Kristallisation
Kristallisation ist die Art und Weise, in der sich Atome zu fest gebundenen oder verbundenen Gruppen zusammenschließen. Sie trennt einen Feststoff von einer Flüssigkeit oder manchmal auch von einem Gas. Die Kristallisation kann aus einer Schmelze oder aus einer Lösung erfolgen, und sie kann natürlich oder künstlich sein. Durch eine schnellere Kristallisation können kleinere Kristalle entstehen wie bei Basalt, und durch eine langsamere Kristallisation können größere Kristalle entstehen wie bei Granit.
Die künstliche Kristallisation ist eine Technik, bei der aus einer homogenen Lösung feste Kristalle gebildet werden. Damit eine Kristallisation stattfinden kann, muss die vorliegende Lösung übersättigt sein. Vereinfacht ausgedrückt, sollte die Lösung mehr gelöste Moleküle enthalten als unter normalen Bedingungen. Dies kann durch verschiedene Methoden erreicht werden - Verdampfen des Lösungsmittels, Abkühlen, chemische Reaktion, wobei das "Ertränken" die in der industriellen Praxis am häufigsten verwendeten Methoden sind.
Um die Dinge zu verdeutlichen, können wir ein einfaches Beispiel anführen. Wir nehmen eine Schüssel Wasser, zu der wir Zuckerkristalle hinzufügen. Wir fügen so lange Zucker hinzu, bis wir ein Stadium erreicht haben, in dem keine Kristalle mehr aufgelöst werden können. Diese so erhaltene Lösung ist eine gesättigte Lösung. Es ist interessant festzustellen, dass wir mehr Kristalle in dieser speziellen gesättigten Lösung lösen können, indem wir sie erhitzen (da die Löslichkeit der gelösten Stoffe mit steigender Temperatur zunimmt, obwohl Ausnahmefälle auftreten). Diese Temperaturerhöhung bewirkt, dass sich mehr Zuckerkristalle darin auflösen (und so eine übersättigte Lösung bilden), aber wenn man die Temperatur der Lösung mit der Umgebung ins Gleichgewicht bringt, nimmt die Löslichkeit des gelösten Stoffes ab (weil die Temperatur der Lösung abgenommen hat) und der "überschüssige" Zucker, der so hinzugefügt wurde, kristallisiert aus. Dieser Prozess veranschaulicht im Wesentlichen die einfachste der Übersättigungstechniken.
Ertrinken" ist die Zugabe eines Nichtlösungsmittels in die Lösung, das die Löslichkeit des Feststoffs verringert. Alternativ können auch chemische Reaktionen eingesetzt werden, um die Löslichkeit des Feststoffs im Lösungsmittel zu verringern und so auf eine Übersättigung hinzuwirken.
Die Kristallisation kann in Stufen unterteilt werden - die primäre Keimbildung ist die erste. Es ist das Wachstum eines neuen Kristalls, das wiederum eine sekundäre Keimbildung verursacht - die letzte Stufe (wenn die Entfernung der Kristalle kein Thema ist). Die sekundäre Keimbildung erfordert vorhandene Kristalle, um das Kristallwachstum aufrechtzuerhalten. In unserem Zucker-Beispiel hatten wir solche Kerne erhalten, als der "überschüssige" Zucker gerade auskristallisiert war und die weitere Kristallbildung unterstützt hatte. Die sekundäre Keimbildung ist die Hauptstufe der Kristallisation, denn sie ist die Ursache für die "Massenproduktion" von Kristallen.
Schnee, der sich gerade kristallisiert.
Fragen und Antworten
F: Was ist Kristallisation?
A: Kristallisation ist die Art und Weise, wie sich Atome in einer regelmäßigen Struktur verbinden und durch chemische Bindungen oder verbundene Gruppen zusammengehalten werden. Dies kann aus einer Schmelze, einer Lösung oder einem Gas geschehen und kann natürlich oder künstlich sein.
F: Was sind die zwei wichtigsten Schritte der Kristallisation?
A: Die beiden wichtigsten Schritte der Kristallisation sind Keimbildung und Kristallwachstum. Die Keimbildung ist das Auftreten einer kristallinen Phase aus einer unterkühlten Flüssigkeit oder einem übersättigten Lösungsmittel, während das Kristallwachstum die Vergrößerung der Partikel ist, die zu einem Kristallzustand führt.
F: Wie funktioniert die künstliche Kristallisation?
A: Künstliche Kristallisation funktioniert, indem eine übersättigte Lösung erzeugt wird, in der sich mehr gelöste Moleküle befinden als unter normalen Bedingungen. Dies kann durch Methoden wie Lösungsmittelverdampfung, Kühlung und chemische Reaktionen erreicht werden.
F: Was geschieht bei der primären Keimbildung?
A: Die primäre Keimbildung ist die erste Stufe der Kristallisation und beinhaltet das Wachstum neuer Kristalle.
F: Wie kommt es zur sekundären Keimbildung?
A: Sekundäre Keimbildung findet statt, wenn bestehende Kristalle weiter wachsen, weil sie nicht entfernt werden können. Außerdem müssen bereits Kristalle vorhanden sein, damit sie stattfinden kann.
F: Wie funktioniert das 'Ertrinken' im Zusammenhang mit der Übersättigung? A: Beim 'Ertränken' wird der Lösung ein Nichtlösungsmittel zugesetzt, das ihre Löslichkeit verringert, so dass sie mit gelösten Molekülen übersättigt wird.
