Die Keimbildung oder Keimung ist das Phänomen, nach dem die ersten kristallinen Keime einer festen Phase oder einer Verbindung, auch Kerne genannt, auftreten (Gruppe von Atomen oder Ionen, die eine geordnete Struktur aufweisen, die dem Netz einer kristallinen Struktur entspricht ). Das Studium der Keimbildung ist das Werk vieler wissenschaftlicher Forschungen. In der Tat spielt die Keimung eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der mikroskopischen Eigenschaften (Größe, Reinheit, Morphologie und Kristallstruktur), die die physikalischen und chemischen Eigenschaften des im makroskopischen Maßstab erzeugten kristallinen Materials direkt beeinflussen.
Die Beschreibung des Keimungsprozesses ist aufgrund der kritischen Größe der Kerne, die typischerweise in der Größenordnung von einhundert bis eintausend Atomen liegt, eine besonders schwierige Aufgabe. ein Größenfeld, das mit aktuellen experimentellen Methoden nicht leicht zugänglich ist. Darüber hinaus haben Kerne eine extrem kurze Lebensdauer und bewegen sich frei durch die Lösung, was es schwierig macht, ihre Bildung zu beobachten.
Derzeit gibt es zwei Modelle, um die Keimung von Kristallen aus übersättigten Lösungen zu erklären.
Das erste sogenannte klassische Modell gilt für den Fall, dass die Größe der Kristallcluster durch Hinzufügen oder Entfernen von monoatomaren Spezies („Monomeren“) schwankt. Das Wachstum wird durch die Energie der Kristallbildung begünstigt, während die Auflösung durch die Oberflächenspannung der Grenzfläche zwischen dem Kristallcluster und seiner flüssigen Umgebung begünstigt wird . Die beiden Effekte gleichen sich für eine bestimmte Clustergröße aus, die als "kritische Größe" bezeichnet wird. Folglich neigen kristalline Cluster, die kleiner als die kritische Größe sind, dazu, sich unter dem Einfluss thermischer Schwankungen wieder aufzulösen; Umgekehrt neigen Kristallcluster, die größer als die kritische Größe sind, dazu, im Durchschnitt zu wachsen, bis sie makroskopische Kristalle bilden.
Das zweite sogenannte zweistufige Modell wurde ursprünglich zur Beschreibung der Kristallisation von Proteinen vorgeschlagen und basiert auf der Bildung eines kristallinen Clusters (Clusters) , der eine Lösung der zu kristallisierenden Spezies enthält, gefolgt von der geordneten Reorganisation dieser Spezies zu Geben Sie einen Keim, der wie das klassische Modell zu einem voluminösen Kristall wächst.
" Die Grundlagen der Kristallisation und Ausfällung " , Site des Mines d'Albi