kümeler halinde toplamak için yapılan bir adımdır. Bu kararlı kümeler çekirdeği oluşturmaktadır. Bununla birlikte, kümeler kararlı değilse çözülürler. Bu nedenle, kümelerin kararlı bir çekirdek oluşturmaları için kritik bir büyüklüğe ulaşmaları gerekir. Bu tür kritik boyut çalışma koşulları tarafından dikte edilir (veya belirlenir) (sıcaklık, aşırı doygunluk vb.). Çekirdeklenme aşaması, atomların dizilişinin ve periyodik olarak belirlendiği, kristal yapının tanımlandığı bir aşamadır. – “kristal yapı”nın, kristalin iri ölçekli özelliklerinin (boyut ve şekil) kristalin içsel yapısının bir sonucu olmamasına karşın atomların göreceli olarak düzenlemesini ifade eden özel bir terim olduğu not edilmelidir.

Kristal büyüme, çekirdeğin kritik küme boyuta ulaşmada başarılı olduğunu gösteren takip eden büyümedir. Çekirdeklenme ve büyüme aşırı doyma var olduğunda aynı anda oluşmaya devam eder. Aşırı doyma kristalleşmenin itici gücüdür, bu yüzden çekirdeklenme oranı ve büyüme çözeltideki aşırı doyma ile sürdürülür. Koşullara bağlı olarak, çekirdeklenme veya büyüme diğeri üzerinde baskın olabilir, ve bir sonuç olarak, değişik boyutlarda ve şakilerde kristaller elde edilir (kristal şekil ve boyutunun kontrolü sanayi üretiminde en önemli kriterlerden birisidir, örneğin tıbbi ürünler). Çalışma şartlarının çözeltinin tekrar aşırı doyumunu sağlayacak şekilde dengesinin değişmediği durumda aşırı doyma bittikten sonra katı-sıvı sistemi dengeye gelir ve kristalleşme tamamlanır.

Birçok bileşik farklı kristal yapılar ile kristalize olma yeteneğine sahiptir, bu poliforfizm (çok biçimli) olarak adlandırılan bir fenomendir. Her polimorf aslında farklı fiziksel özellik gösteren aynı bileşik kristal ve katı haldeki termodinamik polimoftur, örneğin çözünme hızı, şekil (yüzeyler arasındaki açı ve büyüme oranları), erime noktası vb. Bu nedenle, poliforfizm kristal ürünlerin endüstriyel üretiminde büyük öneme sahiptir.

Kristalleşme içeren doğal süreçlerin birçok örneği vardır.

Jeolojik zaman ölçeği işlemi örnekleri:

- Doğal (mineral) kristal formasyonu (ayrıca gemstone’a (değerli taşlar) bakın);
- Sarkıt/dikit, halka oluşumu.

Olağan zaman ölçeği süreci örnekleri:

- Kar taneleri oluşumu;
- Bal kristalleşmesi (neredeyse bal kristalleşmesinin tüm türleri).

Kristalleşme için (aynı zamanda yeniden kristalleşmeye bakınız) doymuş bir çözelti olmalıdır. Bunun anlamı, çözeltinin, bir dengenin sağlandığı (doymuş çözelti) çok fazla çözünmüş madde (molekül veya iyon) içeren bir çözelti olduğudur. Bu çeşitli yöntemlerle elde edilebilir, (1) çözelti soğutma, (2) çözünürlüğü azaltmak için ek olarak ikinci bir çözücü eklemek (antisolvent veya bastırmak olarak bilinen teknik), (3) kimyasal reaksiyon ve (4) endüstriyel uygulama en yaygın kullanılan yöntem olan pH değiştirmek. Çözücü buharlaştırma gibi diğer yöntemler de kullanılabilir. Küresel kristalleştirme ilaçların formüllerinde bazı avantajlar sağlar (akışkanlık ve biyo-yararlanım).

Malzeme endüstrisi açısından bakıldığında:

- Makroskobik (iri ölçekli) kristal üretimi: kitlesel üretim ve/veya mükemmellik için “zaman ölçeği hızlandırıcı” yöntemi ile doğa-benzeri kristal talebini karşılamak.
o İyonik kristal üretimi.
o Kovalent kristal üretimi.
- Ufak boyutlu kristaller:
o Toz, kum ve küçük boyutlular: toz ve kontrollü (nano-teknolojik meyveler) şekil için kullanılan yöntemler.
• Kütlesel-üretim: kimya sanayi, tuz-toz üretimi gibi.
• Numune üretimi: malzeme karakterizasyonu için ufak boyutlu kristallerin küçük üretimi. Kontrollü yeniden-kristalleştirme olağandışı kristal temini için önemli bir yöntemdir, bu, tipik bir kristal molekülü içinde nükleer kuvvetleri ve moleküler yapıyı ortaya çıkarmayı gerektirir. Birçok teknikler, x-ışını kristalografisi ve NMR spektroskopisi gibi, biyo-makromoleküller ve inorganik bileşikler, muazzam bir çeşitlilik içeren moleküllerin yapılarını belirlemek için kimya ve biyokimya alanlarında kullanılır.
o İnce film üretimi.

Kristal saflığını doğrulamak ve/veya geliştirmek (çok saf madde elde edilmesi) için kullanılır.

Kristalleştirme, besleme akımını soğutarak veya arzu edilen kristali oluşturmak için çökeltici madde ekleyerek çözünürlüğü düşürerek son derece saf bir biçimde bir sıvı besleme akımından ürünü ayırır.

İyi biçimdeki kristallerin saf olması beklenir, çünkü her bir molekül veya iyon çözeltiden ayrılırken bulunduğu kristal kafese mükemmel şekilde uymalıdır. Yabancı maddeler normal olarak kafesle uyumlu değildir, bu nedenle tercihan çözelti içinde kalacaklardır. Dolayısıyla, moleküler tanımlama kristallerin saflaştırılmasında ana ilkedir. Bununla birlikte, nihai kristalin saflık düzeyinin azalmasından dolayı kafes içinde kirliliğe neden olan örnekler vardır. Ayrıca, bazı durumlarda, bir çözücüden oluşan kafes çözücü madde içinde olabilir. Ek olarak, kristal form içinde çözücü “hapsedilmiş” (sıvı durumda) olabilir, ve bu fenomen “katılma” olarak adlandırılır.

Kristalleştirme için ana endüstriyel işlemler ekipmanı.

1. Tank kristalizatörler: Tank kristalizasyon halen bazı özel durumlarda kullanılan eski bir yöntemdir. Doygun çözümler, tank kristalizasyonunda, açık tankların soğutulmasına izin verir. Bir süre sonra ana sıvı süzülür ve kristaller ayrılır. Çekirdeklenme ve kristal boyunu kontrol etmek zordur. Tipik olarak işçilik maliyetleri çok yüksektir.

Bir kristalizasyon işlemi doğası gereği son derece değişken ve kontrolü zor olduğundan termodinamik ve kinetik faktörler tarafından yönetilir. Kirlilik seviyesi, karıştırma rejimi, tank tasarımı ve soğutma profili gibi faktörler üretilen kristallerin şeklinde, sayısında ve boyutunda önemli bir etki yapar.

Şimdi kendinizi harici bir kaynak tarafından ısıtılan saf ve mükemmel bir kristal içindeki bir molekül yerine koyun. Bazı keskin tanımlı sıcaklıklarda, bir çan çalar, komşular terk edilir ve karmaşık mimarideki kristal bu sıvının üzerine çöker. Termodinamik kitabı bunun entropi nedeniyle erime olduğunu söyler, S, moleküllerin mekânsal rastgele yerleşiminin yardımıyla sistemin kazandığı içsel enerjinin (entalpi) üstesinden gelmesini, H, kristal paketlerindeki baskının kırılmasından ortaya çıkan kaybı ifade eder.

Bu kural sıcaklık arttığı zaman bazı istisnalara göz yumar. Aynı şekilde, erimenin üzerindeki soğutmada, sıcaklık aynı kalsa da çan tekrar çalmalıdır ve moleküller aynı kristal form biçiminde olsalar da geri tıklanmalıdır. (click - özel bir anlamı var mı?). Sistem içindeki moleküllerin sıralaması nedeniyle entropinin azalması, evrenin entropisinin artmasına neden olan füzyon nedeniyle ısı salınımı, çevredeki rastgele ısı dağılımıyla telafi edilir.

Ancak, sıvıların bu yolla soğutma üzerindeki davranışlarında kurala göre bir istisna vardır; termodinamiğin ikinci prensibine rağmen kristalleşme daha düşük ısılarda oluşur (aşırı soğutma). Bu, bir kristalin oluşumundan daha kolay imha olması anlamına gelebilir. Benzer şekilde, elde edilen çözeltiden tekrar güzel bir kristalin büyümesi, mükemmel bir kristalin çözücü içinde erimesinden genellikle çok daha kolaydır. Bir kristalin devinimsel olarak çekirdeklenmesi ve gelişmesi termodinamik kontrole tercih edilir.

Yukarıda da belirtildiği gibi, bir kristal yapılandırma veya iyi modelleme sonrasında oluşan bir kristal, moleküler düzeyde etki eden kuvvetler ile dikte ettirilir. Bunun bir sonucu olarak, bir kristal kendi oluşum sürecindeki ortamda çözünen konsantrasyonun durumu değişmeden önce belirli bir kritik değere ulaşır. Katı oluşumu, belirli bir sıcaklık, basınç koşullarında ve çözünürlük eşiğinin altında imkansızdır, teorik çözünürlük düzeyinden daha yüksek bir yoğunlaşmada meydana gelebilir. Kristalleşme limitindeki çözünen yoğunluğunun gerçek değeri ve teorik (statik) çözünürlük eşiği arasındaki fark, doygunluk ve kristalleşme dinamiklerinin temel bir faktörü olarak adlandırılır. Doygunluk, hem ilk çekirdeklenme adımı ve takip eden büyümenin hem de doymuş ya da doymamış koşulların ortaya çıkmasında itici güçtür.

Çekirdeklenme, bir sıvı çözeltiden katı kristal oluşumu gibi küçük bir bölgedeki faz değişikliğinin başlamasıdır. Bu yarı kararlı denge durumu bir homojen faz içindeki molekül düzeyindeki hızlı lokal dalgalanmaların bir sonucudur. Toplam çekirdeklenme iki çekirdeklenme kategorisinin toplam etkisidir - birincil ve ikincil.

Birincil çekirdeklenme, başka kristallerin olmadığı durumda ilk kristal oluşumudur ya da sistem üzerinde başka kristaller varsa bunların süreç üzerinde herhangi bir etkisi yoktur. Bu iki durumu ortaya çıkarabilir. Birincisi katı maddelerden ile herhangi bir şekilde etkilenmeyen homojen çekirdeklenmedir. Bu katı maddeler herhangi bir yabancı maddenin parçacığını ve kristalizör tankının çeperlerini içerir. İkinci kategori, daha sonraki heterojen çekirdeklenmedir. Bu durum, yabancı parçacıkların olmamasının aksine katı yabancı maddedeki parçacıklar çekirdeklenme oranında artış ortaya çıkarır. Homojen çekirdeklenme, çekirdeklenmenin harekete geçeceği bir katı yüzey olmadan çekirdeklenmenin başlaması için yüksek enerji gereksinimi nedeniyle pratikte nadiren meydana gelir.

Birincil çekirdeklenme (homojen ve heterojenin her ikisi de) aşağıda modellenmiştir.

B=dN/dt=k(c-c*)

- B, birim zamanda birim hacim başına oluşan çekirdek sayısı.
- N, birim hacimdeki çekirdeklerin sayısı.
- Knp, hız sabiti.
- c, anlık çözünen yoğunlaşması.
- c*, doygunluğun çözünen yoğunlaşması.
- (c-c*), aşırı doygunluk olarak da bilinir.
- n, deneysel bir üsttür, 10’a kadar çıkabilir, ancak genellikle 3 ve 4 arasındadır.

İkincil çekirdeklenme magmadaki mikroskobik kristallerin var olması etkisine dayandırılan çekirdek oluşmasıdır. Bilinen ikincil kristalleşmenin ilk tipi sıvı kesmedir, diğeri kristallerin kendilerinden veya zaten mevcut olan kristaller arasındaki ya da katı bir yüzeyle meydana gelen çarpışmalardır. Sıvı kesim çekirdeklenme, bir kristalde yüksek hızdaki sıvı hareketinin çekirdekleri süpürerek olmazsa kristal içine dâhil olarak bunun sonucunda çekirdek süpürülmesiyle yeni kristal oluşumunun meydana gelmesidir. Temaslı çekirdeklenmenin çe