Hình 1 .1 Đường cong độ tan bão hòa và quá bão hòa theo nhiệt độ
Hình 1.3 Mơ hình đa lớp mơ tả bề mặt phân giới giữa dung dịch
Sự thay đổi năng lượng (∆E - Năng lượng cần thiết để tạo ra các vị trí K hay S trên bề mặt tinh thể) được tính như sau:
∆ = = 2 2 4 (1.3)
Trong đó:
- E(a) và E(b): tương ứng với năng lượng bề mặt ở trạng thái (a) và (b).
12
- : năng lượng tương tác giữa hai pha lỏng.
- : năng lượng tương tác giữa hai pha rắn-lỏng. Ta có thể viết lại:
=∆ (1.4)
- α phản ánh sự dễ dàng hình thành các vị trí có năng lượng tương tác cao (vị trí K
và S), đó là dấu hiệu cho sự phát triển dễ dàng của một bề mặt.
Đối với sự phát triển tinh thể từ quá trình đơng đặc (kết tinh chất tan nóng chảy) hay từ q trình ngưng tụ (kết tịnh chất tan bay hơi):
=∆ (1.5)
Trong đó:∆ – Nhiệt tan chảy hay thănghoa.
Đối với sự phát triển tinh thể trong dung dịch (kết tinh chất tan trong dung dịch):
= ∆ ln (1.6)
Trong đó:
- ∆ – Nhiệt nóng chảy.
- – Độ tan bão hịa.
- – Thơng số hình học dùng để mơ tả tương tác liên phân tử trên bề mặt tinh thể.
Thông số này được xác định:
= ≈ (1.7)
Trong đó: – Năng lượng tương tác tồn tồn phần tính trên một phân tử bề mặt phát triển, và – Năng lượng tương tác toàn phần của tinh thể. Xét một phân tử phát triển thì
là số phân tử lân cận gần nhất của phân tử đó, xét một phân tử trên bề mặt phát triển thì zl là
số phân tử lân cận gần nhất của phân tử đó. Giá trị α trong khoảng từ 2 đến20.
1.1.2.3. Kết tinh hóa rắn nhanh
Dùng để chuyển hóa sản phẩm ở dạng nóng chảy thành sản phẩm pha rắn. Trong đó, các hạt vật liệu pha rắn nhanh chóng được hình thành và phát triển từ các giọt lỏng thơng qua q trình làm nguội nhanh.
13 1.1.3. Quá trình kết tinh [1]
Quá trình kết tinh diễn ra khi dung dịch ở trạng thái q bão hịa. Khi đó, dung dịch khơng ở trạng thái cân bằng. Q trình kết tinh diễn ra nhằm làm giảm sự quá bão hòa để đưa dung dịch về trạng thái cân bằng.
Q trình kết tinh từ dung dịch có thể xem như một qui trình gồm hai bước: - Bước 1: Quá trình tách pha tạo tinh thể mới – Sự tạo mầm.
- Bước 2: Quá trình phát triển của những tinh thể này thành những kích cỡ lớn hơn – Sự phát triển tinh thể.
Khi quá trình kết tinh bắt đầu, sự q bão hịa giảm đi do có sự kết hợp của q trình tạo mầm và phát triển tinh thể. Mối quan hệ giữa tốc độ tạo mầm và phát triển tinh thể sẽ kiểm sốt kích thước và sự phân phối kích thước của tinh thể tạo thành. Do đó, đây là khía cạnh chủ chốt trong các qui trình kết tinh trong cơng nghiệp.
1.1.3.1. Quá trình tạo mầm
Quá trình tạo mầm tinh thể là quá trình tạo một pha rắn mới từ pha lỏng đồng thể q bão hịa. Các cơ chế của q trình tạo mầm được phân loại theo hình 1.4.