Kristallisatie: verschil tussen versies
Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
Hersteld |
k <math> met AWB |
||
Regel 11:
Bij al deze processen is kenmerkend dat er een bepaalde kritische parameter ([[temperatuur]], [[Concentratie (oplossing)|concentratie]] of [[dampdruk]]) overschreden dient te worden om het kristallisatieproces [[thermodynamica|thermodynamisch]] mogelijk te maken. Bij kristallisatie wordt uit een vloeistof (oplossing of smelt) een vaste stof met een geordende [[kristalstructuur]] gevormd. De drijvende kracht voor deze faseovergang, en dus de drijvende kracht voor kristallisatie is een verschil in [[chemische potentiaal]] van de vloeistoffase en de vaste fase:
:<math>
Voor <math>\Delta</math>''μ'', het verschil in chemische potentiaal tussen de vaste en vloeibare fasen, zijn er drie mogelijkheden:
* <math>\Delta</math>''μ''<math>>0</math>: De chemische potentiaal van de vaste fase is kleiner dan die van de vloeibare fase: er is sprake van een [[oververzadigde oplossing]] en er vindt kristallisatie plaats.
* <math>\Delta</math>''μ''<math>=0</math>: De chemische potentialen van de vaste en vloeibare fasen zijn even groot, er is daarom sprake van een thermodynamisch [[evenwicht]]. Men spreekt van een [[verzadigde oplossing]], ''μ''<sub>''vloeistof''</sub><math>-</math>''μ''<sub>''vaste stof''</sub>.
* <math>\Delta</math>''μ''<math><0</math>: De chemische potentiaal van de vloeibare fase is kleiner dan die van de vaste fase, men spreekt van een [[Onverzadigde oplossing|onderverzadigde oplossing]] en er vindt geen kristallisatie plaats. De vaste fase lost juist op.
Regel 26 ⟶ 24:
== Nucleatie ==
Het rankschikkingsproces waarbij moleculen of atomen zich ordenen verloopt in het algemeen in twee fasen. Eerst moet een [[nucleatiekern|groeikern of nucleus]] gevormd worden (nucleatie). Als deze kern er eenmaal is kunnen meer en meer deeltjes zich geordend op de kern nestelen en zo wordt het kristal groter ([[kristalgroei|groei]]).
Het nucleatieproces kan onderverdeeld worden in twee afzonderlijke processen: [[primaire nucleatie|primaire (homogene en heterogene) nucleatie]] en [[secundaire nucleatie]]. In het geval van primaire nucleatie vindt vorming van de kernen plaats vanuit een heldere oplossing waarin zich nog geen kristallen bevinden. Bij primaire homogene nucleatie vindt spontane kernvorming plaats terwijl bij heterogene nucleatie een invloed van buitenaf (bijvoorbeeld een stofdeeltje) tot nucleatie leidt. Secundaire nucleatie is het proces waarbij reeds aanwezige kristallen als nucleus optreden. Dit gebeurt door botsingen van kristallen onderling of met de containerwand waarbij deeltjes van de kristallen afbreken en tot nieuwe kristallen uitgroeien. Een andere mogelijke aanleiding tot secundaire nucleatie is het los raken van uitstekende delen van kristallen als gevolg van schuifspanning van de vloeistof waarin de kristallen zich bevinden. Secundaire nucleatie kan niet plaatsvinden in een stilstaande oplossing.
Een nucleus is slechts enkele atomen groot, maar deze atomen liggen reeds in de structuur van de te vormen kristalfase. Bij het opbouwen van een kristalrooster zullen de buitenste atomen, die nog niet aan alle zijden verbindingen hebben, een hogere [[vrije energie]] bezitten. Atomen die zich aan de grensvlakken van kristallen bevinden zijn om die reden minder [[stabiel]] dan atomen binnenin een kristal, een verschijnsel dat [[vrije oppervlakte-energie]] genoemd wordt. Hoe groter het oppervlak van een kristal ten opzichte van het volume, des te hoger de totale vrije energie van het kristal. Kleinere kristallen hebben een relatief groot oppervlak vergeleken met hun volume en zijn daarom minder stabiel dan grotere. Een nucleatiekern is daarom een zeer instabiel fenomeen. Zelfs als de kristalfase zelf thermodynamisch stabiel is, kan kristallisatie uitblijven omdat de vrije oppervlakte-energie van de nucleatiekernen nog te groot is. Zo is het mogelijk dat water onderkoeld raakt onder het smeltpunt van 0 °C.
Wanneer aan een homogene [[superkoeling|onderkoelde]] vloeistof waarin geen kristallisatie optreedt een groeikern wordt toegevoegd (een [[entkristal]]), treedt over het algemeen plotseling kristalgroei op. Een [[natriumacetaat-verwarmertje]] werkt op dit principe.
Regel 38 ⟶ 36:
Het rankschikkingsproces waarbij moleculen of atomen zich ordenen verloopt in het algemeen in twee fasen. Eerst moet een groeikern of nucleus gevormd worden (nucleatie). Als deze kern er eenmaal is kunnen meer en meer deeltjes zich geordend op de kern nestelen en zo wordt het kristal groter (groei).
Het nucleatieproces kan onderverdeeld worden in twee afzonderlijke processen: primaire of homogene nucleatie en secundaire of heterogene nucleatie. In het geval van primaire nucleatie vindt vorming van de kernen plaats vanuit een heldere oplossing. Secundaire nucleatie is het proces waarbij aanwezige grensvlakken met andere fasen, bijvoorbeeld aanwezige kristallen van andere stoffen of de rand van een container waarin het systeem zich bevindt, als nucleus optreden.
Een nucleus is slechts enkele atomen groot, maar deze atomen liggen reeds in de structuur van de te vormen kristalfase. Bij het opbouwen van een kristalrooster zullen de buitenste atomen, die nog niet aan alle zijden verbindingen hebben, een hogere vrije energie bezitten. Atomen die zich aan de grensvlakken van kristallen bevinden zijn om die reden minder stabiel dan atomen binnenin een kristal, een verschijnsel dat vrije oppervlakte-energie genoemd wordt. Hoe groter het oppervlak van een kristal ten opzichte van het volume, des te hoger de totale vrije energie van het kristal. Kleinere kristallen hebben een relatief groot oppervlak vergeleken met hun volume en zijn daarom minder stabiel dan grotere. Een nucleatiekern is daarom een zeer instabiel fenomeen. Zelfs als de kristalfase zelf thermodynamisch stabiel is, kan kristallisatie uitblijven omdat de vrije oppervlakte-energie van de nucleatiekernen nog te groot is. Zo is het mogelijk dat water onderkoeld raakt onder het smeltpunt van 0
Wanneer aan een homogene onderkoelde vloeistof waarin geen kristallisatie optreedt een groeikern wordt toegevoegd (een entkristal), treedt over het algemeen plotseling kristalgroei op. Een natriumacetaat-verwarmertje werkt op dit principe. Het rankschikkingsproces waarbij moleculen of atomen zich ordenen verloopt in het algemeen in twee fasen. Eerst moet een groeikern of nucleus gevormd worden (nucleatie). Als deze kern er eenmaal is kunnen meer en meer deeltjes zich geordend op de kern nestelen en zo wordt het kristal groter (groei).
| |||