Kristalizacija
Kristalizacija je način, kako se atomi združujejo v tesno povezane ali povezane skupine. Pri tem se trdna snov loči od tekočine, včasih pa tudi od plina. Kristalizacija lahko poteka iz taline ali raztopine, lahko je naravna ali umetna. Pri hitrejši kristalizaciji lahko nastanejo manjši kristali, kot so v bazaltu, pri počasnejši pa večji, kot so v granitu.
Umetna kristalizacija je tehnika, ki iz homogene raztopine tvori trdne kristale. Za kristalizacijo mora biti raztopina prenasičena. Preprosto povedano, raztopina mora vsebovati več molekul topljenca, kot bi ga vsebovala v običajnih pogojih. To lahko dosežemo z različnimi metodami - izhlapevanje topila, hlajenje, kemična reakcija, "utopitev" so najpogostejše metode, ki se uporabljajo v industrijski praksi.
Za lažjo predstavo lahko uporabimo preprost primer. Vzamemo skledo z vodo, v katero dodamo kristalčke sladkorja. Sladkor dodajamo, dokler ne pridemo do faze, ko kristalov ni več mogoče raztopiti. Tako dobljena raztopina je nasičena raztopina. Zanimivo je, da lahko v tej nasičeni raztopini s segrevanjem raztopimo več kristalov (saj se topnost topljencev z višanjem temperature povečuje, čeprav se pojavljajo izjemni primeri). To zvišanje temperature povzroči, da se v njej raztopi več kristalov sladkorja (tako nastane prenasičena raztopina), ko pa temperatura raztopine doseže ravnovesje z okolico, se topnost topljenca zmanjša (ker se je temperatura raztopine znižala) in tako dodani "odvečni" sladkor kristalizira. Ta postopek v bistvu ponazarja najpreprostejšo tehniko prenasičenosti.
"Tonjenje" je dodajanje netopnega sredstva v raztopino, ki zmanjša topnost trdne snovi. Druga možnost je uporaba kemijskih reakcij, ki zmanjšajo topnost trdne snovi v topilu in s tem dosežejo prenasičenost.
Kristalizacijo lahko razdelimo na stopnje - prva je primarna nukleacija. To je rast novega kristala, ki povzroči sekundarno nukleacijo - zadnjo stopnjo (če odstranitev kristalov ni problematična). Sekundarna nukleacija zahteva obstoječe kristale, da se rast kristalov ohrani. V našem primeru s sladkorjem smo takšna jedra dobili, ko je "odvečni" sladkor že skoraj kristaliziral in pomagal pri nadaljnjem nastajanju kristalov. Sekundarna nukleacija je glavna faza kristalizacije, saj povzroča "množično proizvodnjo" kristalov.
Sneg, ki kristalizira.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je kristalizacija?
O: Kristalizacija je način, kako se atomi povežejo v pravilno strukturo in jih skupaj držijo kemične vezi ali povezane skupine. Nastane lahko iz taline, raztopine ali plina in je lahko naravna ali umetna.
V: Katera sta dva glavna koraka kristalizacije?
O: Dve glavni stopnji kristalizacije sta nukleacija in rast kristalov. Nukleacija je pojav kristalne faze iz prehlajene tekočine ali prenasičenega topila, rast kristalov pa je povečanje velikosti delcev, ki vodi v kristalno stanje.
V: Kako deluje umetna kristalizacija?
O: Umetna kristalizacija poteka tako, da se ustvari prenasičena raztopina, v kateri je več molekul topljenca kot v običajnih pogojih. To lahko dosežemo z metodami, kot so izhlapevanje topila, hlajenje in kemijska reakcija.
V: Kaj se zgodi med primarno nukleacijo?
O: Primarna nukleacija je prva stopnja kristalizacije in vključuje rast novih kristalov.
V: Kako poteka sekundarna nukleacija?
O: Do sekundarne nukleacije pride, ko obstoječi kristali še naprej rastejo, ker odstranitev ni problematična. Prav tako so za to potrebni obstoječi kristali.
V: Kako deluje "utopitev" v povezavi s prenasičenostjo? O: "Topljenje" vključuje dodajanje neraztopljenca v raztopino, ki zmanjša njeno topnost, tako da postane prenasičena z molekulami topljenca.
