A grande maioria das transformações de fase observadas nucleia-se heterogeneamente e, nos sólidos, a tendência para nucleação heterogênea é ainda mais forte. A transformação sólido-sólido é acompanhada por deformações e distorções que aumentam substancialmente a energia de ativação para a nucleação. Entretanto, contornos de fase, contornos de grão, deslocações, etc., têm todos seus efeitos próprios de deformação, que podem ser cancelados em parte pela nucleação de uma nova fase. Além disso, a difusão atômica ocorrerá mais velozmente ao longo dos contornos de grão do que através do cristal e, portanto, reduz-se a barreira energética ∆G*. Conseqüentemente, a nucleação nos sólidos é invariavelmente heterogênea. A Figura 2.1.14 é um caso típico de nucleação heterogênea em sólidos, em que a nova fase aparece primeiro nos contornos de grão. A Figura 2.1.14 é uma animação do processo de nucleação heterogênea de uma partícula no contorno de grão de uma fase . Uma das condições para que a nucleação de uma fase sólida em outra fase sólida ocorra é o equilibrio das tensões interfaciais \(\gamma_{\alpha\alpha}\) e \(\gamma_{\alpha\beta}\).
Figura 2.1.14 – Nucleação e crescimento de nova fase nos contornos de grão.
Figura 2.1.15 – Animação do equilíbrio das tensões superficiais \(\gamma_{\alpha\alpha}\) e \(\gamma_{\alpha\beta}\) no processo de nucleação heterogênea de uma partícula sólida \(\beta\) no contorno de grão de uma fase sólida \(\alpha\).
Isso porque as moléculas no cristal podem formar ligações com aquelas do substrato sólidos mais fortes do que os laços de solvatação. O processo é observado, por exemplo, na dolomitização de estruturas biomineralizadas a partir do carbonato de cálcio (como as conchas) durante a formação de fósseis no leito oceânico; é um processo geoquímico onde íons magnésio (Mg2+) substituem íons cálcio (Ca2+) nos polimorfos cristalinos do carbonato de cálcio (CaCO3), originando a dolomita (CaCO3.MgCO3). Porque a contribuição entálpica para a energia livre vem primariamente das ligações químicas, ligações mais fortes levam a menores energias livres interfaciais. Esse pode ser o fenômeno físico chave que permite aos organismos controlar a localização e a orientação dos cristalitos. A força das ligações interfaciais é dependente da estrutura e da composição química dos substratos envolvidos. Se a estrutura atômica da superfície do substrato sólido se aproxima de um plano de fase nucleante particular de forma que a promoção de determinada herança cristalina seja privilegiada, a nucleação ocorrerá em um plano cristalino preferencial.
O formato dos cristais observado é aquele que minimiza a energia livre ∆G de superfície total. Para as geometrias diferentes de esferas, as faces que crescem mais lentamente se tornam as maiores, e as faces de crescimento acelerado se tornam menores ou tendem a desaparecer. As faces com menores energias livres também são aquelas que crescem mais lentamente.
