Kristalizācija
Kristalizācija ir veids, kā atomi saplūst, veidojot cieši saistītas vai savienotas grupas. Tā atdala cietu vielu no šķidruma vai dažkārt no gāzes. Kristalizācija var notikt no kausējuma vai šķīduma, un tā var būt dabiska vai mākslīga. Ātrāk kristalizējoties var veidoties mazāka izmēra kristāli, piemēram, bazalts, bet lēnāk - lielāki, piemēram, granīts.
Mākslīgā kristalizācija ir metode, kas no homogēna šķīduma veido cietus kristālus. Lai notiktu kristalizācija, attiecīgajam šķīdumam jābūt pārsātinātam. Vienkāršāk sakot, šķīdumam jāsatur vairāk šķīdinātāja molekulu nekā parastos apstākļos. To var panākt ar dažādām metodēm - šķīdinātāja iztvaicēšana, dzesēšana, ķīmiska reakcija, "noslīcināšana" ir visbiežāk rūpnieciskajā praksē izmantotās metodes.
Lai to izskaidrotu, varam izmantot vienkāršu piemēru. Ņemam bļodu ar ūdeni, kurai pievienojam cukura kristālus. Mēs turpinām tam pievienot cukuru, līdz nonākam līdz stadijai, kad vairs nav iespējams izšķīdināt kristālus. Šādi iegūtais šķīdums ir piesātināts šķīdums. Interesanti, ka šajā konkrētajā piesātinātajā šķīdumā varam izšķīdināt vairāk kristālu, to sildot (jo, palielinoties temperatūrai, šķīdinātāju šķīdība palielinās, lai gan ir izņēmuma gadījumi). Temperatūras paaugstināšana izraisa to, ka tajā izšķīst vairāk cukura kristālu (tādējādi veidojas pārsātināts šķīdums), bet, kad šķīduma temperatūrai ļauj sasniegt līdzsvaru ar apkārtējo temperatūru, šķīdinātāja šķīdība samazinās (jo šķīduma temperatūra ir pazeminājusies), un šādi pievienotais "liekais" cukurs izkristalizējas. Šis process būtībā ilustrē visvienkāršāko pārsātināšanas metodi.
"Nogremdēšana" ir tāda šķīduma pievienošana, kurā nav šķīdinātāja, kas samazina cietās vielas šķīdību. Alternatīvi var izmantot arī ķīmiskas reakcijas, lai samazinātu cietās vielas šķīdību šķīdinātājā, tādējādi panākot pārsātinājumu.
Kristalizāciju var iedalīt posmos - pirmais ir primārā nukleācija. Tā ir jauna kristāla augšana, kas savukārt izraisa sekundāro nukleāciju - pēdējo posmu (ja nav problēmas ar kristālu noņemšanu). Sekundārajai nukleācijai ir vajadzīgi esošie kristāli, lai nodrošinātu kristāla augšanu. Mūsu cukura piemērā mēs ieguvām šādus kodolus, kad "liekais" cukurs bija gandrīz izkristalizējies, palīdzot tālāk veidoties kristāliem. Sekundārā nukleācija ir galvenais kristalizācijas posms, jo tieši tā izraisa kristālu "masveida ražošanu".
Sniegs, kas kristalizējas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir kristalizācija?
A: Kristalizācija ir veids, kā atomi savienojas regulārā struktūrā un turas kopā ar ķīmiskām saitēm vai saistītām grupām. Tā var rasties no kausējuma, šķīduma vai gāzes, un tā var būt dabiska vai mākslīga.
J: Kādi ir divi galvenie kristalizācijas posmi?
A: Divi galvenie kristalizācijas posmi ir nukleācija un kristāla augšana. Nukleācija ir kristāliskās fāzes parādīšanās no pārdzesēta šķidruma vai pārsātināta šķīdinātāja, bet kristāliskā augšana ir daļiņu izmēru palielināšanās, kas noved pie kristāliskā stāvokļa.
J: Kā notiek mākslīgā kristalizācija?
A: Mākslīgā kristalizācija notiek, radot pārsātinātu šķīdumu, kurā ir vairāk šķīdinātāja molekulu nekā parastos apstākļos. To var panākt, izmantojot tādas metodes kā šķīdinātāja iztvaikošana, dzesēšana un ķīmiska reakcija.
J: Kas notiek primārās nukleācijas laikā?
A: Primārā nukleācija ir pirmais kristalizācijas posms, kurā notiek jaunu kristālu augšana.
J: Kā notiek sekundārā nukleācija?
O: Sekundārā nukleācija notiek, kad esošie kristāli turpina augt, jo to aizvākšana vairs nav problēma. Lai tā notiktu, ir vajadzīgi esošie kristāli.
J: Kā "noslīkšana" darbojas saistībā ar pārsātinājumu? A: "Noslīcināšana" nozīmē, ka šķīdumam pievieno šķīdinātāju, kas nav šķīdinātājs, un tas samazina šķīduma šķīdību tā, ka tas kļūst pārsātināts ar šķīdinātāja molekulām.
