Kristallisationskerne

Kristallisationskerne sind winzige Aggregationen von Molekülen oder Atomen, die als Ausgangspunkte für das Kristallwachstum dienen, wenn eine Substanz aus einer ungeordneten in eine geordnete Festphase übergeht. Sie entstehen typischerweise bei Übersättigung, Unterkühlung oder Temperatureinfluss und können entweder spontan im Inneren einer Phase auftreten oder an Oberflächen und Fremdpartikeln befestigt sein.

Es unterscheidet man homogene und heterogene Kristallisationskerne. Homogene Kerne bilden sich ohne äußere Oberflächen und sind energetisch teurer, wodurch sie seltener beobachtet werden. Heterogene Kerne entstehen an Grenzflächen, Verunreinigungen oder Fremdpartikeln und erleichtern das Kristallwachstum, indem sie die nötige Energiebarriere senken.

Damit ein Kern stabil wird, muss er eine kritische Größe überschreiten. Liegt er darunter, verschwindet er wieder; darüber treibt das System die Kristallbildung voran. Die Grundlagen werden oft durch klassische Nukleationstheorie beschrieben, welche die Balance aus Oberflächenenergie und der Potentialdifferenz berücksichtigt.

Wichtige Einflussfaktoren sind Temperatur, der Grad der Übersättigung oder Unterkühlung, Druck, Lösungsmittel und Anwesenheit von Fremdkörpern. Die Geschwindigkeit von Nukleation und anschließender Kristallwachstumsrichtung bestimmt die Kristallgröße, -form und -orientierung, was wesentlich die Materialeigenschaften beeinflusst.

Anwendungen finden sich in Metallurgie, Polymerverarbeitung und Pharmazie: Eine kontrollierte Kernbildung ermöglicht feine, gleichmäßige Körner oder bevorzugte Kristallformen (Polymorphie). Seeding und gezielte Verunreinigung können Nukulationswege steuern und Reproduzierbarkeit verbessern.