La cristalización describe el proceso de conversión de una o más sustancias del estado amorfo-sólido, líquido o gaseoso al estado cristalino. La cristalización puede utilizarse como proceso de separación térmica para la purificación o concentración de sustancias de la fase de fusión, solución o gas o para mejorar las propiedades mecánicas de los aceros o aleaciones. Otra aplicación de la cristalización es el almacenamiento de calor latente.
La condición necesaria para la formación de los cristales es la supersaturación de una fase, de modo que los cristales puedan formarse o los ya existentes puedan crecer. Esto se hace enfriando la fase o por evaporación. La cristalización en su conjunto se subdivide en cristalización de enfriamiento, cristalización de evaporación, cristalización de desplazamiento y cristalización de reacción.
Los requisitos previos para la cristalización son la nucleación y el crecimiento de los cristales. La nucleación tiene lugar a través de la fluctuación térmica en el rango de la temperatura de fusión de la sustancia dada. Sin embargo, por encima de la temperatura de fusión los núcleos son inestables porque la entalpía libre de Gibbs de los núcleos es mayor que la de la fusión. Por esta razón, los núcleos se disuelven más rápido de lo que se forman o crecen. Por debajo de la temperatura de fusión, los núcleos se estabilizan y se forman cristales porque la entalpía de formación de Gibbs es negativa por debajo de la temperatura de fusión. Así el estado sólido se vuelve energéticamente más favorable. La disposición de los átomos sigue básicamente el principio del empaquetamiento más denso. La estructura de la red está determinada por el número de átomos vecinos o el número de coordinación. En el crecimiento de los cristales, la ganancia de energía de los átomos depende tanto de su volumen como de su posición en la red. La ganancia de energía es proporcional al número de lugares vecinos ocupados. Por lo tanto, una colocación en el plano es la más energética. El resultado de este arreglo es una red cristalina.
La cristalización de enfriamiento se logra enfriando la fase. La cristalización por evaporación tiene lugar mediante la evaporación del disolvente. En la cristalización al vacío, el principio de evaporación instantánea se utiliza para lograr la supersaturación. Además, se puede utilizar un agente de desplazamiento para reducir la solubilidad de la sustancia disuelta de manera que la fase se vuelva supersaturada. Durante la cristalización de la reacción, las sustancias reaccionan para formar un producto que se cristaliza con el tiempo debido a la supersaturación.
Debe añadirse la distinción entre los términos cristalización de fusión y cristalización de solución. Si sólo se cristaliza la sustancia presente en baja concentración, entonces se llama cristalización de la solución. Sin embargo, si todos los componentes presentes cambian de la fase líquida a la fase sólida, entonces se llama cristalización de fusión.
Con el almacenamiento de calor latente se utiliza la entalpía de los cambios de estado termodinámico del medio de almacenamiento. Aquí, la cristalización y la fusión es el principio más utilizado. Para cargar el almacenamiento de calor latente, el medio de almacenamiento se funde. El medio absorbe energía en forma de calor en el proceso. Al descargarse, el medio de almacenamiento se solidifica y libera el calor lat ente. Se añaden agentes nucle antes al medio de almacenamiento, que permiten que el material de cambio de fase se cristalice con poco superenfriamiento. La cristalización tiene lugar justo por debajo de la temperatura de fusión.
El material de transición de fase con una alta entalpía de fusión, entalpía de solución y entalpía de evaporación se utiliza como medio de transferencia de calor en un acumulador de calor latente. Además, estos materiales deben tener una alta capacidad de calor específico, incluso si el calor sensible se utiliza para el almacenamiento. En las redes de refrigeración se trata generalmente de agua tratada que se utiliza en un tanque de almacenamiento de hielo. A menudo se utiliza una combinación de agua y parafina como medio de transferencia de calor en el suministro de calor. El agua se utiliza para el transporte de calor y el almacenamiento de calor sensible. En el caso del material de cambio de fase, que está presente como una emulsión, también se le denomina "lodo de cambio de fase".
crystallization