Kristallimine on aatomite või molekulide tahkestumine tugevalt struktureeritud vormiks, mida nimetatakse a-ks kristall. Tavaliselt viitab see aeglasele sademed kristallid aine lahusest. Kristallid võivad moodustuda puhtast sulamist või otse gaasifaasi sadestumisest. Kristallimine võib viidata ka tahke aine vedeliku eraldamise ja puhastamise tehnikale, milles mass kandub vedelast lahusest puhta tahke kristallilise faasini.
Ehkki sadestumise ajal võib kristalliseeruda, pole need kaks terminit omavahel asendatavad. Sade viitab lihtsalt lahustumatu (tahke) aine moodustumisele keemilises reaktsioonis. Sade võib olla amorfne või kristalne.
Kristallimisprotsess
Kristallimise toimumiseks peab toimuma kaks sündmust. Esiteks, aatomid või molekulid koonduvad mikroskoopilisel skaalal kokku nn tuum. Järgmisena, kui klastrid muutuvad stabiilseks ja piisavalt suureks, kristallide kasv võib juhtuda.
Aatomid ja ühendid võivad üldiselt moodustada rohkem kui ühe kristallistruktuuri (polümorfism). Osakeste paigutus määratakse kristallisatsiooni tuumaetapis. Seda võivad mõjutada mitmed tegurid, sealhulgas temperatuur, osakeste kontsentratsioon, rõhk ja materjali puhtus.
Kristalli kasvufaasis olevas lahuses saavutatakse tasakaal, milles lahustunud osakesed lahustuvad tagasi lahusesse ja sadestuvad tahke ainena. Kui lahus on üleküllastunud, siis see kristalliseerub, kuna lahusti ei toeta jätkuvat lahustumist. Mõnikord on küllastunud lahuse omamine kristallumise esilekutsumiseks ebapiisav. Võib osutuda vajalikuks esitada a seemnekristall või kare pind tuumade moodustumise ja kasvu alustamiseks.
Kristallimise näited
Materjal võib kristalliseeruda kas looduslikult või kunstlikult ning kas kiiresti või geoloogilise aja jooksul. Loodusliku kristallumise näideteks on:
- Lumehelbe moodustumine
- Mee kristallimine purgis
- Stalaktiidi ja stalagmiidi moodustumine
- Vääriskivi kristallide sadestumine
Kunstliku kristallimise näideteks on:
- Kasvav suhkrukristallid purgis
- Sünteetiliste vääriskivide tootmine
Kristallimismeetodid
Aine kristallimiseks kasutatakse palju meetodeid. Need sõltuvad suures osas sellest, kas lähteaineks on ioonne ühend (nt sool), kovalentne ühend (nt suhkur või mentool) või metall (nt hõbe või teras). Kristallide kasvamise viisid hõlmavad järgmist:
- Lahuse või sulatamine jahutatakse
- Lahusti aurustamine
- Teise lahusti lisamine lahustatud aine lahustuvuse vähendamiseks
- Sublimatsioon
- Lahusti kiht
- Katiooni või aniooni lisamine
Kõige tavalisem kristallimisprotsess on lahustunud aine lahustamine lahustis, milles see vähemalt osaliselt lahustub. Sageli tõstetakse lahuse temperatuuri lahustuvuse suurendamiseks, nii et lahusesse läheb maksimaalne kogus lahust. Seejärel filtreeritakse soe või kuum segu lahustumata materjali või lisandite eemaldamiseks. Ülejäänud lahusel (filtraadil) lastakse kristalliseerumiseks aeglaselt jahtuda. Kristalle võib lahusest eemaldada ja lasta kuivada või neid võib pesta lahustiga, milles nad ei lahustu. Kui protsessi korratakse proovi puhtuse suurendamiseks, nimetatakse seda ümberkristallimine.
Lahuse jahutamise kiirus ja lahusti aurustumise määr võivad saadud kristallide suurust ja kuju oluliselt mõjutada. Üldiselt põhjustab aeglasem aurustumine minimaalset aurustumist.