Kodolu veidošanās ir fizisks process, kurā vielā ap noteiktiem fokusa punktiem, kas pazīstami kā kodoli, notiek stāvokļa maiņa – piemēram, šķidrums uz cietu. Parastie piemēri ir ūdens tvaiku kondensācija atmosfērā esošos pilieniņos, ledus kristālu veidošanās, kad ūdens sasalst, un gāzes burbuļu parādīšanās šķidrumā. Heterogēna kodolu veidošanās notiek gadījumos, kad ir jau esoši kodoli, piemēram, sīkas putekļu daļiņas, kas suspendētas šķidrumā vai gāzē. Homogēna kodolu veidošanās notiek tur, kur šādu piesārņotāju nav, un to novēro daudz retāk. Šī fiziskā reakcija ir pamats dažādiem ražošanas procesiem un interesantām dabas parādībām.
Bieži vien, kad sāk veidoties kodols, tas parāda eksponenciālu augšanas līkni. Piemēram, kad kristāli sāk veidoties šķīdumā, to virsmas laukums palielinās, tiem augot, piesaistot vairāk molekulu un veicinot augšanu ar arvien lielāku ātrumu, līdz šķīdums stabilizējas un vairs nevar veidoties kristāli. Tas izskaidro, kāpēc upei ziemā ir nepieciešams laiks, lai aizsaltu, bet, tiklīdz upes ķermenī sāk veidoties ledus, tas parasti ļoti strauji pārklāj upi.
Heterogēna kodolēšana
Ūdens parasti sasalst pie 32°F (0°C). Tas ir tāpēc, ka tajā ir daudz sīku cietu putekļu un organisko vielu daļiņu, ap kurām var rasties sasalšana — tās var uzskatīt par “sēklām”, kas sāk procesu. Īpaši tīrs ūdens, kas nesatur šīs daļiņas, faktiski sasalst pie -43.6 ° F (-42 ° C). Ja tīru ūdeni atdzesē līdz temperatūrai, kas zemāka par parasto sasalšanas punktu, bet virs tā tīrā sasalšanas punkta, tas paliek šķidrs un tiek uzskatīts par pārdzesētu. Pēc tam ūdeni var izraisīt ļoti strauju sasalšanu, pievienojot vienu mazu ledus kristālu, kas darbojas kā kodols.
Līdzīgu parādību var parādīt, izmantojot pārsātinātu nātrija acetāta šķīdumu. Karstā ūdenī izšķīst vairāk savienojuma nekā aukstā, bet pārsātinātu šķīdumu var pagatavot, pievienojot to ļoti karstam ūdenim, līdz vairs neizšķīst, pēc tam ļaujot tam netraucēti atdzist. Kamēr ūdens ir auksts, tajā šķīdumā būs vairāk nātrija acetāta, nekā varētu izšķīdināt, vienkārši pievienojot to aukstam ūdenim. Šis ir pārsātināts risinājums. Ja tagad pievieno vienu savienojuma graudu, kodolu veidošanās rezultātā ātri veidosies kristāli un izplatīsies visā šķidrumā, tā ka šķiet, ka tas sasalst.
Vēl viens izklaidējošs piemērs, kas šoreiz ir saistīts ar izšķīdušās gāzes izdalīšanos, ir plaši pazīstamā sprāgstvielu demonstrācija, izmantojot populāru zīmolu piparmētru un gāzētos dzērienus. Piparmētru virsma ir pārklāta ar cukuru, kas veido daudz mazu kodolu veidošanās centru. Gāzošais dzēriens satur daudz izšķīdušā oglekļa dioksīda, kas saskarē ar piparmētru kļūst par gāzi, veidojot lielu daudzumu burbuļu un radot spiedienu, kas lielā ātrumā izspiež šķidrumu no tvertnes, veidojot strūklaku jeb “geizeru”.
Mākoņu veidošanās atmosfērā ir piemērs tam, ka gāze, veidojot kodolu, kondensējas šķidrumā. Mākoņiem būtu daudz grūtāk veidoties, ja gaisā nebūtu putekļu daļiņas, ko sauc par kondensācijas kodoliem. Tiek uzskatīts, ka dūmi, sodrēji un citas cilvēka darbības radītās daļiņas var šādi rīkoties, palielinot mākoņu segumu piesārņotajās vietās. Dažos gadījumos sīki kristāli tiek apzināti izlaisti atmosfērā, lai tie darbotos kā kondensācijas kodoli un veicinātu mākoņu veidošanos ļoti sausās vietās; šī prakse ir pazīstama kā “sēšana mākoņos”.
Homogēnā kodolēšana
Tas notiek spontāni vielā, kas nesatur piemaisījumus, kas varētu darboties kā jau esošie kodoli, un tāpēc ir pilnīgi viendabīga. Tas parasti notiek, reaģējot uz temperatūras vai spiediena izmaiņām. Lai process notiktu, no pašas vielas ir jāizveido jauni kodoli, izmantojot nejaušas svārstības, kad apstākļi ir piemēroti. Piemērs ir absolūti tīra ūdens sasalšana pie -43.6 ° F (-42 ° C).
Vēl viena ir ledus kristālu veidošanās mākoņos vai sasalusi migla zemes līmenī. Gaisā suspendētos ūdens pilienus var atdzesēt līdz krietni zem sasalšanas punkta, neveidojot ledu; šī iemesla dēļ mākoņi, pat ja gaisa temperatūra ir zem nulles, parasti sastāv no pārdzesēta ūdens pilieniem. Salstoša migla veidojas no ūdens pilieniem, kas, saskaroties ar virsmu, acumirklī sasalst; sasaluša migla, kas sastāv no ledus kristāliem, veidojas tikai ārkārtīgi zemā temperatūrā.
Aplikācijas
Kodolēšana ietekmē un tiek izmantota daudzos ražošanas procesos. Piemēram, to izmanto katalizatoru ražošanā ķīmiskajai rūpniecībai, un daudzi katalizatori iegūst savu iedarbību ar šo procesu. To izmanto arī pusvadītāju ražošanā elektronikas rūpniecībai. Konditorejas izstrādājumos akmens konfekšu ražošana ir kodola veidošanās piemērs, kas ļauj veidot lielus kristālus no pārsātināta cukura šķīduma.