Kristallisationsphasen

Kristallisationsphasen bezeichnen die aufeinander folgenden Stadien, die eine Substanz während der Kristallisation aus einer übersättigten Lösung, einer Schmelze oder einem Gas durchläuft. Typischerweise umfasst der Prozess die Nukleationsphase, das Kristallwachstum und die Reifung der Kristalle. In der Praxis können zusätzliche Zwischenzustände auftreten, insbesondere metastabile Phasen.

Nukleationsphase: Übersättigung führt zur Bildung von Kristallkeimen. Primäre Nukleation entsteht ohne Fremdkörper, sekundäre Nukleation erfolgt an bestehenden Kristallen oder Partikeln. Homogene Nukleation tritt in der Lösung auf, heterogene Nukleation wird durch Oberflächen oder Fremdetoren erleichtert. Die Art der Nukleation beeinflusst Zeitpunkt, Anzahl und Größe der resultierenden Kristalle.

Wachstumsphase: Aus den Keimen wachsen Kristalle durch Zuwachs von Molekülen an Kristallflächen. Die Wachstumsrate hängt von Temperatur, Grad der Übersättigung, Lösungsmittel und Verunreinigungen ab. Die Kristallform ( Morphologie) und die endgültige Größe werden durch die Bedingungen der Wachstumsphase bestimmt.

Reifungsphase: Ostwald-Reifung (Ostwald-Ripening) führt dazu, dass kleinere Kristalle bevorzugt aufgelöst werden, während größere Kristalle weiter wachsen. Dadurch erhöht sich die mittlere Kristallgröße und die Oberflächenenergie sinkt. Gleichzeitig können Umwandlungen in polymorphe Formen oder andere stabilere Kristallphasen auftreten.

Einflussfaktoren und Praxis: Temperaturprofile, Übersättigung, Lösungsmittelwahl, pH-Wert, Verunreinigungen und Seeding beeinflussen Abfolge und Endresultat. In der Praxis zielt man auf definierte Kristallgrößenverteilungen, Reinheit und Beherrschung der Polymorphie, was insbesondere in der Pharma- und Chemieindustrie von Bedeutung ist.