Primaire nucleatie

Primaire nucleatie is een sub-proces binnen kristallisatie (met name vanuit oplossingen), waarbij nieuwe groeikernen (nuclei) worden gevormd vanuit een heldere oplossing. Binnen de primaire nucleatie zijn twee mechanismen te onderscheiden: een homogeen (ook wel spontaan of klassiek genoemd) en een heterogeen.

Homogeen

Deze klassieke theorie is gebaseerd op een reeks van bi-moleculaire botsingen en interacties in een oververzadigde vloeistof. Dit resulteert in de opbouw van rooster-gestructureerde deeltjes, die wel of niet thermodynamisch stabiel kunnen zijn.

De nucleatiesnelheid van homogene primaire nucleatie kan worden bepaald met onderstaande vergelijking:

$J=A\cdot \exp \left[\frac{-16\pi {\gamma }^3{\nu }^2}{3k^3{T}^3{(\ln S)}^2}\right]$

In deze vergelijking is A de pre-exponentiële factor, γ is de oppervlaktespanning, ν is het molair volume, k is de Boltzmannconstante, T is de absolute temperatuur en S is een maat voor de oververzadiging.

Heterogeen

De primaire nucleatie wordt geïnitieerd door kleine deeltjes (bijvoorbeeld stof) in de oplossing.

In industriële kristallisatie wordt heterogene primaire nucleatie beschreven met behulp van een eenvoudige empirische relatie, zoals:

$J=K_n\cdot \mathrm{\Delta }{c}^n$

Deze vergelijking relateert de primaire nucleatiesnelheid J aan de oververzadiging Δc. De snelheidsconstante K_n en de orde van het nucleatie proces n zijn afhankelijk van de fysische eigenschappen van het systeem en de hydrodynamica.