La cristallizzazione è il modo in cui gli atomi si riuniscono per creare gruppi strettamente legati o collegati. Essa separa un solido da un liquido o a volte da un gas. La cristallizzazione può essere da una fusione o da una soluzione, e può essere naturale o artificiale. Una cristallizzazione più veloce può produrre cristalli di dimensioni più piccole come nel basalto, e più lenta può produrre cristalli più grandi come nel granito.
La cristallizzazione artificiale è una tecnica che forma cristalli solidi da una soluzione omogenea. Affinché la cristallizzazione avvenga, la soluzione a portata di mano deve essere sovrasatura. In parole povere, la soluzione dovrebbe contenere più molecole di soluto di quante ne contenga in condizioni normali. Questo può essere ottenuto con vari metodi - evaporazione del solvente, raffreddamento, reazione chimica, 'annegamento' essendo i più comuni utilizzati nella pratica industriale.
Per chiarire le cose possiamo usare un semplice esempio. Prendiamo una ciotola d'acqua a cui aggiungiamo cristalli di zucchero. Continuiamo ad aggiungere zucchero fino a quando non si raggiunge uno stadio in cui i cristalli non possono più essere sciolti. Questa soluzione così ottenuta è una soluzione satura. È interessante notare che possiamo sciogliere più cristalli in questa particolare soluzione satura riscaldandola (poiché la solubilità dei soluti aumenta con l'aumento della temperatura, anche se si verificano casi eccezionali). Questo innalzamento della temperatura fa sì che più cristalli di zucchero si dissolvano in essa (formando così una soluzione supersatura), ma quando si permette alla temperatura della soluzione di raggiungere l'equilibrio con l'ambiente circostante, la solubilità del soluto diminuisce (perché la temperatura della soluzione è diminuita) e lo zucchero "in eccesso" così aggiunto si cristallizza. Questo processo illustra essenzialmente la più semplice delle tecniche di sovrasaturazione.
L'"annegamento" è l'aggiunta di un nonsolvente nella soluzione che diminuisce la solubilità del solido. In alternativa, le reazioni chimiche possono anche essere utilizzate per diminuire la solubilità del solido nel solvente, lavorando così verso la sovrasaturazione.
La cristallizzazione può essere suddivisa in fasi - la nucleazione primaria è la prima. È la crescita di un nuovo cristallo, che a sua volta causa la nucleazione secondaria - lo stadio finale (se la rimozione dei cristalli non è un problema). La nucleazione secondaria richiede cristalli esistenti per perpetuare la crescita dei cristalli. Nel nostro esempio dello zucchero, avevamo ottenuto tali nuclei quando lo zucchero "in eccesso" si era quasi cristallizzato, favorendo la formazione di ulteriori cristalli. La nucleazione secondaria è lo stadio principale della cristallizzazione perché è ciò che causa la "produzione di massa" dei cristalli.
