Kristallisationskeim


Kristallisationskeim

Kristallisationskeime oder -kerne sind feindisperse oder makroskopische, feste Partikel in einer fluiden Phase. Sie erleichtern die Kristallisation, also die Bildung von Kristallen, die sonst nur aus übersättigten Medien möglich wäre. Dabei kann zwischen Erstarrungs-, Resublimations- oder Ausfällungsvorgängen unterschieden werden.

Kristallisation aus Lösungen

Die Kristallisation aus Lösungen sollte beginnen, sobald das Löslichkeitsprodukt der gelösten Substanzen überschritten ist. Dies wird meistens jedoch nicht beobachtet. Beim Aufbau einer neuen Phase muss nämlich beachtet werden, dass sich die dazugehörige Freie Enthalpie aus zwei konkurrierenden Termen zusammensetzt. Dem thermodynamisch begünstigten Volumenanteil, den man sich bildlich als Zunahme chemischer Bindungen vorstellen kann, steht die Arbeit gegenüber, die aufgebracht werden muss, um eine neue Oberfläche zu bilden. Für sehr kleine Kristalle überwiegt der Oberflächenterm, weshalb man hierbei von kinetisch gehemmtem Kristallwachstum spricht. Bei größeren Kristallen überwiegt der Volumenanteil. Die Anwesenheit von Kristallisationskeimen umgeht diese kinetische Hemmung.

$ \,\Delta G = \Delta G_V + \Delta G_\sigma $

Kristallisation aus Schmelzen

In Schmelzen entstehen Kristallisationskeime am Beginn eines Erstarrungsvorgangs von kristallin aufgebauten Elementen, Legierungen und Verbindungen. Sie bilden Ausgangspunkte für deren weitere Kristallisation. Eine Gruppe von Atomen, die beim Erreichen der Erstarrungstemperatur zufällig eine Anordnung im Kristallsystem des betreffenden Stoffes eingenommen hat, verbleibt in dieser Position unter Abgabe von thermischer Energie.