Kristalizacija u onome što se sastoji, metoda razdvajanja, tipovi i primjeri



 kristalizacija to je proces u kojem se kruta tvar formira s atomima ili molekulama u organiziranim strukturama, koje se nazivaju kristalnim mrežama. Kristali i kristalne mreže mogu se formirati taloženjem otopine, fuzijom i, u nekim slučajevima, izravnim taloženjem plina..

Struktura i priroda ove kristalne mreže ovisit će o uvjetima pod kojima se proces odvija, uključujući i vrijeme koje je proteklo da bi se dostiglo ovo novo stanje. Kristalizacija kao postupak odvajanja je iznimno korisna, jer omogućuje da se osigura da se strukture dobiju samo iz željenog spoja.

Osim toga, taj proces jamči da prolazak drugih vrsta neće biti dopušten s obzirom na naručenu prirodu kristala, što ovu metodu čini izvrsnom alternativom za pročišćavanje otopina. Mnogo puta u kemiji i kemijskom inženjerstvu potrebno je koristiti proces odvajanja od miješanja.

Ova potreba se generira ili da bi se povećala čistoća smjese ili da bi se dobila njegova specifična komponenta, i zbog toga postoji nekoliko metoda koje se mogu koristiti ovisno o fazama u kojima se ta kombinacija tvari nalazi..

indeks

  • 1 Što je kristalizacija??
    • 1.1 Nukleacija
    • 1.2 Rast kristala
  • 2 Metoda razdvajanja
    • 2.1. Rekristalizacija
    • 2.2 U industrijskom području
  • 3 Vrste kristalizacije
    • 3.1. Kristalizacija pomoću hlađenja
    • 3.2. Kristalizacija isparavanjem
  • 4 Primjeri
  • 5 Reference

Od čega se sastoji kristalizacija??

Za kristalizaciju potrebna su dva koraka koja se moraju dogoditi prije formiranja kristalne mreže: prvo, mora postojati dovoljno akumulacije atoma ili molekula na mikroskopskoj razini da bi se tzv. Nukleacija počela pojavljivati.

Ovaj stupanj kristalizacije može se pojaviti samo u superhlađenim tekućinama (tj. Ohlađenoj ispod točke smrzavanja bez stvaranja čvrstih) ili prezasićenih otopina..

Nakon početka nukleacije u sustavu, jezgre se mogu formirati dovoljno stabilne i dovoljno velike da započnu drugi stupanj kristalizacije: kristalni rast.

nukleacije

U ovom prvom koraku određuje se raspored čestica koje će oblikovati kristale i promatraju se učinci faktora okoline na formirane kristale; na primjer, vrijeme koje je potrebno da se prvi kristal pojavi naziva se vrijeme nukleacije.

Postoje dvije faze nukleacije: primarna i sekundarna nukleacija. U prvom se oblikuju nove jezgre kada nema drugih kristala u sredini, ili kada drugi postojeći kristali nemaju učinka na formiranje ovih.

Primarna nukleacija može biti homogena, u kojoj nema utjecaja na dio krutina prisutnih u mediju; ili može biti heterogena, gdje krute čestice vanjskih tvari uzrokuju povećanje brzine nukleacije koje se normalno ne bi dogodile.

U sekundarnoj nukleaciji novi kristali nastaju djelovanjem drugih postojećih kristala; to se može dogoditi zbog sila rezanja koje čine segmente postojećih kristala novim kristalima koji također rastu vlastitom brzinom.

Ovaj tip nukleacije koristi u visokoenergetskim ili protočnim sustavima, pri čemu fluid koji sudjeluje stvara kolizije između kristala.

Rast kristala

To je proces u kojem kristal povećava svoju veličinu agregacijom više molekula ili iona u intersticijalne položaje svoje kristalne mreže..

Za razliku od fluida, kristali rastu jednoliko samo kada molekule ili ioni ulaze u te položaje, iako će njihov oblik ovisiti o prirodi dotičnog spoja. Bilo koji nepravilan raspored prema ovoj strukturi naziva se kristalni defekt.

Rast kristala ovisi o nizu čimbenika, među kojima su površinska napetost otopine, tlak, temperatura, relativna brzina kristala u otopini i Reynoldsov broj, među ostalima..

Najjednostavniji način da se osigura da kristal naraste do većih veličina i da je visoke čistoće je kontrolirano i polagano hlađenje, koje sprječava da se kristali formiraju u kratkom vremenu i da se strane tvari zarobljavaju unutra. oni.

Osim toga, važno je napomenuti da je malim kristalima mnogo teže manipulirati, skladištiti i kretati se, te ih je skuplje filtrirati iz rješenja od većih. U velikoj većini slučajeva, najveći kristali će biti najpoželjniji, iz ovih i više razloga.

Kao postupak odvajanja

Potreba za pročišćavanjem otopina uobičajena je u kemiji i kemijskom inženjerstvu, budući da može biti potrebno dobiti proizvod koji je homogeno pomiješan s drugim ili drugim otopljenim tvarima..

Zbog toga su razvijeni uređaji i metode za provedbu kristalizacije kao procesa industrijske separacije.

Postoje različite razine kristalizacije, ovisno o zahtjevima, i mogu se provesti na malom ili velikom mjerilu. Stoga se može podijeliti u dvije opće klasifikacije:

rekristalizacija

To se naziva rekristalizacija u tehniku ​​koja se koristi za pročišćavanje kemikalija u manjem opsegu, obično u laboratoriju.

To se radi s otopinom željenog spoja zajedno s njegovim nečistoćama u prikladnom otapalu, tražeći time taloženje u obliku kristala neke od dviju vrsta koje će kasnije biti uklonjene..

Postoji nekoliko načina za rekristalizaciju otopina, među kojima je rekristalizacija s otapalom, s nekoliko otapala ili s vrućom filtracijom..

-Jedno otapalo

Kada se koristi samo jedno otapalo, priprema se otopina spoja "A", nečistoće "B" i minimalne potrebne količine otapala (pri visokoj temperaturi) da se dobije zasićena otopina..

Otopina se zatim ohladi, uzrokujući da se otopi oba spoja, a spoj "A" ili nečistoća "B" se rekristalizira. Ono što je idealno poželjno je da su kristali čistog "A" spoja. Možda će biti potrebno dodati jezgru kako bi se započeo ovaj proces, koji može biti čak i fragment stakla.

-Različita otapala

Kod rekristalizacije nekoliko otapala koriste se dva ili više otapala, a isti postupak se provodi kao s otapalom. Ovaj postupak ima prednost da se spoj ili nečistoća taloži dok se doda drugo otapalo, budući da u njemu nisu topljive. Kod ove metode rekristalizacije nije potrebno zagrijavati smjesu.

-Vruća filtracija

Konačno, rekristalizacija s vrućom filtracijom koristi se kada postoji netopljiva tvar "C", koja se uklanja s visokotemperaturnim filtrom nakon istog postupka rekristalizacije jednog otapala..

U industrijskom području

U industrijskom području želimo provesti proces koji se naziva frakcijska kristalizacija, metoda koja rafinira tvari prema razlikama u topljivosti..

Ovi procesi nalikuju onima kod rekristalizacije, ali koriste različite tehnologije za obradu većih količina proizvoda.

Primijenjene su dvije metode, što će biti bolje objašnjeno u sljedećoj tvrdnji: kristalizacija hlađenjem i kristalizacijom uparavanjem.

Budući da se radi o velikom opsegu, ovaj proces generira otpad, ali sustav se obično obnavlja kako bi se osigurala apsolutna čistoća konačnog proizvoda..

Vrste kristalizacije

Postoje dvije vrste kristalizacije velikih razmjera, kako je gore navedeno: hlađenjem i isparavanjem. Također su stvoreni hibridni sustavi, gdje se obje pojave javljaju istovremeno.

Kristalizacija hlađenjem

U ovom postupku otopina se hladi kako bi se smanjila topljivost željenog spoja, što uzrokuje njegovo taloženje na željenoj brzini..

U kemijskom inženjerstvu (ili postupcima), kristalizatori se koriste u obliku spremnika s miješalicama, koji cirkuliraju rashladne tekućine u odjeljcima koji okružuju smjesu tako da obje tvari ne dolaze u kontakt dok se odvija prijenos topline rashladnog sredstva u otopinu..

Da bi se uklonili kristali, koriste se strugači koji guraju čvrste fragmente u jamu.

Kristalizacija isparavanjem

To je druga mogućnost postizanja taloženja kristala otopljene tvari, koristeći postupak otapanja otapala (pri konstantnoj temperaturi, za razliku od prethodne metode), kako bi koncentracija otopljene tvari premašila razinu topljivosti.

Najčešći modeli su tzv. Modeli prinudne cirkulacije, koji zadržavaju tekućinu kristala u homogenoj suspenziji kroz spremnik, kontrolirajući njihov protok i brzinu, i obično stvaraju veće prosječne kristale od onih nastalih kristalizacijom. hlađenjem.

Primjeri

Kristalizacija je proces koji se često koristi u industriji i može se navesti nekoliko primjera:

- U ekstrakciji soli iz morske vode.

- U proizvodnji šećera.

- U formiranju natrijevog sulfata (Na2SW4).

- U farmaceutskoj industriji.

- U izradi čokolade, sladoleda, maslaca i margarina, pored mnogih drugih namirnica.

reference

  1. Kristalizacija. (N. D.). Preuzeto s en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Preuzeto s thoughtco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). Sveučilište u Coloradu u Boulderu. Preuzeto s orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Encyclopedia Britannica. Preuzeto s britannica.com