Κρυστάλλωση σε τι συνίσταται, μέθοδος διαχωρισμού, τύποι και παραδείγματα



Το κρυστάλλωση είναι μια διαδικασία στην οποία ένα στερεό σχηματίζεται με άτομα ή μόρια σε οργανωμένες δομές, που ονομάζονται κρυσταλλικά δίκτυα. Οι κρύσταλλοι και τα κρυσταλλικά δίκτυα μπορούν να σχηματιστούν μέσω της καθίζησης ενός διαλύματος, με σύντηξη και, σε μερικές περιπτώσεις, με απευθείας εναπόθεση αερίου.

Η δομή και η φύση αυτού του κρυσταλλικού δικτύου θα εξαρτηθεί από τις συνθήκες υπό τις οποίες λαμβάνει χώρα η διαδικασία, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου που έχει περάσει για να φτάσει αυτή η νέα κατάσταση. Η κρυστάλλωση ως διαδικασία διαχωρισμού είναι εξαιρετικά χρήσιμη, αφού επιτρέπει να διασφαλιστεί ότι οι δομές λαμβάνονται μόνο από την επιθυμητή ένωση.

Επιπλέον, αυτή η διαδικασία εγγυάται ότι η διέλευση άλλων ειδών δεν θα επιτρέπεται, δεδομένης της διαταγμένης φύσης του κρυστάλλου, καθιστώντας αυτή τη μέθοδο μια εξαιρετική εναλλακτική λύση για τον καθαρισμό των λύσεων. Πολλές φορές στη χημεία και στη χημική μηχανική είναι απαραίτητη η χρήση μίας διαδικασίας διαχωρισμού ανάμειξης.

Αυτή η ανάγκη δημιουργείται είτε για να αυξηθεί η καθαρότητα του μείγματος είτε για να ληφθεί ένα συγκεκριμένο συστατικό του και για το λόγο αυτό υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανάλογα με τις φάσεις στις οποίες βρίσκεται αυτός ο συνδυασμός ουσιών..

Ευρετήριο

  • 1 Τι είναι η κρυστάλλωση;?
    • 1.1 Πυρήνωση
    • 1.2 Ανάπτυξη κρυστάλλων
  • 2 Ως μέθοδος διαχωρισμού
    • 2.1 Ανακρυστάλλωση
    • 2.2 Στον βιομηχανικό τομέα
  • 3 Τύποι κρυστάλλωσης
    • 3.1 Κρυστάλλωση με ψύξη
    • 3.2 Κρυστάλλωση με εξάτμιση
  • 4 Παραδείγματα
  • 5 Αναφορές

Από τι συνίσταται η κρυστάλλωση;?

Κρυστάλλωση απαιτεί δύο βήματα που πρέπει να συμβεί πριν μπορεί να υπάρξει σχηματισμός κρυσταλλικά πλέγματα: πρώτα, πρέπει να υπάρχει αρκετή συσσώρευση ατόμων ή μορίων μικροσκοπικά για να προκύψει το πυρήνωση έναρξης κλήσης.

Αυτό το στάδιο κρυστάλλωσης μπορεί να συμβεί μόνο σε υπερψυχθέντα υγρά (δηλ. Ψύχεται κάτω από το σημείο πήξης χωρίς να τα καταστήσει στερεά) ή υπερκορεσμένα διαλύματα.

Μετά την έναρξη της πυρήνωσης στο σύστημα, οι πυρήνες μπορούν να σχηματιστούν αρκετά σταθεροί και αρκετά μεγάλοι για να ξεκινήσουν το δεύτερο στάδιο της κρυστάλλωσης: κρυσταλλική ανάπτυξη.

Πυρήνωση

Σε αυτό το πρώτο στάδιο προσδιορίζονται οι διευθετήσεις των σωματιδίων που θα σχηματίσουν τους κρυστάλλους και παρατηρούνται οι επιδράσεις των περιβαλλοντικών παραγόντων στους σχηματιζόμενους κρυστάλλους. για παράδειγμα, ο χρόνος που χρειάζεται για να εμφανιστεί το πρώτο κρύσταλλο, που ονομάζεται χρόνος πυρήνωσης.

Υπάρχουν δύο στάδια πυρήνωσης: πρωτογενής και δευτερογενής πυρήνωση. Στην πρώτη, σχηματίζονται νέοι πυρήνες όταν δεν υπάρχουν άλλοι κρύσταλλοι στη μέση ή όταν οι άλλοι υπάρχοντες κρύσταλλοι δεν επηρεάζουν τον σχηματισμό αυτών.

Η κύρια πυρήνωση μπορεί να είναι ομοιογενής, στην οποία δεν υπάρχει καμία επίδραση επί του μέρους των στερεών που υπάρχουν στο μέσο. ή μπορεί να είναι ετερογενής, όπου τα στερεά σωματίδια εξωτερικών ουσιών προκαλούν αύξηση του ρυθμού πυρήνωσης που κανονικά δεν θα συνέβαινε.

Σε δευτερογενείς πυρήνες σχηματίζονται νέοι κρύσταλλοι από την επίδραση άλλων υφιστάμενων κρυστάλλων. αυτό μπορεί να συμβεί εξαιτίας των δυνάμεων κοπής που καθιστούν τμήματα των υπαρχόντων κρυστάλλων νέους κρυστάλλους που αναπτύσσονται επίσης με το δικό τους ρυθμό.

Αυτός ο τύπος πυρήνων ωφελείται σε συστήματα υψηλής ενέργειας ή ροής, όπου το εμπλεκόμενο υγρό δημιουργεί συγκρούσεις μεταξύ κρυστάλλων.

Κρυστάλλινη ανάπτυξη

Είναι η διαδικασία κατά την οποία ο κρύσταλλος αυξάνει το μέγεθός του με τη συσσωμάτωση περισσότερων μορίων ή ιόντων στις διάμεσες θέσεις του κρυσταλλικού δικτύου του.

Σε αντίθεση με τα υγρά, οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται ομοιόμορφα μόνον όταν μόρια ή ιόντα εισέρχονται σε αυτές τις θέσεις, αν και το σχήμα τους εξαρτάται από τη φύση της εν λόγω ένωσης. Οποιαδήποτε ακανόνιστη διάταξη σε αυτή τη δομή ονομάζεται κρυσταλλικό ελάττωμα.

Η ανάπτυξη ενός κρυστάλλου εξαρτάται από μια σειρά παραγόντων, μεταξύ των οποίων η επιφανειακή τάση του διαλύματος, η πίεση, η θερμοκρασία, η σχετική ταχύτητα των κρυστάλλων στο διάλυμα και ο αριθμός Reynolds, μεταξύ άλλων..

Ο απλούστερος τρόπος για να διασφαλιστεί ότι ένας κρύσταλλος να αυξηθεί σε μεγαλύτερα μεγέθη και είναι υψηλής καθαρότητας είναι μέσω μιας ελεγχόμενης βραδεία ψύξη, η οποία εμποδίζει την ολοκλήρωση σχηματισμού κρυστάλλων γρήγορα και παγίδευσης ξένων ουσιών εντός αυτοί.

Επιπλέον, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι μικροί κρύσταλλοι είναι πολύ πιο δύσκολο να χειριστούν, να αποθηκευτούν και να κινηθούν, και κοστίζει περισσότερο να τα φιλτράρει από μια λύση από τα μεγαλύτερα. Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, οι μεγαλύτεροι κρύσταλλοι θα είναι οι πιο επιθυμητοί, για αυτούς και για περισσότερους λόγους.

Ως μέθοδος διαχωρισμού

Η ανάγκη καθαρισμού των διαλυμάτων είναι κοινή στην χημεία και στη χημική μηχανική, καθώς μπορεί να είναι απαραίτητο να ληφθεί ένα προϊόν το οποίο είναι ομοιογενώς αναμεμιγμένο με άλλες ή άλλες διαλελυμένες ουσίες..

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο εξοπλισμός και οι μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για να πραγματοποιήσουν την κρυστάλλωση ως διαδικασία βιομηχανικού διαχωρισμού.

Υπάρχουν διαφορετικά επίπεδα κρυσταλλοποίησης, ανάλογα με τις απαιτήσεις, και μπορούν να εκτελεστούν σε μικρή ή μεγάλη κλίμακα. Ως εκ τούτου, μπορεί να χωριστεί σε δύο γενικές ταξινομήσεις:

Ανακρυστάλλωση

Ονομάζεται ανακρυστάλλωση στην τεχνική που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό χημικών σε μικρότερη κλίμακα, συνήθως σε εργαστήριο.

Αυτό γίνεται με ένα διάλυμα της επιθυμητής ένωσης μαζί με τις ακαθαρσίες της σε έναν κατάλληλο διαλύτη, επιδιώκοντας έτσι να καταβυθιστεί με τη μορφή κρυστάλλων κάποια από τα δύο είδη που θα απομακρυνθούν αργότερα..

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για την ανακρυστάλλωση των διαλυμάτων, μεταξύ των οποίων είναι η ανακρυστάλλωση με διαλύτη, με διάφορους διαλύτες ή με θερμή διήθηση..

-Ένας διαλύτης

Όταν χρησιμοποιείται ένας μεμονωμένος διαλύτης, παρασκευάζεται ένα διάλυμα της ένωσης "Α", πρόσμιξη "Β" και η ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα διαλύτη (σε υψηλή θερμοκρασία) για να σχηματίσει ένα κορεσμένο διάλυμα.

Το διάλυμα στη συνέχεια ψύχεται, προκαλώντας την πτώση της διαλυτότητας και των δύο ενώσεων και την ένωση "Α" ή πρόσμιξη "Β" που πρόκειται να ανακρυσταλλωθεί. Αυτό που είναι ιδανικά επιθυμητό είναι ότι οι κρύσταλλοι είναι από καθαρή ένωση «Α». Μπορεί να είναι απαραίτητο να προσθέσετε έναν πυρήνα για να ξεκινήσετε αυτή τη διαδικασία, η οποία μπορεί να είναι ακόμη ένα κομμάτι από γυαλί.

-Διάφοροι διαλύτες

Κατά την ανακρυστάλλωση διαφόρων διαλυτών, χρησιμοποιούνται δύο ή περισσότεροι διαλύτες και η ίδια διαδικασία διεξάγεται όπως με έναν διαλύτη. Αυτή η διεργασία έχει το πλεονέκτημα ότι η ένωση ή ακαθαρσία θα καθιζάνει ενώ προστίθεται ο δεύτερος διαλύτης, επειδή δεν είναι διαλυτοί σε αυτό. Σε αυτή τη μέθοδο ανακρυστάλλωσης δεν είναι απαραίτητη η θέρμανση του μίγματος.

-Ζεστό φιλτράρισμα

Τέλος, η ανακρυστάλλωση με θερμή διήθηση χρησιμοποιείται όταν υπάρχει αδιάλυτη ύλη "C", η οποία απομακρύνεται με φίλτρο υψηλής θερμοκρασίας μετά από την ίδια διαδικασία ανακρυστάλλωσης ενός απλού διαλύτη.

Στον βιομηχανικό τομέα

Στον βιομηχανικό τομέα θέλουμε να διεξάγουμε μια διαδικασία που ονομάζεται κλασματική κρυστάλλωση, η οποία είναι μια μέθοδος που βελτιώνει τις ουσίες ανάλογα με τις διαφορές τους στη διαλυτότητα.

Αυτές οι διαδικασίες μοιάζουν με εκείνες της ανακρυστάλλωσης, αλλά χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες για να χειρίζονται μεγαλύτερες ποσότητες προϊόντος.

Δύο μέθοδοι εφαρμόζονται, οι οποίες θα εξηγηθούν καλύτερα στην ακόλουθη δήλωση: κρυστάλλωση με ψύξη και κρυστάλλωση με εξάτμιση.

Δεδομένου ότι σε μεγάλη κλίμακα η διαδικασία αυτή δημιουργεί απόβλητα, αυτά συνήθως ανακυκλώνονται από το σύστημα για να εξασφαλιστεί η απόλυτη καθαρότητα του τελικού προϊόντος.

Τύποι κρυστάλλωσης

Υπάρχουν δύο τύποι κρυσταλλοποίησης μεγάλης κλίμακας, όπως αναφέρεται παραπάνω: με ψύξη και με εξάτμιση. Έχουν επίσης δημιουργηθεί υβριδικά συστήματα, όπου και τα δύο φαινόμενα συμβαίνουν ταυτόχρονα.

Κρυστάλλωση με ψύξη

Σε αυτή τη μέθοδο το διάλυμα ψύχεται για να μειωθεί η διαλυτότητα της επιθυμητής ένωσης, προκαλώντας την έναρξη της καθίζησης με την επιθυμητή ταχύτητα.

Σε χημικές (ή διεργασίες) είναι μηχανική διατάξεις κρυστάλλωσης χρησιμοποιούνται ως δεξαμενές με αναδευτήρες, τα οποία κυκλοφορούν ρευστά σε διαμερίσματα που περιβάλλει το μίγμα ψύξεως, έτσι ώστε και οι δύο ουσίες δεν έρχονται σε επαφή, ενώ η μεταφορά θερμότητας λαμβάνει χώρα διάλυμα ψυκτικού.

Για να αφαιρεθούν τα κρύσταλλα, χρησιμοποιούνται ξύστρα, τα οποία ωθούν τα στερεά κομμάτια σε ένα λάκκο.

Κρυστάλλωση με εξάτμιση

Αυτή είναι μια άλλη επιλογή για την επίτευξη της κατακρημνίσεως των κρυστάλλων της διαλυμένης ουσίας, μια διαδικασία χρησιμοποιώντας εξάτμισης διαλύτη (σε σταθερή θερμοκρασία, σε αντίθεση με την προηγούμενη μέθοδο), έτσι ώστε να καταστεί η συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας υπερβαίνει το επίπεδο διαλυτότητας.

Τα πιο συνηθισμένα μοντέλα ονομάζονται μοντέλα αναγκαστική κυκλοφορία, οι οποίες διατηρούν τους κρυστάλλους ποτό σε ένα ομοιογενές εναιώρημα μέσω της δεξαμενής, τον έλεγχο της ροής και της ταχύτητας, και τυπικά δημιουργούν κρυστάλλους μεγαλύτερο μέσον μέγεθος από εκείνα που σχηματίσθηκαν στην κρυστάλλωση με ψύξη.

Παραδείγματα

Η κρυστάλλωση είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία και μπορούν να αναφερθούν διάφορα παραδείγματα:

- Στην εκχύλιση αλατιού από το θαλασσινό νερό.

- Στην παραγωγή ζάχαρης.

- Στο σχηματισμό θειικού νατρίου (Na2Έτσι4).

- Στη φαρμακευτική βιομηχανία.

- Κατά την παρασκευή σοκολάτας, παγωτού, βουτύρου και μαργαρίνης, εκτός από πολλά άλλα τρόφιμα.

Αναφορές

  1. Κρυστάλλωση. (s.f.). Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, Ρ. (S.f.). ThoughtCo. Ανακτήθηκε από thoughtco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. Ανακτήθηκε από orgchemboulder.com
  4. Britannica, Ε. (S.f.). Εγκυκλοπαίδεια Britannica. Ανακτήθηκε από britannica.com