Kristallisations

Kristallisation ist der Prozess, bei dem sich aus einer homogen vorhandenen Phase ein kristalliner Feststoff bildet. Typische Ausgangsphasen sind Lösungen, Schmelzen oder Gasgemische. Der Antrieb gründet sich auf Übersättigung: Wird mehr Gelöster Stoff in einer Lösung gehalten, als bei der gegebenen Temperatur löslich ist, entsteht ein Nettowachstum an Kristallen durch Nukleation und anschließendes Wachstum.

Nukleation kann spontan (homogene Nukleation) oder an Oberflächen bzw. Partikeln (heterogene Nukleation) erfolgen. Nach der Bildung von Keimen wächst der Kristall, solange Übersättigung besteht; während des Wachstums konkurrieren Faktoren wie Temperatur, Lösungsmittel, Druck, Schwerkraft, Rühren und Verunreinigungen, die Form, Größe und Reinheit der Kristalle beeinflussen.

Man unterscheidet Hauptarten der Kristallisation: Aus einer Lösung (z. B. durch Abkühlen, Verdunstung oder Antisolvent-Kristallisation); aus einer Schmelze (durch Abkühlung oder Verdampfung); und aus Gasen durch Abscheidung bzw. Kondensation aus dem Gas.

Anwendungen finden sich in der chemischen Industrie, Pharmazie, Materialwissenschaften und Elektronik; hier ist die Steuerung von Reinheit, Kristallgröße, Habit und Polymorphie oft entscheidend. Wichtige Aspekte sind der Einfluss von Lösungsmittel, der Übersättigungsgrad, Seeding und die Kristallisationskinetik.

Die Kristallisation führt oft zu Polymorphie, Hydrat- oder Solvatformen, was Auswirkungen auf Löslichkeit und Stabilität hat. Zur Charakterisierung werden Techniken wie Röntgenbeugung (XRD), Mikroskopie (z. B. SEM) und thermische Analyse eingesetzt.