La cristallisation est la formation de cristaux qui se produit lorsqu’un solide précipite à partir d’une solution liquide ou, rarement, directement à partir d’un gaz. Le terme est utilisé pour décrire ce processus dans la nature ainsi que lorsqu’il se produit dans un laboratoire ou un environnement industriel. Les composés minéraux et organiques et même l’eau peuvent être cristallisés. La plupart des cristaux sont un type de composé, mais des cristaux d’éléments purs sont possibles. Des flocons de neige, du sel et certaines pierres précieuses sont formés par ce processus.
Les cristaux se forment lorsque la concentration d’un soluté atteint un maximum, une condition appelée sursaturation. Le refroidissement ou l’évaporation de la solution déclenchera alors le processus de cristallisation. Une réduction de la température peut déclencher la formation de cristaux car la capacité d’une solution à retenir un soluté dépend en partie de la température. Lorsque la température diminue, la solubilité diminue également. L’évaporation augmente la concentration du soluté dans la solution, déclenchant la cristallisation.
La première étape de la formation de tout cristal est appelée nucléation. La nucléation est la combinaison de deux ou plusieurs molécules du soluté. Ces molécules attireront plus de molécules, qui se lieront aux cristaux d’origine de manière régulière. Cette structure de ce motif, ou matrice, dépend des propriétés moléculaires de la substance cristallisée mais continuera à se propager de manière régulière à mesure que davantage de molécules sont ajoutées. Ce processus peut continuer même après que la concentration de soluté dissous tombe en dessous du point de sursaturation, car le cristal continuera à ajouter plus de molécules à sa matrice.
Le processus de cristallisation le plus connu est la formation de cristaux d’eau dans l’atmosphère. Cela se produit partout dans le monde, de manière continue, lorsque l’air contenant de la vapeur d’eau est refroidi. l’eau se cristallise en glace et, à mesure que les cristaux d’eau grandissent, ils forment des flocons de neige.
La cristallisation peut également se produire très lentement. La formation de stalactites dans les grottes est une forme de formation cristalline qui se déroule sur plusieurs siècles, voire des millions d’années. Au fur et à mesure que l’eau contenant les minéraux dissous s’écoule à la surface de la stalactite, les molécules de ces minéraux se lient à d’autres molécules, s’ajoutant très progressivement à la stalactite.
Les peuples anciens du monde entier obtenaient du sel par la formation de cristaux de sel provenant de l’évaporation de l’eau de mer. Cette pratique est encore utilisée aujourd’hui comme moyen bon marché et efficace d’obtenir du sel. Les cristaux de sel sont extraits dans certaines régions du monde à partir d’immenses gisements, parfois des milliers de pieds d’épaisseur, qui restent de l’évaporation des mers préhistoriques.
D’autres cristaux sont très recherchés et exploités pour leur valeur en tant que pierres précieuses. Bien que toutes les pierres précieuses ne soient pas des cristaux, beaucoup se forment au plus profond de la terre sur une période de milliers ou de millions d’années. De nombreux types de cristaux sont créés artificiellement par l’homme, mais tous ces processus reposent sur les mêmes principes chimiques par lesquels les cristaux naturels sont formés. De nombreux aliments, minéraux et matériaux industriels sont produits par cristallisation.