Кристаллизация
Кристаллизация или кристаллизация — это процесс образования твердого тела , в котором атомы или молекулы высоко организованы в структуру , известную как кристалл . Некоторые из способов образования кристаллов — осаждение из раствора , замораживание или, реже, осаждение непосредственно из газа . Свойства полученного кристалла во многом зависят от таких факторов, как температура , давление воздуха и, в случае жидких кристаллов , время испарения жидкости..
Кристаллизация происходит в два основных этапа. Первый — зародышеобразование , появление кристаллической фазы либо из переохлажденной жидкости, либо из пересыщенного растворителя. Второй этап известен как рост кристаллов , который представляет собой увеличение размера частиц и приводит к кристаллическому состоянию. Важной особенностью этого этапа является то, что свободные частицы образуют слои на поверхности кристалла и застревают в открытых неоднородностях, таких как поры, трещины и т. д.
Большинство минералов и органических молекул легко кристаллизуются, и получаемые кристаллы, как правило, хорошего качества, т. е. без видимых дефектов . Однако более крупные биохимические частицы, такие как белки , часто трудно кристаллизовать. Легкость кристаллизации молекул сильно зависит от интенсивности либо атомных сил (в случае минеральных веществ), либо межмолекулярных сил (органические и биохимические вещества), либо внутримолекулярных сил (биохимические вещества).
Кристаллизация также является методом химического разделения твердой и жидкой фаз, при котором происходит перенос массы растворенного вещества из жидкого раствора в чистую твердую кристаллическую фазу. В химической технологии кристаллизация происходит в кристаллизаторе . Таким образом, кристаллизация связана с осаждением , хотя в результате получается не аморфный или неупорядоченный, а кристалл.
Процесс кристаллизации состоит из двух основных событий: зародышеобразования и роста кристаллов , которые обусловлены как термодинамическими, так и химическими свойствами. При кристаллизации зародышеобразование представляет собой этап, на котором молекулы растворенного вещества или атомы, диспергированные в растворителе , начинают собираться в кластеры в микроскопическом масштабе (повышение концентрации растворенного вещества в небольшой области), которые становятся стабильными в текущих рабочих условиях. Эти стабильные кластеры составляют ядра. Следовательно, кластеры должны достичь критического размера, чтобы стать стабильными ядрами. Такой критический размер диктуется множеством различных факторов ( температура , пересыщение, так далее.). Именно на стадии зарождения атомы или молекулы располагаются определенным и периодическим образом, что определяет кристаллическую структуру — обратите внимание, что «кристаллическая структура» — это специальный термин, который относится к относительному расположению атомов или молекул, а не к макроскопическому. свойства кристалла (размер и форма), хотя они являются результатом внутренней структуры кристалла.
Рост кристалла — это последующее увеличение размера зародышей, которым удается достичь критического размера кластера. Рост кристаллов — это динамический процесс, происходящий в равновесии, при котором растворенные молекулы или атомы осаждаются из раствора и снова растворяются в растворе. Пересыщение является одной из движущих сил кристаллизации, поскольку растворимость частиц представляет собой равновесный процесс, количественно определяемый K sp . В зависимости от условий либо зарождение, либо рост могут преобладать над другими, определяя размер кристалла.
