Cristalizarea în ceea ce consta, metoda de separare, tipuri și exemple

cristalizare este un proces în care se formează un solid cu atomi sau molecule în structuri organizate, numite rețele cristaline. Cristalele și rețelele cristaline pot fi formate prin precipitarea unei soluții prin fuziune și, în unele cazuri, prin depunerea directă a gazului.

Structura și natura acestei rețele cristaline vor depinde de condițiile în care are loc procesul, inclusiv timpul scurs pentru a ajunge la această nouă stare. Cristalizarea ca proces de separare este extrem de utilă, deoarece face posibilă asigurarea obținerii numai a compusului dorit.

În plus, acest proces garantează că trecerea altor specii nu va fi permisă având în vedere natura ordonată a cristalului, făcând această metodă o alternativă excelentă pentru purificarea soluțiilor. De multe ori în chimie și inginerie chimică este necesar să se utilizeze un proces de separare a amestecurilor.

Această necesitate este generată fie pentru a crește puritatea amestecului, fie pentru a obține o componentă specifică a acestuia, și din acest motiv există diferite metode care pot fi utilizate în funcție de fazele în care se găsește această combinație de substanțe.

index

• 1 Ce este cristalizarea?
  • 1.1 Nucleare
  • 1.2 Creșterea cristalelor
• 2 Ca metodă de separare
  • 2.1 Recristalizarea
  • 2.2 În domeniul industrial
• 3 Tipuri de cristalizare
  • 3.1 Cristalizarea prin răcire
  • 3.2. Cristalizarea prin evaporare
• 4 Exemple
• 5 Referințe

Din ce constă cristalizarea?

Cristalizarea necesită două etape care trebuie să aibă loc înainte de formarea rețelei cristaline: în primul rând, trebuie să existe suficientă acumulare de atomi sau molecule la nivel microscopic pentru a începe să apară nuclearea așa-numită.

Această etapă de cristalizare poate să apară numai în lichide supraîncălzite (adică, răcite sub punctul lor de congelare fără a le face solide) sau soluții suprasaturate.

După începerea nucleării în sistem, nucleele pot fi formate suficient de stabile și suficient de mari pentru a începe a doua etapă de cristalizare: creșterea cristalină.

nucleată

În această primă etapă se determină matricea particulelor care vor forma cristalele și se observă efectele factorilor de mediu asupra cristalelor formate; de exemplu, timpul necesar apariției primului cristal, numit timp de nucleare.

Există două etape de nucleare: nuclearea primară și secundară. În primul, noi nuclee se formează atunci când nu există alte cristale în mijloc sau când celelalte cristale existente nu au niciun efect asupra formării acestora.

Nuclearea primară poate fi omogenă, în care nu există o influență a solidelor prezente în mediu; sau poate fi eterogenă, unde particulele solide ale substanțelor externe determină o creștere a ratei de nucleare care în mod normal nu ar avea loc.

În nuclearea secundară se formează cristale noi prin influența altor cristale existente; Aceasta se poate datora forțelor de forfecare care determină segmentele cristalelor existente să devină noi cristale care cresc și ele la rata proprie.

Acest tip de nucleare beneficiază în sistemele cu energie sau debit mare, unde fluidul implicat generează coliziuni între cristale.

Creșterea cristalelor

Este procesul în care cristalul își mărește mărimea prin agregarea mai multor molecule sau ioni către pozițiile interstițiale ale rețelei sale cristaline.

Spre deosebire de fluide, cristalele cresc uniform atunci când molecule sau ioni intră în aceste poziții, deși forma lor va depinde de natura compusului în cauză. Orice aranjament neregulat la această structură se numește defect de cristal.

Creșterea unui cristal depinde de o serie de factori, dintre care se numără tensiunea superficială a soluției, presiunea, temperatura, viteza relativă a cristalelor din soluție și numărul Reynolds, printre altele.

Cea mai simplă modalitate de a se asigura că un cristal crește la dimensiuni mai mari și că are o puritate ridicată este printr-o răcire controlată și lentă, care împiedică formarea cristalelor într-un timp scurt și că substanțe străine sunt prinse în interior. le.

În plus, este important de observat că cristalele mici sunt mult mai greu de manipulat, de depozitat și de mutat și costă mai mult pentru a le filtra dintr-o soluție decât cele mai mari. În marea majoritate a cazurilor, cele mai mari cristale vor fi cele mai dorite, din aceste și mai multe motive.

Ca metodă de separare

Nevoia de purificare a soluțiilor este obișnuită în chimie și inginerie chimică, deoarece poate fi necesar să se obțină un produs omogen amestecat cu alte substanțe dizolvate.

Acesta este motivul pentru care echipamentele și metodele au fost dezvoltate pentru a efectua cristalizarea ca proces de separare industrială.

Există nivele diferite de cristalizare, în funcție de cerințe, și pot fi efectuate la scară mică sau mare. Din acest motiv, ea poate fi împărțită în două clasificări generale:

recristalizare

Se numește recristalizare la tehnica care este utilizată pentru purificarea substanțelor chimice pe o scară mai mică, de obicei într-un laborator.

Acest lucru se face cu o soluție de compus dorit, împreună cu impuritățile sale într-un solvent adecvat, cu aspect acest precipitat sub formă de oricare dintre cele două specii apoi să fie eliminate cristale.

Există câteva modalități de recristalizare a soluțiilor, printre care recristalizarea cu un solvent, cu mai mulți solvenți sau cu filtrare fierbinte.

-Un singur solvent

Când se folosește un singur solvent, o soluție de compus preparat „A“ impuritate „B“ și cantitatea minimă necesară de solvent (temperatură înaltă) pentru a forma o soluție saturată.

Soluția este apoi răcită, determinând că solubilitatea ambilor compuși să cadă, iar compusul "A" sau impuritatea "B" să fie recristalizat. Ceea ce este ideal este că cristalele sunt de compus "A" pur. Adăugarea unui nucleu poate fi necesară pentru a începe acest proces, care poate fi chiar un fragment de sticlă.

- Solvenți diferiți

În recristalizarea mai multor solvenți, se folosesc doi sau mai mulți solvenți și același procedeu se efectuează ca și cu un solvent. Acest procedeu are avantajul că compusul sau impuritatea vor precipita în timp ce se adaugă al doilea solvent, deoarece acestea nu sunt solubile în el. În această metodă de recristalizare nu este necesar să se încălzească amestecul.

- Filtrarea fierbinte

În final, recristalizare cu filtrare la cald se utilizează atunci când există un material insolubil „C“, care se îndepărtează cu filtru la temperatură ridicată după ce a aplicat aceeași procedură de recristalizare dintr-un singur solvent.

În domeniul industrial

În domeniul industrial se dorește realizarea unui proces numit cristalizare fracționată, care este o metodă care îmbunătățește substanțele în funcție de diferențele de solubilitate.

Aceste procese se aseamănă cu cele ale recristalizării, dar folosesc tehnologii diferite pentru a manipula cantități mai mari de produs.

Sunt aplicate două metode, care vor fi mai bine explicate în următoarea afirmație: cristalizarea prin răcire și cristalizarea prin evaporare.

Având o scară largă, acest proces generează deșeuri, dar acestea sunt de obicei recirculate de sistem pentru a asigura puritatea absolută a produsului final.

Tipuri de cristalizare

Există două tipuri de cristalizare pe scară largă, după cum sa menționat mai sus: prin răcire și prin evaporare. S-au creat și sisteme hibride, în care ambele fenomene apar simultan.

Cristalizarea prin răcire

În această metodă soluția este răcită pentru a scădea solubilitatea compusului dorit, determinând-o să înceapă precipitarea la viteza dorită.

In chimic (sau procese) cristalizatoare de inginerie sunt utilizate ca rezervoare cu malaxoare, care vehiculează fluide de răcire în compartimentele din jurul amestecului, astfel încât ambele substanțe nu intră în contact în timp ce se produce o soluție de transfer de căldură lichid de răcire.

Pentru a îndepărta cristalele, se folosesc răzuitoare care împing fragmentele solide într-o groapă.

Cristalizarea prin evaporare

Aceasta este o altă opțiune pentru realizarea precipitarea cristalelor de solut, utilizând un procedeu de evaporare a solventului (la o temperatură constantă, spre deosebire de metoda anterioară), la atât concentrația de solut depășește nivelul de solubilitate.

Cele mai frecvente modele sunt denumite modele de circulație forțată, care să mențină cristalele lichior într-o suspensie omogenă prin rezervor, controlând debitul și viteza și în mod tipic genera cristale de dimensiuni medii mai mari decât cele formate în cristalizarea prin răcire.

Exemple

Cristalizarea este un proces frecvent utilizat în industrie și pot fi citate câteva exemple:

- În extracția de sare din apa de mare.

- În producția de zahăr.

- în formarea sulfatului de sodiu (Na₂SW₄).

- În industria farmaceutică.

- În fabricarea de ciocolată, înghețată, unt și margarină, în plus față de multe alte alimente.

referințe

1. Cristalizarea. (N.d.). Adus de la en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Adus de la thoughtco.com
3. Boulder, C. (s.f.). Universitatea din Colorado la Boulder. Recuperat de la orgchemboulder.com
4. Britannica, E. (s.f.). Enciclopedia Britannica. Adus de la britannica.com
5. Chemist, Y.M. (s.f.). Mama ta a fost un chimist. Adus de la kitchenscience.sci-toys.com