Kristallisatie
Kristallisatie is de manier waarop atomen zich verzamelen om nauw verbonden of verbonden groepen te maken. Het scheidt een vaste stof van een vloeistof of soms van een gas. Kristallisatie kan uit een smelt of uit een oplossing komen en kan natuurlijk of kunstmatig zijn. Snellere kristallisatie kan kleinere kristallen maken zoals in basalt, en langzamer kan grotere kristallen maken zoals in graniet.
Kunstmatige kristallisatie is een techniek die vaste kristallen vormt uit een homogene oplossing. Om kristallisatie te laten plaatsvinden moet de oplossing in kwestie oververzadigd zijn. Simpel gezegd zou de oplossing meer opgeloste moleculen moeten bevatten dan onder normale omstandigheden het geval zou zijn. Dit kan worden bereikt door verschillende methoden - verdamping, koeling, chemische reactie, 'verdrinking' zijn de meest voorkomende methoden die in de industriële praktijk worden gebruikt.
Om het duidelijk te maken kunnen we een eenvoudig voorbeeld gebruiken. We nemen een kom water waar we suikerkristallen aan toevoegen. We blijven er suiker aan toevoegen tot we een stadium bereiken waarin geen kristallen meer kunnen worden opgelost. Deze aldus verkregen oplossing is een verzadigde oplossing. Het is interessant om op te merken dat we meer kristallen kunnen oplossen in deze verzadigde oplossing door deze te verhitten (aangezien de oplosbaarheid van de opgeloste stoffen toeneemt naarmate de temperatuur stijgt, hoewel er zich uitzonderlijke gevallen voordoen). Deze verhoging van de temperatuur zorgt ervoor dat er meer suikerkristallen in oplossen (waardoor een oververzadigde oplossing ontstaat), maar wanneer de temperatuur van de oplossing in evenwicht wordt gebracht met de omgeving, neemt de oplosbaarheid van de oplossing af (omdat de temperatuur van de oplossing is gedaald) en kristalliseert de 'overtollige' suiker die zo is toegevoegd. Dit proces illustreert in wezen de eenvoudigste oververzadigingstechnieken.
Verdrinking' is de toevoeging van een onoplosmiddel in de oplossing die de oplosbaarheid van de vaste stof vermindert. Als alternatief kunnen chemische reacties ook worden gebruikt om de oplosbaarheid van de vaste stof in het oplosmiddel te verminderen en zo te werken aan oververzadiging.
Kristallisatie kan worden onderverdeeld in fasen - primaire nucleatie is de eerste. Het is de groei van een nieuw kristal, die op zijn beurt de secundaire nucleatie veroorzaakt - de laatste fase (als het verwijderen van de kristallen niet aan de orde is). Secundaire nucleatie vereist bestaande kristallen om de kristalgroei te bestendigen. In ons voorbeeld van suiker hadden we dergelijke kernen verkregen toen de 'overtollige' suiker zo goed als uitgekristalliseerd was om de verdere kristalvorming te bevorderen. Secundaire nucleatie is het belangrijkste stadium in de kristallisatie, want dit is wat de 'massaproductie' van kristallen veroorzaakt.
Sneeuw die door kristallisatie gaat.
Vragen en antwoorden
V: Wat is kristallisatie?
A: Kristallisatie is de manier waarop atomen zich verbinden in een regelmatige structuur en bijeengehouden worden door chemische bindingen of verbonden groepen. Dit kan gebeuren uit een smelt, oplossing of gas en kan natuurlijk of kunstmatig zijn.
V: Wat zijn de twee belangrijkste stappen van kristallisatie?
A: De twee belangrijkste stappen van kristallisatie zijn nucleatie en kristalgroei. Nucleatie is het verschijnen van een kristallijne fase uit een onderkoelde vloeistof of een oververzadigd oplosmiddel, terwijl kristalgroei de toename in grootte van de deeltjes is die tot een kristalstaat leidt.
V: Hoe werkt kunstmatige kristallisatie?
A: Kunstmatige kristallisatie werkt door het creëren van een oververzadigde oplossing met meer oplosmoleculen dan onder normale omstandigheden. Dit kan worden bereikt door methoden als verdamping van het oplosmiddel, koeling en chemische reactie.
V: Wat gebeurt er tijdens primaire nucleatie?
A: Primaire nucleatie is de eerste fase van kristallisatie en omvat de groei van nieuwe kristallen.
V: Hoe vindt secundaire nucleatie plaats?
A: Secundaire nucleatie treedt op wanneer bestaande kristallen blijven groeien omdat verwijdering niet aan de orde is. Er zijn ook bestaande kristallen voor nodig.
V: Hoe werkt 'verdrinking' in relatie tot oververzadiging? A: Bij "verdrinken" wordt een niet-oplosmiddel aan de oplossing toegevoegd, waardoor de oplosbaarheid ervan afneemt, zodat de oplossing oververzadigd raakt met moleculen van het oplosmiddel.
