Kryštalizácia
Kryštalizácia je spôsob, akým sa atómy spájajú do pevne spojených alebo prepojených skupín. Oddeľuje pevnú látku od kvapaliny alebo niekedy od plynu. Kryštalizácia môže prebiehať z taveniny alebo z roztoku a môže byť prirodzená alebo umelá. Rýchlejšia kryštalizácia môže vytvoriť kryštály menších rozmerov, ako je to v prípade čadiča, a pomalšia môže vytvoriť väčšie kryštály, ako je to v prípade žuly.
Umelá kryštalizácia je technika, ktorá vytvára pevné kryštály z homogénneho roztoku. Aby došlo ku kryštalizácii, musí byť daný roztok presýtený. Jednoducho povedané, roztok by mal obsahovať viac molekúl rozpustenej látky, ako by obsahoval za bežných podmienok. To sa dá dosiahnuť rôznymi metódami - odparovanie rozpúšťadla, chladenie, chemická reakcia, "topenie", ktoré sa v priemyselnej praxi používajú najčastejšie.
Aby sme si to objasnili, môžeme použiť jednoduchý príklad. Vezmeme misku s vodou, do ktorej pridáme kryštáliky cukru. Cukor do nej pridávame dovtedy, kým nedosiahneme štádium, keď sa už žiadne kryštáliky nedajú rozpustiť. Takto získaný roztok je nasýtený. Je zaujímavé, že práve do tohto nasýteného roztoku môžeme zahrievaním rozpustiť viac kryštálov (keďže rozpustnosť rozpustených látok sa zvyšuje so zvyšovaním teploty, hoci sa vyskytujú výnimočné prípady). Toto zvýšenie teploty spôsobí, že sa v ňom rozpustí viac kryštálov cukru (čím vznikne presýtený roztok), ale keď sa teplota roztoku nechá dosiahnuť rovnováhu s okolím, rozpustnosť rozpustenej látky klesne (pretože teplota roztoku sa znížila) a takto pridaný "nadbytočný" cukor vykryštalizuje. Tento proces v podstate ilustruje najjednoduchšiu techniku presýtenia.
"Topenie" je pridanie nerozpúšťadla do roztoku, ktoré znižuje rozpustnosť tuhej látky. Na zníženie rozpustnosti tuhej látky v rozpúšťadle sa môžu použiť aj chemické reakcie, čím sa dosiahne presýtenie.
Kryštalizáciu možno rozdeliť na niekoľko fáz - prvou je primárna nukleácia. Je to rast nového kryštálu, ktorý následne spôsobí sekundárnu nukleáciu - posledné štádium (ak nejde o odstránenie kryštálov). Sekundárna nukleácia si vyžaduje existujúce kryštály, ktoré udržiavajú rast kryštálov. V našom príklade s cukrom sme takéto nukleoly získali, keď sa "nadbytočný" cukor práve kryštalizoval a napomáhal ďalšej tvorbe kryštálov. Sekundárna nukleácia je hlavnou fázou kryštalizácie, pretože práve ona spôsobuje "hromadnú výrobu" kryštálov.
Sneh, ktorý prechádza kryštalizáciou.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to kryštalizácia?
Odpoveď: Kryštalizácia je spôsob, akým sa atómy spájajú do pravidelnej štruktúry a držia pohromade chemickými väzbami alebo spojenými skupinami. Môže byť z taveniny, roztoku alebo plynu a môže byť prirodzená alebo umelá.
Otázka: Aké sú dva hlavné kroky kryštalizácie?
Odpoveď: Dva hlavné kroky kryštalizácie sú nukleácia a rast kryštálov. Nukleácia je vznik kryštalickej fázy z podchladenej kvapaliny alebo presýteného rozpúšťadla, zatiaľ čo rast kryštálov je zväčšovanie veľkosti častíc, ktoré vedie k vzniku kryštálu.
Otázka: Ako funguje umelá kryštalizácia?
Odpoveď: Umelá kryštalizácia funguje tak, že sa vytvorí presýtený roztok, v ktorom je viac molekúl rozpustenej látky ako za bežných podmienok. To možno dosiahnuť metódami, ako je odparovanie rozpúšťadla, chladenie a chemická reakcia.
Otázka: Čo sa deje počas primárnej nukleácie?
Odpoveď: Primárna nukleácia je prvým štádiom kryštalizácie a zahŕňa rast nových kryštálov.
Otázka: Ako prebieha sekundárna nukleácia?
Odpoveď: Sekundárna nukleácia nastáva, keď existujúce kryštály pokračujú v raste, pretože ich odstránenie nie je problém. Na jej uskutočnenie sú tiež potrebné existujúce kryštály.
Otázka: Ako funguje "topenie" vo vzťahu k presýteniu? Odpoveď: "Topenie" zahŕňa pridanie nerozpúšťadla do roztoku, ktoré znižuje jeho rozpustnosť, takže sa stáva presýteným molekulami rozpustenej látky.
