Krystalizace
Krystalizace je způsob, jakým se atomy shlukují do pevně spojených nebo propojených skupin. Odděluje pevnou látku od kapaliny nebo někdy od plynu. Krystalizace může probíhat z taveniny nebo z roztoku a může být přirozená nebo umělá. Rychlejší krystalizace může vytvářet krystaly menších rozměrů, jako je tomu u čediče, a pomalejší může vytvářet větší krystaly, jako je tomu u žuly.
Umělá krystalizace je technika, při níž se z homogenního roztoku vytvářejí pevné krystaly. Aby mohlo dojít ke krystalizaci, musí být daný roztok přesycen. Zjednodušeně řečeno, roztok by měl obsahovat více molekul rozpuštěných látek než za běžných podmínek. Toho lze dosáhnout různými metodami - odpařováním rozpouštědla, chlazením, chemickou reakcí, "topením", které se v průmyslové praxi používají nejčastěji.
Abychom si vše ujasnili, můžeme použít jednoduchý příklad. Vezmeme misku s vodou, do které přidáme krystalky cukru. Cukr do ní přidáváme tak dlouho, dokud nedosáhneme stádia, kdy se již žádné krystalky nemohou rozpustit. Takto získaný roztok je nasycený. Je zajímavé, že právě do tohoto nasyceného roztoku můžeme zahříváním rozpustit další krystalky (protože rozpustnost rozpuštěných látek se zvyšuje se zvyšováním teploty, i když se vyskytují výjimečné případy). Toto zvýšení teploty způsobí, že se v něm rozpustí více krystalů cukru (a vznikne tak přesycený roztok), ale když se teplota roztoku nechá dosáhnout rovnováhy s okolím, rozpustnost rozpuštěné látky se sníží (protože teplota roztoku klesla) a takto přidaný "přebytečný" cukr vykrystalizuje. Tento proces v podstatě ilustruje nejjednodušší techniku přesycení.
"Topení" je přidání nerozpouštědla do roztoku, které snižuje rozpustnost pevné látky. Alternativně lze ke snížení rozpustnosti pevné látky v rozpouštědle použít také chemické reakce, čímž se dosáhne přesycení.
Krystalizaci lze rozdělit do několika fází - první je primární nukleace. Jedná se o růst nového krystalu, který následně způsobí sekundární nukleaci - závěrečnou fázi (pokud se nejedná o odstranění krystalů). Sekundární nukleace vyžaduje existující krystaly, aby se růst krystalů udržel. V našem příkladu s cukrem jsme takové nukleoly získali, když "přebytečný" cukr právě vykrystalizoval a napomáhal další tvorbě krystalů. Sekundární nukleace je hlavní fází krystalizace, neboť právě ona způsobuje "masovou produkci" krystalů.
Sníh, který prochází krystalizací.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to krystalizace?
Odpověď: Krystalizace je způsob, jakým se atomy spojují do pravidelné struktury a drží pohromadě pomocí chemických vazeb nebo spojených skupin. Může vzniknout z taveniny, roztoku nebo plynu a může být přirozená nebo umělá.
Otázka: Jaké jsou dva hlavní kroky krystalizace?
Odpověď: Dva hlavní kroky krystalizace jsou nukleace a růst krystalů. Nukleace je vznik krystalické fáze z přechlazené kapaliny nebo přesyceného rozpouštědla, zatímco růst krystalů je zvětšování velikosti částic, které vede ke krystalickému stavu.
Otázka: Jak funguje umělá krystalizace?
Odpověď: Umělá krystalizace funguje tak, že se vytvoří přesycený roztok, ve kterém je více molekul rozpuštěných látek než za běžných podmínek. Toho lze dosáhnout metodami, jako je odpařování rozpouštědla, chlazení a chemická reakce.
Otázka: Co se děje během primární nukleace?
Odpověď: Primární nukleace je první fází krystalizace a zahrnuje růst nových krystalů.
Otázka: Jak probíhá sekundární nukleace?
Odpověď: K sekundární nukleaci dochází, když stávající krystaly pokračují v růstu, protože jejich odstranění není problém. K tomu, aby mohla proběhnout, jsou také zapotřebí existující krystaly.
Otázka: Jak funguje "utopení" ve vztahu k přesycení? Odpověď: "Topení" zahrnuje přidání nerozpouštědla do roztoku, které sníží jeho rozpustnost, takže se stane přesyceným molekulami rozpuštěné látky.
