Krystalloppbygging

Krystalloppbygging er prosessen der atomer, ioner eller molekyler organiserer seg i et regelmessig krystalgitter og danner krystaller. Dette kan skje i faste stoffer, i løsninger under riktig kjemisk miljø, eller i gasser som avsetter materiale på en overflate. Krystallenes struktur gir ofte karakteristiske egenskaper som tetthet, hardhet og optiske eller elektriske egenskaper.

Prosessen består typisk av nukleasjon og vekst. Nukleasjon er dannelsen av en liten kjerne som kan vokse videre til et fullstendig krystall; vekst skjer når flere partikler blir tilført kjernen og danner et sammenhengende gitter. Drivkrefter som supersaturasjon, temperatur, trykk og tilstedeværelse av urenheter påvirker begge trinn. Defekter og anisotrop vekst gir ulike krystallformer (habiter) og retninger i gitteret.

Det finnes flere oppbyggingsmåter: løsningbasert krystallvekst hvor krystaller felles ut fra mettet løsning; fastfasevekst ved diffunsjon i et fast stoff; og dampbasert vekst som ved kjemisk dampavsetning. I naturen finnes mineraler som salt og kvarts; i industrien brukes krystallvekst i blant annet silisiumproduksjon, farmasøytiske forbindelser og syntetiske materialer.

Krystalloppbygging påvirkes av temperatur og trykk, løsemiddel og pH, og av eksisterende seed-krystaller samt urenheter. Prosesser som Ostwald-oppklaring kan endre krystallstørrelse over tid, ofte ved at små krystaller løses opp og større vokser videre.

Forståelse av hvordan krystaller dannes er viktig i materialvitenskap, geologi og farmasi, fordi kontroll av vekstbetingelser muliggjør ønsket størrelse, form og renhet, og dermed ytelse og stabilitet i produkter og materialer.