La cristallizzazione è la formazione di cristalli che si verifica quando un solido precipita da una soluzione liquida o, raramente, direttamente da un gas. Il termine è usato per descrivere questo processo in natura così come quando si verifica in un laboratorio o in un ambiente industriale. I composti minerali e organici e persino l’acqua possono essere cristallizzati. La maggior parte dei cristalli è un qualche tipo di composto, ma sono possibili cristalli di elementi puri. Fiocchi di neve, sale e alcune pietre preziose sono formati da questo processo.
I cristalli si formano quando la concentrazione di un soluto raggiunge un massimo, una condizione chiamata sovrasaturazione. Il raffreddamento o l’evaporazione della soluzione attiverà quindi il processo di cristallizzazione. Una riduzione della temperatura può innescare la formazione di cristalli perché la capacità di una soluzione di trattenere un soluto dipende in parte dalla temperatura. Al diminuire della temperatura, diminuisce anche la solubilità. L’evaporazione aumenta la concentrazione del soluto nella soluzione, innescando la cristallizzazione.
Il primo stadio nella formazione di qualsiasi cristallo è chiamato nucleazione. La nucleazione è la combinazione di due o più molecole del soluto. Queste molecole attireranno più molecole, che si legheranno ai cristalli originali in uno schema regolare. Questa struttura di questo modello, o matrice, dipende dalle proprietà molecolari della sostanza che viene cristallizzata, ma continuerà a propagarsi in modo regolare man mano che vengono aggiunte più molecole. Questo processo può continuare anche dopo che la concentrazione del soluto disciolto scende al di sotto del punto di sovrasaturazione, poiché il cristallo continuerà ad aggiungere più molecole alla sua matrice.
Il processo di cristallizzazione più comunemente noto è la formazione di cristalli d’acqua nell’atmosfera. Ciò si verifica in tutto il mondo, in modo continuo, poiché l’aria contenente vapore acqueo viene raffreddata. l’acqua si cristallizza in ghiaccio e, man mano che i cristalli d’acqua crescono, formano fiocchi di neve.
La cristallizzazione può anche avvenire molto lentamente. La formazione di stalattiti nelle grotte è una forma di formazione di cristalli che si verifica nel corso di molti secoli o addirittura milioni di anni. Mentre l’acqua che trattiene i minerali disciolti scorre sulla superficie della stalattite, le molecole di questi minerali si legano ad altre molecole, aggiungendosi molto gradualmente alla stalattite.
Antichi popoli di tutto il mondo ottenevano sale dalla formazione di cristalli di sale dall’evaporazione dell’acqua di mare. Questa pratica è ancora impiegata oggi come un modo economico ed efficace per ottenere il sale. I cristalli di sale vengono estratti in alcune aree del mondo da immensi depositi, a volte spessi migliaia di piedi, che rimangono dall’evaporazione dei mari preistorici.
Altri cristalli sono molto ricercati ed estratti per il loro valore come pietre preziose. Sebbene non tutte le gemme siano cristalli, molte si formano nelle profondità della terra in un periodo di migliaia o milioni di anni. Molti tipi di cristalli sono creati artificialmente dall’uomo, ma tutti questi processi si basano sugli stessi principi chimici con cui si formano i cristalli naturali. Molti alimenti, minerali e materiali industriali sono prodotti dalla cristallizzazione.