Nukleaatio tai ydintyminen on aineen olomuodon muutoksen ensimmäinen askel. Nukleaatiossa esimerkiksi kaasuun muodostuu pieniä nestepisaroita tai veteen kaasukuplia sen alkaessa kiehua.

Aerosolifysiikassa nukleaatiolla tarkoitetaan ilmiötä, jossa kaasuun muodostuu nestemäisiä tai kiinteitä hiukkasia, aerosolihiukkasia. Esimerkiksi vesihöyryssä kaasumolekyylit törmäilevät satunnaisesti toisiinsa Brownin liikkeen vuoksi. Molekyylien väliset van der Waalsin voimat sitovat törmänneitä molekyylejä toisiinsa. Kun olosuhteet ovat suotuisat, eli kyllästyssuhde yli yhden, aineelle on energeettisesti suotuisampaa olla nestemäisessä olomuodossa kuin kaasuna. Silloin satunnaisista törmäilyistä muodostuneet molekyyliryppäät kasvavat ja muuttuvat pysyviksi.

Kun kyllästyssuhde on yksi, kaasumolekyylit esiintyvät yksinään tai korkeintaan kahden tai kolmen molekyylin ryppäissä. Kun kyllästyssuhde kasvaa, syntyy isompia ryppäitä. Pisaran syntyä voidaan tarkastella Gibbsin vapaaenergian avulla.

Pieni pisara tarvitsee energiaa kasvaakseen. Kun pisaran koko ylittää ns. kriittisen säteen, se alkaa kasvaa itsestään, sillä ylikyllästynyt kaasu tiivistyy pisaran pinnalle. Kriittistä sädettä pienemmät ytimet eivät ole stabiileja.

Homogeeninen nukleaatio

Homogeenisessa nukleaatiossa uusi pisara syntyy suoraan höyrystä. Höyryssä voi olla useampia yhdisteitä, jolloin nukleaatio voi olla yksi-, kaksi- tai kolmekomponenttista ( engl. unary, binary, tertiar). Pisaroiden muodostuminen homogeenisesti nukleoitumalla vaatii korkean ylikyllästystilan.

Ilmakehässä yksikomponenttista homogeenista nukleaatiota ei havaita, sillä se vaatisi 300–800% suhteellisen kosteuden. Monikomponenttista homogeenista nukleaatiota sen sijaan pidetään merkittävänä aerosolin syntymekanismina luonnossa. Tätä on tutkittu mm. Helsingin yliopistossa (Markku Kulmala et al.).

Heterogeeninen nukleaatio

Luonnossa esimerkiksi sadepisarat syntyvät lähes aina valmiiden ytimien ympärille, mitä kutsutaan heterogeeniseksi nukleaatioksi. Heterogeenisella nukleaatiolla tarkoitetaan siis ilmiötä, jossa pisara muodostuu jonkin vieraan hiukkasen, ionin tai seinämän pinnalle. Heterogeeninen nukleaatio tapahtuu helpommin kuin homogeeninen.

Fysiikka

Nukleation | Nucleation | Nucleatie | Nukleacja