nucleazione

nucleazione

Formazione, a partire da una fase solida, liquida o gassosa, di aggregati di atomi o molecole (detti nuclei) di un’altra fase, in grado di accrescersi fino a produrre particelle di dimensione microscopica o superiore. La nucleazione rappresenta il primo stadio di molti processi di transizione di fase, quali per es. la solidificazione di un fuso, la condensazione di un vapore saturo, la formazione di bolle di gas in un liquido saturo, la precipitazione di un sale da una soluzione. I nuclei sono costituiti, tipicamente, di poche centinaia di atomi. La nucleazione può essere di tipo omogeneo o eterogeneo. Nel primo caso, i nuclei della nuova fase si formano nel corpo della fase già esistente, mentre nel secondo caso essi originano in corrispondenza di particolari regioni dove è già presente una discontinuità di fase, per es. all’interfaccia tra la fase di partenza e le pareti del contenitore (soprattutto dove queste ultime presentano delle imperfezioni), in corrispondenza di impurità insolubili presenti nella fase di partenza (per es., granelli di polvere), nelle regioni di confine tra grani e così via. La nucleazione omogenea è un processo energeticamente sfavorito rispetto a quella eterogenea. La formazione di un nuovo aggregato nel cuore della fase esistente, infatti, comporta la creazione di un’interfaccia con essa, con conseguente aumento di energia libera. Gli aggregati che non riescono a raggiungere una dimensione critica tendono perciò a disgregarsi e quindi non danno luogo alla transizione di fase. Nel caso della nucleazione eterogenea, invece, il gioco delle energie superficiali è più complesso, perché la formazione della nuova interfaccia è accompagnata dalla scomparsa di quelle preesistenti (per es., quella tra la fase di partenza e la parete del contenitore), che favorisce il processo. Di conseguenza, la nucleazione omogenea generalmente ha luogo a temperature molto diverse dalle temperature di transizione comunemente osservate, che si riferiscono a condizioni di nucleazione eterogenea. Per es., nel caso della solidificazione dei metalli dal fuso, è possibile osservare fenomeni di sottoraffreddamento anche molto pronunciati: la fase liquida può sopravvivere fino a 200÷300 °C al di sotto della temperatura di fusione per alcuni metalli di transizione quali ferro, cobalto e nichel.

→ Atmosfera terrestre; Metalli