A cristalização descreve o processo de conversão de uma ou mais substâncias do estado amorfo-sólido, líquido ou gasoso para o estado cristalino. A cristalização pode ser utilizada como um processo de separação térmica para a purificação ou concentração de substâncias da fase de fusão, solução ou gás ou para melhorar as propriedades mecânicas dos aços ou ligas. Uma outra aplicação de cristalização é no armazenamento de calor latente.
A condição necessária para a formação de cristais é a supersaturação de uma fase, para que os cristais possam formar ou os cristais existentes possam crescer. Isto é feito através do arrefecimento da fase ou por evaporação. A cristalização como um todo é subdividida em cristalização de refrigeração, cristalização evaporativa, cristalização de deslocamento e cristalização de reacção.
Os pré-requisitos para a cristalização são a nucleação e o crescimento de cristais. A nucleação tem lugar através da flutuação térmica na gama da temperatura de fusão da substância em questão. No entanto, acima da temperatura de fusão os núcleos são instáveis porque a entalpia livre dos núcleos de Gibbs é maior do que a da fusão. Por esta razão, os núcleos dissolvem-se mais rapidamente do que se formam ou crescem. Abaixo da temperatura de fusão, os núcleos estabilizam-se e formam-se cristais porque a entalpia de formação de Gibbs é negativa abaixo da temperatura de fusão. Assim, o estado sólido torna-se energeticamente mais favorável. A disposição dos átomos segue basicamente o princípio da embalagem mais densa. A estrutura da malha é determinada pelo número de átomos vizinhos ou pelo número de coordenação. No crescimento dos cristais, o ganho de energia dos átomos depende tanto do seu volume como da sua posição na grelha. O ganho de energia é proporcional ao número de lugares vizinhos ocupados. Por conseguinte, uma colocação no avião é a mais enérgica. O resultado deste arranjo é uma malha de cristal.
A cristalização de arrefecimento é conseguida através do arrefecimento da fase. A cristalização da evaporação ocorre por evaporação do solvente. Na cristalização a vácuo, o princípio da evaporação do flash é utilizado para alcançar a supersaturação. Além disso, um agente de deslocamento pode ser utilizado para reduzir a solubilidade da substância dissolvida de modo a que a fase se torne supersaturada. Durante a cristalização da reacção, as substâncias reagem para formar um produto que se cristaliza ao longo do tempo devido à supersaturação.
A distinção entre os termos cristalização de fusão e cristalização a partir da solução deve ser acrescentada. Se apenas a substância presente em cristalizações de baixa concentração se cristaliza, então é chamada cristalização a partir da solução. No entanto, se todos os componentes presentes mudarem da fase líquida para a fase sólida, então chama-se cristalização de fusão.
Com o armazenamento de calor latente utiliza-se a entalpia das alterações do estado termodinâmico do meio de armazenamento. Aqui, a cristalização e fusão é o princípio mais utilizado. Para carregar o armazenamento de calor latente, o meio de armazenamento é fundido. O meio absorve energia sob a forma de calor no processo. Ao descarregar, o meio de armazenamento solidifica-se e liberta o calor latente. Os agentes nucleantes são adicionados ao meio de armazenamento, o que permite a cristalização do material de mudança de fase com pouco super-resfriamento. A cristalização tem lugar imediatamente abaixo da temperatura de fusão.
O material de transição de fase com uma elevada entalpia de fusão, entalpia de solução e entalpia de evaporação é utilizado como meio de transferência de calor num acumulador de calor latente. Além disso, estes materiais devem ter uma elevada capacidade térmica específica, mesmo que o calor sensato seja utilizado para armazenamento. Nas redes de refrigeração esta é geralmente água tratada que é utilizada num tanque de armazenamento de gelo. Uma combinação de água e cera de parafina é frequentemente utilizada como meio de transferência de calor no fornecimento de calor. A água é utilizada para o transporte de calor e armazenamento de calor sensível. No caso de material de mudança de fase, que está presente como uma emulsão, isto também é referido como um chorume de mudança de fase.
crystallization