Kristallisieren

Kristallisation bezeichnet den Prozess, bei dem sich aus einer flüssigen Phase (Lösung oder Schmelze) oder einer Gasphase Teilchen zu einer festen Kristallstruktur anordnen. In der Chemie, der Verfahrenstechnik und der Materialwissenschaft dient sie sowohl der Herstellung als auch der Reinigung von Substanzen. Kristallisation tritt auf, wenn das System Übersättigung erreicht oder andere energetisch günstige Bedingungen vorliegen, sodass Nukleation und anschließendes Kristallwachstum einsetzen können.

Der Ablauf besteht aus zwei zentralen Schritten: Nukleation und Kristallwachstum. Nukleation kann spontan auftreten (primäre Nukleation) oder durch vorhandene Partikel angeregt werden (sekundäre Nukleation). Danach wachsen die Kristalle, indem weitere Moleküle an ihre Kristallflächen adsorbieren. Temperatur, Druck, Lösungsmittel, Verunreinigungen und der Grad der Übersättigung beeinflussen Geschwindigkeit, Kristallgröße, Form und Polymorphie. Verunreinigungen können in den Kristall eingebaut werden oder das Wachstum hemmen.

Typische Kristallisationsmethoden sind Verdampfungs-, Abkühlungs- und Antisolventen-Kristallisation. Durch langsame Abkühlung oder schonende Verdunstung lassen sich meist größere Kristalle erzeugen, während schnelle Rühr- und Verdampfungsbedingungen feine Kristalle liefern. Kristallisation ist ein zentrales Trenn- und Reinigungskonzept in der Herstellung von Pharmazeutika, Lebensmitteln, Mineralien und chemischen Zwischenprodukten und erfordert präzise Prozessführung, um Reinheit, Ausbeute und die gewünschte Kristallform zu erreichen.