatomid ühenduvad korrapärase struktuuriga ja neid hoiavad koos keemilised sidemed või seotud rühmad. See võib toimuda sulast, lahusest või gaasist ning võib olla looduslik või kunstlik.
K: Millised on kristalliseerumise kaks peamist etappi?
V: Kristalliseerumise kaks peamist etappi on nukleatsioon ja kristallide kasv. Nukleatsioon on kristallilise faasi teke ülijahutatud vedelikust või üleküllastunud lahustist, samas kui kristallide kasv on osakeste suuruse suurenemine, mis viib kristalliseerumiseni.
K: Kuidas toimub kunstlik kristalliseerumine?
V: Kunstlik kristalliseerumine toimib üleküllastunud lahuse loomise teel, kus on rohkem lahustunud molekule kui tavatingimustes. Seda saab saavutada selliste meetodite abil nagu lahusti aurustumine, jahutamine ja keemiline reaktsioon.
K: Mis toimub primaarse nukleatsiooni käigus?
V: Esmane nukleatsioon on kristalliseerumise esimene etapp ja hõlmab uute kristallide kasvu.
K: Kuidas toimub sekundaarne nukleatsioon?
V: Sekundaarne nukleatsioon toimub siis, kui olemasolevad kristallid jätkavad kasvamist, kuna eemaldamine ei ole probleemiks. Selleks on vaja ka olemasolevaid kristalle.
K: Kuidas toimib "uppumine" seoses superküllastumisega? V: "Hukkumine" hõlmab lahusesse mittelahusti lisamist, mis vähendab lahuse lahustuvust, nii et see muutub üleküllastunud lahuse molekulidega.
