Glossar

Kristallisationstemperaturen und -Enthalpien 

KristallisationAls Kristallisation bezeichnet man den physikalischen Vorgang der Verhärtung bei der Bildung und beim Wachstum von Kristallen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei.Kristallisation ist ein natürlich vorkommender oder künstlich initiierter Prozess für das Erstarren von Stoffen oder Substanzen in eine strukturierte Form, d.h. bei der Atome oder Moleküle in eine geordnete Struktur, bekannt als Kristall, übergehen.

Einige Materialien, wie beispielsweise Wirkstoffe in Arzneimitteln, können mehrere unterschiedliche Kristallstrukturen bilden, bezeichnet als Kristallmodifikationen oder -formen oder Polymorphe.

Die Kristallisation lässt sich mit thermodynamischen Größen charakterisieren, da dieser Vorgang bei bestimmten Temperaturen und von einer bestimmten Menge an freigesetzter Energie (exothermer Vorgang) begleitet wird, auch bekannt als Kristallisationswärme oder -enthalpie. Dieser der Kristallisationsvorgang ist auch kinetisch bedingt, welcher bei Kristallisationsstudien berücksichtigt werden sollte. Als thermisch initiierter Prozess erfolgt die Kristallisation in zwei Hauptschritten: Der erste Schritt ist die Keimbildung, während der zweite Schritt als Kristallwachstum bekannt ist; letzterer hängt auch von den Bedingungen der Wärmebehandlung ab.

Mit Hilfe der DSC (dynamischen Differenz-Kalorimetrie) können Kristallisationstemperaturen und die freigesetzte Energie mit hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden. Dabei ist zu beachten, dass in DSC-Experimenten aufgrund der gewählten Abkühlbedingungen eine Probe verzögert kristallisieren kann (eine sog. Unterkühlung) und dadurch die Kristallisationstemperatur zu niedrigeren Temperaturen verschoben werden kann. Am gezeigten Indium-Beispiel liegt die Kristallisationstemperatur ca. 2 Kelvin tiefer als die Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelztemperatur von 156,6 °C.

Neben der DSC-Methode kann auch die Dilatometrie zur Untersuchung solcher Prozesse herangezogen werden.

Probe: Indium, Pt-Rh-Tiegel, Heizrate: 10 K/min, Argon-Atmosphäre, Probenmasse ca. 5 mg