Cristalizare
Cristalizarea este modul în care atomii se adună pentru a forma grupuri strâns legate sau conectate. Aceasta separă un solid de un lichid sau, uneori, de un gaz. Cristalizarea poate fi realizată din topitură sau dintr-o soluție și poate fi naturală sau artificială. O cristalizare mai rapidă poate produce cristale de dimensiuni mai mici, ca în cazul bazaltului, iar o cristalizare mai lentă poate produce cristale mai mari, ca în cazul granitului.
Cristalizarea artificială este o tehnică prin care se formează cristale solide dintr-o soluție omogenă. Pentru ca cristalizarea să aibă loc, soluția în cauză trebuie să fie suprasaturată. Pur și simplu, soluția trebuie să conțină mai multe molecule de solut decât ar conține în condiții normale. Acest lucru poate fi obținut prin diferite metode - evaporarea solventului, răcirea, reacția chimică, "înecarea" fiind cele mai des folosite în practica industrială.
Pentru a clarifica lucrurile, putem folosi un exemplu simplu. Luăm un bol cu apă în care adăugăm cristale de zahăr. Continuăm să adăugăm zahăr până când ajungem într-un stadiu în care nu mai pot fi dizolvate cristale. Această soluție astfel obținută este o soluție saturată. Este interesant de observat că putem dizolva mai multe cristale în această soluție saturată particulară prin încălzirea ei (deoarece solubilitatea soluanților crește odată cu creșterea temperaturii, deși există cazuri excepționale). Această ridicare a temperaturii determină dizolvarea mai multor cristale de zahăr în ea (formând astfel o soluție suprasaturată), dar când temperatura soluției este lăsată să atingă echilibrul cu mediul înconjurător, solubilitatea solutului scade (deoarece temperatura soluției a scăzut) și zahărul "în exces" astfel adăugat se cristalizează. Acest proces ilustrează, în esență, cea mai simplă dintre tehnicile de suprasaturare.
"Înecarea" este adăugarea unui nesolvent în soluție care scade solubilitatea solidului. Alternativ, reacțiile chimice pot fi, de asemenea, utilizate pentru a diminua solubilitatea solidului în solvent, acționând astfel în direcția suprasaturării.
Cristalizarea poate fi împărțită în etape - nuclearea primară este prima. Este vorba de creșterea unui nou cristal, care la rândul său provoacă nucleația secundară - etapa finală (dacă nu se pune problema îndepărtării cristalelor). Nuclearea secundară necesită cristale existente pentru a perpetua creșterea cristalelor. În exemplul nostru de zahăr, am obținut astfel de nuclee atunci când zahărul "în exces" era pe cale să se cristalizeze ajutând la formarea de cristale suplimentare. Nuclearea secundară este etapa principală a cristalizării, deoarece aceasta este cea care determină "producția în masă" de cristale.
Zăpadă care trece prin cristalizare.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este cristalizarea?
R: Cristalizarea este modul în care atomii se leagă între ei într-o structură regulată și sunt ținuți împreună prin legături chimice sau grupuri conectate. Aceasta poate proveni dintr-o topitură, soluție sau gaz și poate fi naturală sau artificială.
Î: Care sunt cele două etape majore ale cristalizării?
R: Cele două etape majore ale cristalizării sunt nuclearea și creșterea cristalului. Nuclearea este apariția unei faze cristaline dintr-un lichid supraînghețat sau dintr-un solvent suprasaturat, în timp ce creșterea cristalului este creșterea dimensiunii particulelor care duce la o stare cristalină.
Î: Cum funcționează cristalizarea artificială?
R: Cristalizarea artificială funcționează prin crearea unei soluții suprasaturate în care există mai multe molecule de solut decât în condiții obișnuite. Acest lucru poate fi realizat prin metode precum evaporarea solventului, răcirea și reacția chimică.
Î: Ce se întâmplă în timpul nucleării primare?
R: Nuclearea primară este prima etapă a cristalizării și implică creșterea de noi cristale.
Î: Cum are loc nucleația secundară?
R: Nuclearea secundară are loc atunci când cristalele existente continuă să crească datorită faptului că îndepărtarea nu reprezintă o problemă. De asemenea, necesită cristale existente pentru ca aceasta să aibă loc.
Î: Cum funcționează "înecarea" în legătură cu suprasaturația? R: "Înecarea" presupune adăugarea unui nesolvent în soluție, care îi scade solubilitatea, astfel încât aceasta devine suprasaturată cu molecule de solut.
