Kristallisationsdefinition

Kristallisation ist die Verfestigung von Atomen oder Molekülen in eine hochstrukturierte Form, die als Kristall bezeichnet wird. Normalerweise bezieht sich dies auf das langsame Ausfällen von Kristallen aus einer Lösung einer Substanz. Kristalle können sich jedoch aus einer reinen Schmelze oder direkt aus der Abscheidung aus der Gasphase bilden. Die Kristallisation kann sich auch auf die Fest-Flüssig-Trennungs- und Reinigungstechnik beziehen, bei der ein Stoffübergang von der flüssigen Lösung in eine reine feste kristalline Phase stattfindet.

Obwohl während der Ausfällung Kristallisation auftreten kann, sind die beiden Ausdrücke nicht austauschbar. Niederschlag bezieht sich einfach auf die Bildung eines unlöslichen (festen) Stoffes aus einer chemischen Reaktion. Ein Niederschlag kann amorph oder kristallin sein.

Der Prozess der Kristallisation

Es müssen zwei Ereignisse auftreten, damit Kristallisation auftritt. Zunächst sammeln sich Atome oder Moleküle in einem so genannten Prozess im mikroskopischen Maßstab Keimbildung. Wenn die Cluster stabil und ausreichend groß werden, Kristallwachstum kann auftreten. Atome und Verbindungen können im Allgemeinen mehr als eine Kristallstruktur bilden (Polymorphismus). Die Anordnung der Partikel wird während des Keimbildungsstadiums der Kristallisation bestimmt. Dies kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden, einschließlich Temperatur, Partikelkonzentration, Druck und Reinheit des Materials.

In einer Lösung in der Kristallwachstumsphase stellt sich ein Gleichgewicht ein, in dem sich gelöste Partikel wieder in der Lösung lösen und als Feststoff ausfallen. Wenn die Lösung übersättigt ist, treibt dies die Kristallisation voran, da das Lösungsmittel das fortgesetzte Auflösen nicht unterstützen kann. Manchmal reicht eine übersättigte Lösung nicht aus, um eine Kristallisation auszulösen. Es kann erforderlich sein, einen Impfkristall oder eine raue Oberfläche bereitzustellen, um die Keimbildung und das Wachstum zu starten.

Beispiele für die Kristallisation

Ein Material kann entweder natürlich oder künstlich und entweder schnell oder über geologische Zeitskalen kristallisieren. Beispiele für natürliche Kristallisation sind:

• Schneeflocke-Bildung
• Kristallisation von Honig im Glas
• Stalaktiten- und Stalagmitenbildung
• Edelstein Kristallablagerung

Beispiele für künstliche Kristallisation umfassen:

• Wachsende Zuckerkristalle in einem Glas
• Herstellung von synthetischen Edelsteinen

Kristallisationsmethoden

Es gibt viele Methoden, um eine Substanz zu kristallisieren. In hohem Maße hängen diese davon ab, ob das Ausgangsmaterial eine ionische Verbindung (z. B. Salz), eine kovalente Verbindung (z. B. Zucker oder Menthol) oder ein Metall (z. B. Silber oder Stahl) ist. Möglichkeiten, Kristalle zu züchten, umfassen:

• Abkühlen einer Lösung oder Schmelze
• Verdampfendes Lösungsmittel
• Zugabe eines zweiten Lösungsmittels zur Verringerung der Löslichkeit des gelösten Stoffes
• Sublimation
• Schichtung mit Lösungsmitteln
• Zugabe eines weiteren Kations oder Anions

Das gebräuchlichste Verfahren besteht darin, den gelösten Stoff in einem Lösungsmittel zu lösen, in dem er zumindest teilweise löslich ist. Oft wird die Temperatur der Lösung erhöht, um die Löslichkeit zu erhöhen, so dass die maximale Menge an gelöstem Stoff in die Lösung gelangt. Als nächstes wird die warme oder heiße Mischung filtriert, um ungelöstes Material oder Verunreinigungen zu entfernen. Die verbleibende Lösung (das Filtrat) wird langsam abkühlen gelassen, um eine Kristallisation auszulösen. Die Kristalle können aus der Lösung entfernt und trocknen gelassen oder auch mit einem Lösungsmittel gewaschen werden, in dem sie unlöslich sind. Wenn der Vorgang wiederholt wird, um die Reinheit der Probe zu erhöhen, spricht man von Umkristallisation.

Die Abkühlgeschwindigkeit der Lösung und die Verdampfungsmenge des Lösungsmittels können die Größe und Form der resultierenden Kristalle stark beeinflussen. Im Allgemeinen ist langsamer besser: Kühlen Sie die Lösung langsam ab und minimieren Sie die Verdunstung.