KRISTALIZACIJA: POSTUPAK, VRSTE, PRIMJERI, ODVAJANJE - KEMIJA - 2026

Kristalizacija je fizički postupak u kojem se formira prirodno ili umjetno kristalne krutine, odnosno struktura naručiti iz tekuće ili plinovito sredstvo. Od padavina se razlikuje po tome što se potonji razvija bez stroge kontrole procesnih parametara, kao i po tome što može proizvesti amorfne i želatinozne krute tvari.

Cilj kristalizacije, kao što samo ime i jasno govori, je stvaranje kristala. To se ne odlikuje samo uređenjem, već i čistom čvrstom tvari. Stoga se u sintezi krutih spojeva nastoji dobiti proizvode visoke čistoće, kristale koji su što čistiji.

Kristalizacija hipotetičkog ljubičasto obojenog rastvora u vodenoj otopini. Izvor: Gabriel Bolívar.

Slika iznad prikazuje generaliziranu i hipotetsku kristalizaciju ljubičastog rastvora u vodenoj otopini.

Imajte na umu da crvena traka djeluje kao termometar. Kada je temperatura visoka, otopina sadrži otopljeni topljeni rastvor koji ostaje topljiv u tim uvjetima. No, kako temperatura postupno opada, počinju se pojavljivati ​​prvi ljubičasti kristali.

Kako se temperatura i dalje smanjuje, kristali će rasti u veličini, formirajući robusne ljubičaste šesterokutnike. Promjena boje otopine ukazuje na to da je rastvornik išao od rastvaranja do ugradnje u rastuće kristale. Što je sporija kristalizacija, to je čista dobivena kristalna krutina.

Postoje i druge varijable koje treba uzeti u obzir tijekom ovog postupka: koliko je rastvora otopljeno u određenom otapalu, na kojoj se temperaturi otopina mora zagrijati, koliko dugo mora trajati hlađenje, koliko je potrebno pribjegavati ili ne, između ostalog, koristiti zvučno miješanje. aspekti.

Proces kristalizacije, više nego složen fenomen koji uključuje molekularnu dinamiku i termodinamiku, umjetnost je koja zahtijeva stalno učenje, pokušaje i pogreške dok se ne usavrši u laboratoriji ili u industriji.

Proces kristalizacije

Kristalizacija se u osnovi sastoji od dva procesa: nukleacije i rasta kristala.

Obje faze se uvijek odvijaju tijekom kristalizacije, ali kada se prva dogodi brzo, druga se teško ima vremena razviti. U međuvremenu, ako je jezgra sporo, kristali će imati više vremena za rast, i stoga će oni biti veći. Potonji je situacija pretpostavljena na slici s ljubičastim šesterokutima.

nukleacije

Izvorno je rečeno da su kristali krute tvari s naručenim strukturama. Iz otopine u kojoj je rastvoreni rastvor disperziran, njegove čestice moraju se dovoljno približiti tako da njihove interakcije, bilo ionske ili Van der Wallsove, omogućavaju naseljavanje prve skupine čestica topljenih tvari: grozda.

Ovaj klaster se može otopiti i oblikovati onoliko puta koliko je potrebno dok nije stabilan i kristalni. Kaže se da se prvo jezgro pojavilo. Ako se jezgra pojavi niotkuda, to jest iz same homogenosti medija za vrijeme hlađenja, to će biti homogena nukleacija.

S druge strane, ako se navedeno jezgro odvija zahvaljujući površini koju pruža druga netopljiva kruta čestica ili nesavršenosti spremnika, tada ćemo imati heterogenu jezgru. Potonji se najčešće koristi i poznaje, posebno kada se u otopinu doda sitni kristal prethodno dobivene vrste koju želimo kristalizirati.

Kristali se nikad ne mogu formirati iz tankog zraka, a da prethodno ne nastanu jezgra.

Rast kristala

U otopini je još uvijek puno otopljenog rastvora, ali koncentracija rastvora u tim jezgrama veća je nego u njihovoj okolini. Jezgre djeluju kao potpori da se više rastvorenih čestica smjesti i "uklapa" u svoje rastuće strukture. Na taj se način njihove geometrije održavaju i postupno rastu.

Na primjer, prva jezgra na slici su ljubičasti šesterokut; ovo je tvoja geometrija. Kako su ugrađene otopljene čestice, jezgre izrastu u robusne šesterokutne kristale, koji će i dalje rasti ako otopina bude uronjena u ledenu kupelj.

Vrste kristalizacije

Ono što je dosad objašnjeno sastoji se od kristalizacije hlađenjem otapala.

Kristalizacija otapala za uklanjanje

Ostale vrste kristalizacije temelje se na uklanjanju otapala isparavanjem, za što nije potrebno koristiti toliki volumen; to jest, dovoljno je samo nasititi ga rastvorom i zagrijati da se prenasiči, a zatim, još malo, pa ostaviti u mirovanju, da se solut konačno iskristalizira.

Kristalizacija dodavanjem otapala

Isto tako, imamo kristalizaciju uzrokovanu dodatkom otapala u smjesu u kojoj je rastvarač netopljiv (antisolvent). Stoga će se favorizirati nukleacija jer postoje pokretna i tekuća područja u kojima će čestice topljene biti koncentriranenije nego u onima gdje je topivo.

Kristalizacija sonifikacijom

S druge strane, dolazi do kristalizacije sonifikacijom, gdje ultrazvuk stvara i razbija male mjehuriće koji opet potiču nukleaciju, istovremeno pomažući ravnomjernijoj raspodjeli veličina kristala.

I na kraju, dolazi do kristalizacije iz taloženja para na hladnim površinama; to jest obratni fenomen sublimaciji krutih tvari.

Metoda razdvajanja kristalizacijom

Kristalizacija je nezamjenjiva tehnika pri dobivanju krutih tvari i njihovom pročišćavanju. Vrlo se ponavlja u sintezi organskih spojeva i predstavlja jednu od posljednjih faza koja jamči čistoću i kvalitetu proizvoda.

Primjer boje

Pretpostavimo, na primjer, da se dobiju kristali bojila i da su već filtrirani. Budući da je ta boja prvotno dobivena taloženjem u sintezi, njegova čvrsta tvar pokazuje izgled amorfnog, jer ima puno nečistoća apsorbiranih i zarobljenih između njegovih molekularnih kristala.

Stoga se odlučuje za zagrijavanje otapala u kojem je boja slabo topljiva, tako da se nakon dodavanja rastvara relativno lako. Nakon što se otopi nakon dodavanja malo više otapala, otopina se odvoji od izvora topline i ostavi da počiva. Kako temperatura pada, odvija se nukleacija.

Tako će se kristali obojati formirati i činiti se definiranijima (ne nužno kristalnim za oko). Upravo je u ovom trenutku spremnik (obično Erlenmeyerova tikvica ili posuda) uronjen u ledenu kupelj. Hladnoća ove kupelji završava pogodujući rastu kristala iznad jezgre.

Kristali boje se zatim filtriraju u vakuumu, isperu otapalom u kojem je netopljivo i ostave da se osuše u satnici.

Temperatura kristalizacije

Temperatura na kojoj dolazi do kristalizacije ovisi o tome koliko je netopljivi u topljenjem mediju otapala. Isto tako, to ovisi o vrelištu otapala, jer ako se topilo još nije otopilo pri temperaturi vrenja, to je zato što se mora upotrijebiti drugo prikladnije otapalo.

Na primjer, kruta tvar koja se može kristalizirati u vodenom mediju učiniti će to tako da voda smanji temperaturu (tj. Sa 100 na 50 ° C) ili dok ispari. Ako se kristalizacija dogodi isparavanjem, tada se kaže da se odvija na sobnoj temperaturi.

S druge strane, kristalizacija metala ili neke ionske krute tvari odvija se pri vrlo visokim temperaturama, budući da su njihove tališta vrlo visoke, a rastaljena tekućina užarena, čak i kad se dovoljno ohladi da nukleira svoje čestice i uzgajati svoje kristale.

Brzina kristalizacije

U principu postoje dva izravna načina za kontrolu brzine kristalizacije krutine: stupnjem prenasičenosti (ili presušivanjem) ili naglim promjenama temperature.

Stupanj prenasičenosti

Stupanj prenasičenosti znači koliko je viška topljene tvari prisilno rastopiti primjenom topline. Stoga, što je otopina više zasićena, to je brži proces nukleacije, jer je veća vjerojatnost da će se jezgre formirati.

Iako se kristalizacija ubrzava na ovaj način, dobiveni kristali bit će manji u usporedbi s onima dobivenim s nižim stupnjem prenasičenosti; to jest, kada se favorizuje njihov rast, a ne nukleanje.

Promjene temperature

Ako se temperatura naglo spusti, jezgre teško da će imati vremena rasti i, ne samo to, nego će i zadržati više razine nečistoće. Rezultat toga je da iako se kristalizacija događa brže od sporog hlađenja, kvaliteta, veličina i čistoća kristala na kraju su niži.

Brza kristalizacija uslijed naglog pada temperature. Izvor: Gabriel Bolívar.

Slika iznad služi za razliku od prve. Žute točke predstavljaju nečistoće, koje se zbog naglog rasta jezgara nalaze u njima.

Te nečistoće otežavaju ugradnju više ljubičastih šesterokutova, što rezultira s puno malih, nečistih kristala na kraju, a ne velikih, čistih.

Prijave

Kristalizacija sladoleda jedan je od najvažnijih aspekata tijekom njegove industrijske ili zanatske proizvodnje. Izvor: Pixabay.

Kristalizacija, kao i prekristalizacija, vitalni su za dobivanje visokokvalitetnih, čistih krutih tvari. Za farmaceutsku industriju to posebno vrijedi jer njihovi proizvodi moraju biti što čistiji, baš poput konzervansa koji se koriste u prehrambenoj industriji.

Nadalje, nanotehnologija uvelike ovisi o tom procesu tako da mogu sintetizirati nanočestice ili nanokristale, a ne čvrste kristalne krute tvari.

Jedan od svakodnevnih primjera u kojem kristalizacija ima veliko sudjelovanje jest proizvodnja sladoleda. Ako niste oprezni s vodom, ona se kristalizira u zasebnoj fazi (led) iz svog sadržaja lipida, što utječe na njenu teksturu i okus; Drugim riječima, više će ličiti na obrijani sladoled ili sladoled.

Stoga bi ledeni kristali trebali biti što manji, kako bi sladoled bio ukusan prema ukusu i na dodir. Kad su ti kristali leda malo krupniji, mogu se otkriti na svjetlu jer daju sladoledu smrznutu površinu.

Primjeri kristalizacije

Na kraju će se spomenuti neki uobičajeni primjeri kristalizacije, prirodni i umjetni:

Pahuljice

Snježne pahulje nastaju prirodnim postupkom kristalizacije. Poznato je da je svaki kristal snijega jedinstven. To je zbog uvjeta koji se javljaju tijekom druge faze kristalizacije (rasta).

Različiti geometrijski oblici sniježnih kristala nastaju zbog uvjeta s kojima se moraju suočiti tijekom rasta kristala.

Sol

Sol je najčešći primjer kristalizacije. To se može formirati i prirodno (poput morske soli) i umjetno (kao što je to slučaj sa stolnom soli).

Šećer

Nakon soli, šećer je jedan od najčešćih kristala. Nastaje kroz niz složenih industrijskih procesa u kojima se uzima sok od šećerne trske i podvrgava se postupku umjetne kristalizacije.

Dijamant

Dijamant je dragulj koji nastaje kristalizacijom čistog ugljika. Ovo je najteži materijal koji je poznat na planeti. Njegova formacija može biti prirodna, kao što je slučaj s dijamantima koja se nalaze u rudarskim ležištima, ili sintetička.

Rubin

Ruby je crvenkasti kristal koji nastaje kristalizacijom aluminij-oksida (koridona).

stalagmitima

Stalagmiti su građevine koje se mogu naći u špiljama, posebno u tlima (rastuće uspravno prema gore). Sastavljeni su od kalcijevih spojeva i nastaju kristalizacijom kalcijevih soli koje se nalaze u vodi koja pada sa stropova špilja.

stalaktiti

Stalaktiti su, poput stalagmita, napravljeni od kalcija i nalaze se u špiljama. Oni se razlikuju od potonjeg jer vise od stropova. Nastaju kristalizacijom kalcijevih soli prisutnih u vodi koja se infiltrira u špilje.

Kvarcni

Kvarc je dragulj koji nastaje kristalizacijom silicijevog anhidrida. To je jedan od najzastupljenijih minerala u stijenama i boja mu je promjenjiva.

Peridot

Nazvan još i olivinom, ovaj dragulj nastaje zahvaljujući kristalizaciji željeza i magnezija. Zelene je boje i obično je dijamantskog oblika.

silikata

Silikati su materijali stvoreni kristalizacijom silicijevog dioksida i drugih elemenata (željezo, aluminij, kalcij, magnezij). Prisutni su u svim stijenama.

bomboni

Slatkiši se rade sa kristalima šećera, pa se može reći da interveniraju dva procesa kristalizacije: prvi za stvaranje šećera i drugi za stvaranje melase.

Kremni sladoled

Kremast sladoled sadrži niz kristala koji mu daju konačnu glatku teksturu. Među kristalima koje sadrži kremasti sladoled ističu se lipidni kristali (nastali iz masti) i ledeni kristali. Treba napomenuti da neki sladoledi sadrže i kristale laktoze.

U tom smislu, sladoled se dobiva različitim postupcima umjetne kristalizacije (jedan za lipide, jedan za led i drugi za laktozu).

Drugi

-Preprema kristala šećera oko niti ili konopa i zasićene slatke otopine

- Formiranje kristala šećera iz meda koji su odloženi na dnu njihovih staklenki

- Rast bubrežnih kamenaca, koji se sastoje od esencije kristala kalcij oksalata

-Kristalizacija minerala, uključujući dragulja i dijamante, tijekom godina, čiji oblici i rubovi su odraz njihovih urednih unutarnjih struktura

-Postavljanje vruće metalne pare na hladnim šipkama kao potpori za rast njihovih kristala.

Reference

1. Day, R., i Underwood, A. (1989). Kvantitativna analitička kemija. (peto izd.). Dvorana PEARSON Prentice.
2. Wikipedia. (2019). Kristalizacija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (23. svibnja 2019.). Definicija kristalizacije. Oporavilo od: misel.com
4. University of Colorado. (SF). Kristalizacija. Organska kemija. Oporavilo od: orgchemboulder.com
5. Syrris. (2019). Što je kristalizacija? Oporavilo od: syrris.com