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.
