Kiteyttäminen
Kiteytyminen on tapa, jolla atomit kerääntyvät yhteen muodostaen tiukasti sidottuja tai toisiinsa liittyviä ryhmiä. Se erottaa kiinteän aineen nesteestä tai joskus kaasusta. Kiteytyminen voi tapahtua sulasta tai liuoksesta, ja se voi olla luonnollista tai keinotekoista. Nopeampi kiteytyminen voi muodostaa pienempiä kiteitä, kuten basaltissa, ja hitaampi voi muodostaa suurempia kiteitä, kuten graniitissa.
Keinotekoinen kiteytys on tekniikka, jolla homogeenisesta liuoksesta muodostetaan kiinteitä kiteitä. Jotta kiteytyminen tapahtuisi, liuoksen on oltava ylikylläinen. Yksinkertaisesti sanottuna liuoksen tulisi sisältää enemmän liuenneita molekyylejä kuin se sisältäisi tavanomaisissa olosuhteissa. Tämä voidaan saavuttaa erilaisilla menetelmillä - liuottimen haihduttaminen, jäähdyttäminen, kemiallinen reaktio ja "hukuttaminen" ovat yleisimpiä teollisessa käytännössä käytettyjä menetelmiä.
Selventääksemme asiaa voimme käyttää yksinkertaista esimerkkiä. Otetaan kulhollinen vettä, johon lisätään sokerikiteitä. Lisäämme sokeria, kunnes saavutamme vaiheen, jossa kiteet eivät enää liukene. Näin saatu liuos on kylläinen liuos. On mielenkiintoista huomata, että voimme liuottaa lisää kiteitä tähän tyydyttyneeseen liuokseen lämmittämällä sitä (koska liukenevien aineiden liukoisuus kasvaa lämpötilan noustessa, vaikka poikkeustapauksia esiintyykin). Lämpötilan nostaminen saa aikaan sen, että siihen liukenee lisää sokerikiteitä (jolloin muodostuu ylikylläinen liuos), mutta kun liuoksen lämpötilan annetaan saavuttaa tasapaino ympäristön kanssa, liuenneen aineen liukoisuus vähenee (koska liuoksen lämpötila on laskenut) ja näin lisätty "ylimääräinen" sokeri kiteytyy pois. Tämä prosessi kuvaa yksinkertaisinta ylikyllästystekniikkaa.
"Hukuttamisella" tarkoitetaan liuokseen lisättävää muuta kuin liuotinta, joka vähentää kiinteän aineen liukoisuutta. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös kemiallisia reaktioita, joilla vähennetään kiinteän aineen liukoisuutta liuottimeen, jolloin saavutetaan ylikyllästyminen.
Kiteytyminen voidaan jakaa vaiheisiin, joista ensimmäinen on primäärinen ydintyminen. Se on uuden kiteen kasvu, joka puolestaan aiheuttaa sekundaarisen nukleaation - viimeisen vaiheen (jos kiteiden poistaminen ei ole ongelma). Toissijainen ydintyminen edellyttää olemassa olevia kiteitä, jotta kiteen kasvu jatkuisi. Sokeriesimerkissämme olimme saaneet tällaisia ytimiä, kun "ylimääräinen" sokeri oli juuri ja juuri kiteytynyt pois ja auttanut kiteiden muodostumista. Toissijainen ydintyminen on kiteytymisen tärkein vaihe, sillä se aiheuttaa kiteiden "massatuotannon".
Kiteytymässä oleva lumi.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on kiteytys?
V: Kiteytyminen on tapa, jolla atomit liittyvät säännölliseen rakenteeseen ja pysyvät yhdessä kemiallisten sidosten tai toisiinsa liittyvien ryhmien avulla. Se voi olla peräisin sulasta, liuoksesta tai kaasusta ja se voi olla luonnollista tai keinotekoista.
K: Mitkä ovat kiteytymisen kaksi päävaihetta?
V: Kiteytymisen kaksi päävaihetta ovat kiteytyminen ja kiteen kasvu. Nukleaatio on kiteisen faasin ilmaantuminen alijäähtyneestä nesteestä tai ylikyllästetystä liuottimesta, kun taas kiteiden kasvu on hiukkasten koon kasvua, joka johtaa kiteiseen tilaan.
K: Miten keinotekoinen kiteytyminen toimii?
V: Keinotekoinen kiteytys toimii luomalla ylikyllästetyn liuoksen, jossa on enemmän liuotinmolekyylejä kuin tavanomaisissa olosuhteissa. Tämä voidaan saavuttaa esimerkiksi liuottimen haihtumisen, jäähdytyksen ja kemiallisten reaktioiden avulla.
K: Mitä tapahtuu primaarisen nukleaation aikana?
V: Primäärinen ydintyminen on kiteytymisen ensimmäinen vaihe, ja siihen liittyy uusien kiteiden kasvu.
K: Miten sekundaarinen nukleaatio tapahtuu?
V: Toissijaista nukleaatiota tapahtuu, kun olemassa olevat kiteet jatkavat kasvuaan, koska poistuminen ei ole ongelma. Se edellyttää myös olemassa olevia kiteitä, jotta se voisi tapahtua.
K: Miten "hukkuminen" toimii suhteessa ylikyllästeisyyteen? V: "Hukuttaminen" tarkoittaa liuokseen ei-liuottimen lisäämistä, joka vähentää liukoisuutta, jolloin liuoksesta tulee ylikylläinen liuotinmolekyyleillä.
