Kristallisation ist die Bildung von Kristallen, die entsteht, wenn ein Feststoff aus einer flüssigen Lösung oder selten direkt aus einem Gas ausfällt. Der Begriff wird verwendet, um diesen Prozess sowohl in der Natur als auch im Labor oder in der Industrie zu beschreiben. Mineralische und organische Verbindungen und sogar Wasser können kristallisiert werden. Die meisten Kristalle sind eine Art Verbindung, aber Kristalle aus reinen Elementen sind möglich. Schneeflocken, Salz und einige Edelsteine werden durch diesen Prozess gebildet.
Kristalle bilden sich, wenn die Konzentration eines gelösten Stoffes ein Maximum erreicht, ein Zustand, der als Übersättigung bezeichnet wird. Das Abkühlen oder Verdampfen der Lösung löst dann den Kristallisationsprozess aus. Eine Temperatursenkung kann eine Kristallbildung auslösen, da die Fähigkeit einer Lösung, einen gelösten Stoff zu halten, teilweise von der Temperatur abhängt. Mit abnehmender Temperatur nimmt auch die Löslichkeit ab. Die Verdampfung erhöht die Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung und löst die Kristallisation aus.
Die erste Stufe bei der Bildung eines Kristalls wird als Keimbildung bezeichnet. Nukleation ist die Kombination von zwei oder mehr Molekülen des gelösten Stoffes. Diese Moleküle ziehen weitere Moleküle an, die sich in einem regelmäßigen Muster an die ursprünglichen Kristalle binden. Diese Struktur dieses Musters oder dieser Matrix hängt von den molekularen Eigenschaften der zu kristallisierenden Substanz ab, breitet sich jedoch regelmäßig aus, wenn weitere Moleküle hinzugefügt werden. Dieser Prozess kann auch dann fortgesetzt werden, wenn die Konzentration des gelösten gelösten Stoffes unter den Übersättigungspunkt fällt, da der Kristall weiterhin weitere Moleküle zu seiner Matrix hinzufügt.
Der bekannteste Kristallisationsprozess ist die Bildung von Wasserkristallen in der Atmosphäre. Dies geschieht weltweit kontinuierlich, indem wasserdampfhaltige Luft abgekühlt wird. das Wasser kristallisiert zu Eis, und wenn die Wasserkristalle wachsen, bilden sie Schneeflocken.
Die Kristallisation kann auch sehr langsam erfolgen. Die Tropfsteinbildung in Höhlen ist eine Form der Kristallbildung, die über viele Jahrhunderte oder sogar Millionen von Jahren stattfindet. Wenn Wasser, das gelöste Mineralien enthält, über die Oberfläche des Stalaktiten fließt, verbinden sich Moleküle dieser Mineralien mit anderen Molekülen und fügen sich ganz allmählich zum Stalaktiten hinzu.
Antike Völker auf der ganzen Welt gewannen Salz durch die Bildung von Salzkristallen aus der Verdunstung von Meerwasser. Diese Praxis wird auch heute noch als kostengünstige und effektive Methode zur Gewinnung von Salz eingesetzt. Salzkristalle werden in einigen Gebieten der Welt aus riesigen Ablagerungen abgebaut, die manchmal Tausende von Fuß dick sind und die von der Verdunstung prähistorischer Meere übrig geblieben sind.
Andere Kristalle sind sehr begehrt und werden wegen ihres Wertes als Edelsteine abgebaut. Obwohl nicht alle Edelsteine Kristalle sind, werden viele über einen Zeitraum von Tausenden oder Millionen von Jahren tief in der Erde gebildet. Viele Arten von Kristallen werden vom Menschen künstlich hergestellt, aber alle diese Prozesse beruhen auf den gleichen chemischen Prinzipien, nach denen natürliche Kristalle gebildet werden. Viele Lebensmittel, Mineralien und Industriematerialien werden durch Kristallisation hergestellt.