Kristallisation

Kristallisering är det sätt på vilket atomer samlas för att bilda grupper som är tätt bundna eller sammankopplade. Det skiljer ett fast ämne från en vätska eller ibland från en gas. Kristallisationen kan ske från en smälta eller från en lösning och kan vara naturlig eller konstgjord. Snabbare kristallisering kan ge mindre kristaller som i basalt, och långsammare kan ge större kristaller som i granit.

Konstgjord kristallisering är en teknik som bildar fasta kristaller från en homogen lösning. För att kristallisering ska kunna ske måste lösningen vara övermättad. Enkelt uttryckt bör lösningen innehålla fler lösningsmolekyler än vad den skulle göra under normala förhållanden. Detta kan uppnås genom olika metoder - avdunstning av lösningsmedel, kylning, kemisk reaktion, "dränkning" är de vanligaste metoderna som används i industriell praxis.

För att göra det hela tydligare kan vi använda ett enkelt exempel. Vi tar en skål med vatten som vi tillsätter sockerkristaller i. Vi fortsätter att tillsätta socker tills vi når ett stadium då inga fler kristaller kan lösas upp. Denna lösning som vi får är mättad. Det är intressant att notera att vi kan lösa upp fler kristaller i just denna mättade lösning genom att värma den (eftersom löslighet hos lösningsmedel ökar med ökad temperatur, även om det förekommer undantagsfall). Denna temperaturhöjning gör att fler sockerkristaller löses upp i den (vilket bildar en övermättad lösning), men när lösningens temperatur tillåts uppnå jämvikt med omgivningen minskar lösningsmedlets löslighet (eftersom lösningens temperatur har sjunkit) och det "överflödiga" socker som tillsatts på detta sätt kristalliseras ut. Denna process illustrerar i huvudsak den enklaste övermättnadsmetoden.

"Drunkning" är tillsats av ett icke-lösningsmedel i lösningen som minskar fastämnets löslighet. Alternativt kan kemiska reaktioner också användas för att minska fastämnets löslighet i lösningsmedlet, vilket leder till övermättnad.

Kristallisationen kan delas in i olika stadier - den första är den primära kärnbildningen. Det är tillväxten av en ny kristall, som i sin tur orsakar sekundär nukleation - det sista steget (om det inte är aktuellt att avlägsna kristallerna). Sekundär nukleation kräver befintliga kristaller för att upprätthålla kristalltillväxten. I vårt sockerexempel hade vi erhållit sådana kärnor när det "överflödiga" sockret precis hade kristalliserats ut för att underlätta ytterligare kristallbildning. Sekundär kärnbildning är huvudstadiet i kristalliseringen eftersom det är detta som orsakar "massproduktion" av kristaller.

Snö som håller på att kristalliseras.Zoom
Snö som håller på att kristalliseras.

Frågor och svar

F: Vad är kristallisering?


S: Kristallisering är det sätt på vilket atomer kopplas samman i en regelbunden struktur och hålls samman av kemiska bindningar eller sammanlänkade grupper. Det kan ske från en smälta, lösning eller gas och kan vara naturligt eller artificiellt.

F: Vilka är de två viktigaste stegen vid kristallisering?


S: De två viktigaste stegen i kristalliseringen är kärnbildning och kristalltillväxt. Kärnbildning är uppkomsten av en kristallin fas från en underkyld vätska eller ett övermättat lösningsmedel, medan kristalltillväxt är den ökning av partiklarnas storlek som leder till ett kristalltillstånd.

F: Hur fungerar artificiell kristallisering?


S: Artificiell kristallisering fungerar genom att skapa en övermättad lösning där det finns fler lösningsmolekyler än under vanliga förhållanden. Detta kan uppnås genom metoder som avdunstning av lösningsmedel, kylning och kemisk reaktion.

F: Vad händer under primär kärnbildning?


S: Primär nukleation är det första steget i kristalliseringen och innebär att nya kristaller växer.

F: Hur sker sekundär nukleering?


S: Sekundär nukleation inträffar när befintliga kristaller fortsätter att växa på grund av att avlägsnande inte är ett problem. Det krävs också befintliga kristaller för att den ska kunna äga rum.
F: Hur fungerar "drunkning" i förhållande till övermättnad? S: "Drunkning" innebär att man tillsätter ett icke-lösningsmedel i lösningen som minskar dess löslighet så att den blir övermättad med lösningsmolekyler.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3