Kristallointi

Kristallointi on prosessi, jossa epäjärjestäytyneestä aineesta muodostuu kiinteä, säännöllisen rakenteen omaava kristalli. Se voi tapahtua liuoksesta, sulasta tai kaasusta, ja lopputuloksena on usein kiinteä faasi, jonka rakennetta ja ominaisuuksia voidaan säädellä. Prosessissa esiintyy tavallisesti kaksi vaihetta: nukleaatio eli kristallien alkuperäisten rakennuspalikoiden muodostuminen sekä kasvu, jossa nämä alut suurenevat ja kehittyvät lopullisiksi kiteiksi. Nukleaatio voi olla homogeeninen (pysyvästi saman liuoksen sisällä) tai heterogeeninen (kaventaen pinnan tai epäpuhtauden vaikutuksesta).

Keskeiset tekijät kristalloinnissa ovat liuoksen supersaturaatiotila, lämpötila, paine, sekoitus sekä liuottimen valinta. Supersaturaatiotilan saavuttaminen – esimerkiksi jäähdyttämällä liuosta, haihduttamalla sitä tai muokkaamalla koostumusta – käynnistää kristallien muodostumisen. Epäpuhtaudet ja suunnitellut siemenkristallit voivat nopeuttaa tai hillitä nukleaatioa sekä vaikuttaa lopullisen kiteen muotoon ja laatuun. Siemenkristallit toimivat usein kontrollin välineinä, joiden avulla voidaan ohjata kiteen kasvua.

Kiteiden laatu ja ominaisuudet määräytyvät olosuhteiden mukaan. Muodosta puhutaan habituksesta, ja sama aine voi muodostaa useita polymorfisia rakenteita, joilla on eri liukoisuus ja mekaaniset ominaisuudet. Kristallointi on keskeinen käsite sekä perus- että soveltavassa kemian, farmasian, metallurgian ja materiaalitieteen tutkimuksessa ja teollisuudessa.

Sovelluksissa kristalloinnilla hallitaan puhdistusta, liukoisuutta, hajoamisominaisuuksia sekä valmistettavien aineiden laatua ja käyttötarkoitusta. Tekniikoita ovat muun muassa hidas jäähdytys, haihdutus, antisolvent-kristallointi ja siemenkristallien hyödyntäminen.