Кристаллизация
Кристаллизация - это способ, с помощью которого атомы собираются, чтобы создать плотно связанные или связанные группы. Она отделяет твердое вещество от жидкости, а иногда и от газа. Кристаллизация может быть как из расплава, так и из раствора, и может быть как естественной, так и искусственной. Более быстрая кристаллизация может сделать кристаллы меньшего размера, как в базальте, а более медленная - более крупными, как в граните.
Искусственная кристаллизация - это метод, при котором из однородного раствора формируются твердые кристаллы. Для кристаллизации раствор должен быть пересыщенным. Проще говоря, раствор должен содержать больше молекул раствора, чем при обычных условиях. Этого можно добиться различными методами - испарением растворителя, охлаждением, химической реакцией, "утоплением", которые наиболее часто используются в промышленной практике.
Чтобы все прояснить, можно использовать простой пример. Мы берем миску воды, в которую добавляем кристаллы сахара. Мы продолжаем добавлять сахар до тех пор, пока не достигнем такой стадии, когда больше нельзя будет растворять кристаллы. Полученный таким образом раствор является насыщенным. Интересно отметить, что мы можем растворить больше кристаллов в этом конкретном насыщенном растворе, нагревая его (так как растворимость растворителей увеличивается с повышением температуры, хотя бывают исключительные случаи). Такое повышение температуры приводит к растворению в нем большего количества кристаллов сахара (образуя таким образом пересыщенный раствор), но когда температура раствора достигает равновесия с окружающей средой, растворимость раствора уменьшается (так как температура раствора снизилась), а "лишний" сахар, добавленный таким образом, кристаллизуется. Этот процесс, в сущности, иллюстрирует простейшие методы пересыщения.
Утопление" - это добавление в раствор нерастворителя, который снижает растворимость твердого вещества. В качестве альтернативы можно также использовать химические реакции, уменьшающие растворимость твердого тела в растворителе, что приводит к пересыщению.
Кристаллизацию можно разделить на стадии - первичное зарождение является первым. Это рост нового кристалла, который, в свою очередь, вызывает вторичное зарождение - финальную стадию (если удаление кристаллов не является проблемой). Для вторичной нуклеации необходимо, чтобы существующие кристаллы увековечили рост кристаллов. В нашем примере с сахаром мы получили такие ядра, когда "лишний" сахар почти кристаллизовался, способствуя дальнейшему образованию кристаллов. Вторичное зарождение является основной стадией кристаллизации, поскольку именно это и вызывает "массовое производство" кристаллов.
Снег, который проходит через кристаллизацию.
Вопросы и ответы
В: Что такое кристаллизация?
О: Кристаллизация - это способ, при котором атомы соединяются в регулярную структуру и удерживаются вместе химическими связями или соединенными группами. Она может происходить из расплава, раствора или газа и может быть естественной или искусственной.
В: Каковы два основных этапа кристаллизации?
О: Два основных этапа кристаллизации - это зарождение и рост кристалла. Нуклеация - это появление кристаллической фазы из переохлажденной жидкости или пересыщенного растворителя, а рост кристаллов - это увеличение размера частиц, которое приводит к кристаллическому состоянию.
В: Как работает искусственная кристаллизация?
О: Искусственная кристаллизация происходит путем создания перенасыщенного раствора, в котором молекул растворителя больше, чем в обычных условиях. Этого можно достичь с помощью таких методов, как испарение растворителя, охлаждение и химическая реакция.
В: Что происходит во время первичной нуклеации?
О: Первичное зарождение - это первая стадия кристаллизации, во время которой происходит рост новых кристаллов.
В: Как происходит вторичная нуклеация?
О: Вторичная нуклеация происходит, когда существующие кристаллы продолжают расти из-за того, что удаление не является проблемой. Для ее возникновения также необходимы существующие кристаллы.
В: Как происходит "утопление" по отношению к перенасыщению? О: "Утопление" подразумевает добавление в раствор осадителя, который уменьшает его растворимость, так что он становится перенасыщенным молекулами растворителя.
