「結晶化」の版間の差分
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== 機構 == |
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結晶化は[[核形成]]と[[結晶成長]]という2つの段階からなる。 |
結晶化は[[核形成]]と[[結晶成長]]という2つの段階からなる。 |
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=== 核形成=== |
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核形成は、溶液中に分散している[[溶質]][[分子]]が集まり、数ナノメートル程度の大きさの[[クラスター (物質科学)|クラスター]](集団)を作る段階である。微小な領域での[[濃度]]の増加が起こり、クラスターが十分に安定な条件が整うと、この段階が始まる。出来上がったクラスターは、結晶の[[核]]となるが、不安定な場合は解離してしまう。安定な核となるためには、ある程度の大きさを超えなければならないが、その大きさは溶液が置かれている条件([[温度]]、[[過飽和]]、[[不純物]]など)によって決まる。[[原子]]が規則的・周期的に配列し、[[結晶構造]]が決定されるのもこの段階である。ここでいう「結晶構造」とは、原子の配置の様式を意味する語であり、出来上がる結晶の塊の大きさや形のことではない。 |
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=== 結晶成長 === |
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結晶成長では、出来上がった核が成長する。過飽和状態が続く限り、核形成と結晶成長は進行し続ける。過飽和は結晶化の駆動力であるため、核形成と結晶成長の速さは溶液の過飽和度が高いほど加速される。条件によっては、核形成と結晶成長のうちのいずれかが支配的になるため、結果として、大きさや形の異なる結晶が得られる。[[医薬品]]などの[[工業]]的な[[製造]]過程においては、結晶の大きさ・形状のコントロールが重要な課題の1つである。過飽和状態が終わると、溶液は固–液[[平衡]]に達し、結晶化は完了する。条件が変化して平衡が破れ、溶液が過飽和状態になれば、再び結晶化が始まる。 |
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== 自然界における結晶化 == |
== 自然界における結晶化 == |
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結晶化を含む過程は自然界には数多く存在する。以下に例を挙げる。 |
結晶化を含む過程は自然界には数多く存在する。以下に例を挙げる。 |
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*[[鉱物]]の結晶化([[宝石]]も参照)。 |
* [[鉱物]]の結晶化([[宝石]]も参照)。 |
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*[[鍾乳石]]や[[鍾乳石# |
* [[鍾乳石]]や[[鍾乳石#石筍・石柱|石筍]]の形成。 |
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*[[雪]]の結晶([[コッホ曲線]]も参照)。 |
* [[雪]]の結晶([[コッホ曲線]]も参照)。 |
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== 人工的な方法 == |
== 人工的な方法 == |
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結晶化が起こるためには、溶液は過飽和していなければならない。すなわち、平衡状態における濃度よりも多くの溶質(分子または[[イオン]])を含んでいる必要がある。そのような状態を起こす一般的な方法として |
結晶化が起こるためには、溶液は過飽和していなければならない。すなわち、平衡状態における濃度よりも多くの溶質(分子または[[イオン]])を含んでいる必要がある。そのような状態を起こす一般的な方法として、 |
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# 溶液を冷却する |
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# 溶質の[[溶解度]]を減少させるような新たな溶媒を加える(この技法は貧溶媒添加晶析として知られる) |
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# [[化学反応]]を起こす |
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# [[水素イオン指数]] (pH) を変化させる |
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などが知られている。溶媒をゆっくりと[[蒸発]]させる、といった方法もとられる。 |
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== 脚注 == |
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== 関連項目 == |
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* [[再結晶]] |
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*[[晶 |
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[[Category:物理化学の現象]] |
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[[Category:結晶学]] |
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2012年4月13日 (金) 14:16時点における版
結晶化(けっしょうか、英: crystallization[1])は、均一な溶液から固体結晶が生成する、自然な、または人為的な過程である。また、化学においては、固体と液体を分離する技術の1つである。
機構
核形成
核形成は、溶液中に分散している溶質分子が集まり、数ナノメートル程度の大きさのクラスター(集団)を作る段階である。微小な領域での濃度の増加が起こり、クラスターが十分に安定な条件が整うと、この段階が始まる。出来上がったクラスターは、結晶の核となるが、不安定な場合は解離してしまう。安定な核となるためには、ある程度の大きさを超えなければならないが、その大きさは溶液が置かれている条件(温度、過飽和、不純物など)によって決まる。原子が規則的・周期的に配列し、結晶構造が決定されるのもこの段階である。ここでいう「結晶構造」とは、原子の配置の様式を意味する語であり、出来上がる結晶の塊の大きさや形のことではない。
結晶成長
結晶成長では、出来上がった核が成長する。過飽和状態が続く限り、核形成と結晶成長は進行し続ける。過飽和は結晶化の駆動力であるため、核形成と結晶成長の速さは溶液の過飽和度が高いほど加速される。条件によっては、核形成と結晶成長のうちのいずれかが支配的になるため、結果として、大きさや形の異なる結晶が得られる。医薬品などの工業的な製造過程においては、結晶の大きさ・形状のコントロールが重要な課題の1つである。過飽和状態が終わると、溶液は固–液平衡に達し、結晶化は完了する。条件が変化して平衡が破れ、溶液が過飽和状態になれば、再び結晶化が始まる。
自然界における結晶化
結晶化を含む過程は自然界には数多く存在する。以下に例を挙げる。
人工的な方法
結晶化が起こるためには、溶液は過飽和していなければならない。すなわち、平衡状態における濃度よりも多くの溶質(分子またはイオン)を含んでいる必要がある。そのような状態を起こす一般的な方法として、
などが知られている。溶媒をゆっくりと蒸発させる、といった方法もとられる。