グリセリンの結晶条件

質問

何故一旦液体空気温度まで冷却してから、徐々に18℃まで加温するとグリセリンは結晶するのですか？

回答No.1

DexMachina

結晶になるには、その分子が規則的に並ぶ必要があります。
(ガラスやプラスチックのような分子量の大きなものでは、結晶ではなく、配列が
　不規則な「ガラス状態」と呼ばれる形で固体になる場合もありますが)

で、ご質問のグリセリンの場合ですが、この分子は3つのアルコール性水酸基を
持つために、「分子間水素結合」と「分子内水素結合」とをつくることができます。

　・両端炭素の水酸基による分子内水素結合；

　　　　　 ＯＨ
　　　　　　|
　　　　　 Ｃ
　　　　／　＼
　　　Ｃ　　　　Ｃ
　　　｜　　　 ｜
　　　Ｏ　　　　Ｏ－Ｈ
　　　　＼　．・
　　　　　 Ｈ

　・隣接炭素の水酸基による分子内水素結合；

　　　　　　　　　Ｃ－ＯＨ
　　　　　　　 ／
　　　　Ｃ－Ｃ
　　　/　　　　＼
　　 Ｏ　　　　　Ｏ
　　　 ＼　 ．・
　　　　　Ｈ

　(分子間では更に色々な組み合わせの水素結合があり得ます；図は省略しますが)

グリセリンがどういう配列で結晶になるのかは私も知らないのですが、このように
水素結合の仕方に多くのパターンがあることから、結晶となるのに必要な配列に
なれる確率は、水などに比べてかなり低いことが想像できます。
こういう場合、融点以下に冷却されても固体にならない「過冷却」が起こりやすくなります。

一方、配列が揃って結晶になるためには、分子がある程度動き回ることによって整理される
必要がありますが、温度が低いと熱振動も小さくなるため、配列がなかなか揃わなくなります。
(振動によって配列が整理されるのは、箱に球状のものを適当に入れて隙間だらけになった時、
　箱を適当に揺すってやるとある程度収まりがよくなることを想像していただくとよいかと)

従って、液体空気(液体窒素?)で一旦過冷却になるまで冷却した後、融点以下で温度を
上昇させてやると、結晶化に必要な配列の整理が起こり、グリセリンが結晶化する、
ということだと思います。