Kristallisation bezeichnet den Übergang einer Substanz aus einer ungeordneten Phase (Schmelze, Lösung, Gas oder amorpher Festkörper) in eine geordnete kristalline Festphase. Triebkraft ist die Verringerung der Gibbs’schen freien Energie unter Bedingungen von Unterkühlung bzw. Übersättigung.

Thermodynamisch wird die Kristallisation durch den Kompromiss zwischen Volumen‑Freienergiegewinn und Oberflächen‑Freienergiekosten beschrieben. Daraus folgt ein kritischer Keimradius, der die Keimbildung (homogen oder heterogen an Fremdoberflächen) bestimmt. Die nachfolgende Kristallwachstums‑Kinetik hängt von Diffusion, Grenzflächenreaktionen und ggf. Transport in Mehrphasensystemen ab.

Das Kristallisationsverhalten (Keimrate, Wachstumsrate, Morphologie) wird durch Temperaturverlauf, Abkühl- bzw. Eindampfungsrate, Verunreinigungen, Zusätze (Inhibitoren, Keimbildner) und Strömungsbedingungen kontrolliert. Daraus ergeben sich gezielte Strategien der Kristallzüchtung, etwa für Silizium‑Einkristalle oder pharmazeutische Wirkstoffe, bei denen Polymorphie und Partikelgrößenverteilung kritisch sind.

Neben der klassischen Keimbildungs‑ und Wachstumstheorie werden zunehmend nicht‑klassische Kristallisationsmechanismen identifiziert, z.B. Aggregation von Nanopartikeln, Mesokristallbildung oder Kristallisation über flüssig‑flüssig‑Entmischung. Solche Pfade sind z.B. für Calciumcarbonat‑ (Kalkit‑) oder Gips‑Kristallisation in geologischen und biomineralisierten Systemen relevant.

Die Kontrolle der Kristallisationstendenz und der zugrunde liegenden Kristallisationsmechanismen ist zentral für die Einstellung mechanischer, optischer und funktionaler Eigenschaften kristalliner Werkstoffe sowie für die Vermeidung unerwünschter Ausfällungen und Verblockungen in Prozessen.