KRISTALIZACIJA: POSTOPEK, VRSTE, PRIMERI, LOČITEV - KEMIJA

Kristalizacija je fizikalni proces, v katerem je naravno ali umetno kristalinično trdno snov, kar pomeni razvrščeno sestava tvorjen iz tekoče ali plinasto mediju. Od padavin se razlikuje po tem, da se slednji razvija brez strogega nadzora nad procesnimi parametri in tudi po tem, da lahko proizvaja amorfne in želatinaste trdne snovi.

Cilj kristalizacije, kot že preprosto in nazorno pove, je ustvarjanje kristalov. Za njih ni značilno, da so urejeni, ampak tudi, da so čiste trdne snovi. Zato si želimo pri sintezi trdnih spojin pridobiti produkte visoke čistosti, čim bolj čiste kristale.

Kristalizacija hipotetičnega topila vijolične barve v vodni raztopini. Vir: Gabriel Bolívar.

Zgornja slika prikazuje posplošeno in hipotetično kristalizacijo škrlatnega topila v vodni raztopini.

Upoštevajte, da rdeča palica deluje kot termometer. Ko je temperatura visoka, raztopina vsebuje raztopljeno topilo, ki v teh pogojih ostane topno. Ker pa temperatura postopoma pada, se začnejo pojavljati prvi vijolični kristali.

Ko se temperatura še naprej znižuje, bodo kristali naraščali v velikosti in oblikovali robustne škrlatne šesterokotnike. Sprememba barve raztopine kaže na to, da je topilo od raztapljanja prešlo v rastoče kristale. Počasnejša je kristalizacija, čistejša je kristalna trdna snov.

Med tem postopkom je treba upoštevati še druge spremenljivke: koliko topila se raztopi v določenem topilu, pri kateri temperaturi mora biti raztopina segreta, koliko časa mora ohlajanje trajati, kako potrebno je med drugim zateči ali ne sončno mešanje. vidike.

Proces kristalizacije, bolj kot zapleten pojav, ki vključuje molekularno dinamiko in termodinamiko, je umetnost, ki zahteva nenehno učenje, preizkušnje in napake, dokler ne bo izpopolnjena v laboratoriju ali industriji.

Postopek kristalizacije

Kristalizacija je v bistvu sestavljena iz dveh procesov: nukleacije in rasti kristalov.

Obe stopnji se vedno odvijata med kristalizacijo, toda, ko se prva zgodi hitro, se druga težko razvije. Medtem, če je sesanje počasno, bodo kristali imeli več časa za rast, zato bodo večinoma večji. Slednja je situacija, ki jo na sliki predvidevamo vijolični šesterokotniki.

Nukleation

Za kristale so prvotno rekli trdne snovi z urejenimi strukturami. Iz raztopine, kjer se topilo dispergira v neurejenem stanju, se morajo njegovi delci približati dovolj, da lahko njihove interakcije, ne glede na to, ali so ionske ali Van der Wallsove, omogočijo poselitev prve skupine topnih delcev: grozda.

Ta grozd se lahko raztopi in ponovno oblikuje tolikokrat, kot je potrebno, dokler ni stabilen in kristalni. Potem naj bi se pojavilo prvo jedro. Če se jedro pojavi od nikoder, torej iz same homogenosti medija med njegovim hlajenjem, bo to homogeno jedro.

Po drugi strani pa, če se omenjeno jedro zgodi zahvaljujoč površini drugega netopnega trdnega delca ali nepopolnosti posode, bomo imeli heterogeno jedro. Slednji je najbolj razširjen in znan, še posebej, ko raztopini dodamo droben kristal, ki smo ga že prej dobili.

Kristali se nikoli ne morejo oblikovati iz tankega zraka, ne da bi se najprej pojavili.

Rast kristalov

V raztopini je še vedno veliko raztopljenega topila, vendar je koncentracija topila v teh jedrih višja kot v njihovi okolici. Jedra delujejo kot podpora, da se več topljenih delcev vloži v svoje rastne strukture. Na ta način se njihove geometrije ohranjajo in postopoma rastejo.

Na primer, prva jedra na sliki so vijolični šesterokotniki; to je tvoja geometrija. Ko se vgradijo topljeni delci, jedra prerastejo v robustne šesterokotne kristale, ki bodo še naprej rasli, če raztopino potopimo v ledeno kopel.

Vrste kristalizacije

Razloženo je bilo do zdaj kristalizacijo s hlajenjem topila.

Kristalizacija odstranjevanja topila

Druge vrste kristalizacije temeljijo na odstranjevanju topila z izhlapevanjem, za kar ni potrebno uporabiti toliko njegove količine; to je, dovolj je, da ga samo nasičite s topilom in ga segrejete, da ga prenasiči, nato pa še malo, nato pa ga pustite v mirovanju, tako da se raztopina končno kristalizira.

Kristalizacija z dodatkom topila

Prav tako imamo kristalizacijo, ki jo povzroči dodajanje topila v zmes, v kateri je topilo netopno (antisolvent). Zato bo naklonjenost naklonjena, saj obstajajo mobilna in tekoča območja, kjer bodo topni delci bolj koncentrirani kot v tistih, kjer je zelo topen.

Kristalizacija s sonifikacijo

Po drugi strani pa pride do kristalizacije s sonifikacijo, kjer ultrazvok ustvari in razbije majhne mehurčke, ki spet spodbujajo nukleacijo, hkrati pa pomaga enakomerneje porazdeliti velikosti kristalov.

In končno pride do kristalizacije iz usedlin hlapov na hladnih površinah; to je obratni pojav sublimaciji trdnih snovi.

Metoda ločevanja kristalizacije

Kristalizacija je nepogrešljiva tehnika pri pridobivanju trdnih snovi in njihovem čiščenju. Pri sintezi organskih spojin se zelo pogosto pojavlja in predstavlja eno od zadnjih faz, ki zagotavlja čistost in kakovost izdelka.

Primer barvila

Recimo, da dobimo na primer kristale barvila in da so že filtrirani. Ker je bilo to barvilo v sintezi sprva pridobljeno s padavinami, njegova trdnost kaže, da je amorfna, saj se veliko močnih nečistoč absorbira in ujame med svoje molekularne kristale.

Zato je odločeno, da segreva topilo, kjer je barvilo rahlo topno, tako da se ob dodajanju raztopi razmeroma enostavno. Po raztopini po dodajanju malo več topila raztopino ločimo od vira toplote in pustimo počivati. Ko se temperatura spusti, pride do nukleacije.

Tako se bodo kristali barvila oblikovali in se zdijo bolj definirani (ne nujno kristalni za oko). V tem trenutku je posoda (običajno erlenmajerska bučka ali čaša) potopljena v ledeno kopel. Mraz v tej kopeli se konča ugodno za rast kristalov nad nukleracijo.

Kristale barvila nato filtriramo v vakuumu, operemo s topilom, v katerem je netopno, in pustimo, da se posuši v urnem kozarcu.

Temperatura kristalizacije

Temperatura, pri kateri pride do kristalizacije, je odvisna od tega, kako netopna je topila v nosilcu topil. Prav tako je odvisno od vrelišča topila, ker če se topilo še ni raztopilo pri temperaturi vrelišča, je zato, ker je treba uporabiti drugo primernejše topilo.

Na primer, trdne snovi, ki se lahko kristalizirajo v vodnem mediju, bodo to storile, ko voda zniža svojo temperaturo (torej s 100 na 50 ° C) ali medtem ko izhlapi. Če kristalizacija nastane z izhlapevanjem, se pravi, da poteka pri sobni temperaturi.

Po drugi strani pa kristalizacija kovin ali nekaterih ionskih trdnih snovi poteka pri zelo visokih temperaturah, saj so njihove tališča zelo visoke, staljena tekočina pa je vroča, tudi ko se dovolj ohladi, da razkroji svoje delce in rastejo kristali.

Hitrost kristalizacije

Načeloma obstajata dva neposredna načina nadzora hitrosti kristalizacije trdne snovi: s stopnjo prenasičenosti (ali prenasičenosti) ali nenadnimi spremembami temperature.

Stopnja prenasičenosti

Stopnja prenasičenosti pomeni, koliko presežka topljene snovi se s pomočjo toplote prisilno raztopi. Zato je, ko je raztopina bolj nasičena, hitrejši je postopek nukleacije, saj obstaja večja verjetnost, da bodo nastala jedra.

Čeprav kristalizacijo pospešujemo na ta način, bodo dobljeni kristali manjši v primerjavi s tistimi, ki jih dobimo z nižjo stopnjo prenasičenosti; torej, kadar je njihova rast naklonjena in ne nukleingu.

Spremembe temperature

Če se temperatura močno zniža, jedra skoraj ne bodo imela časa rasti in ne le to, ampak bodo obdržala tudi višjo raven nečistoč. Rezultat tega je, da čeprav se kristalizacija zgodi hitreje od počasnega hlajenja, pa je kakovost, velikost in čistost kristalov na koncu nižja.

Hitra kristalizacija zaradi nenadnega padca temperature. Vir: Gabriel Bolívar.

Slika zgoraj služi kontrastu prvega. Rumene pike predstavljajo nečistoče, ki se zaradi nagle rasti jeder ujamejo v njih.

Te nečistoče otežujejo vključitev več škrlatnih šesterokotnikov, kar ima za posledico veliko majhnih, nečistih kristalov na koncu, namesto velikih, čistih.

Prijave

Kristalizacija sladoleda je eden najpomembnejših vidikov med njegovo industrijsko ali obrtno proizvodnjo. Vir: Pixabay.

Kristalizacija in rekristalizacija sta bistvenega pomena za pridobivanje kakovostnih čistih trdnih snovi. Za farmacevtsko industrijo to še posebej velja, ker morajo biti njihovi izdelki čim bolj čisti, tako kot konzervansi, ki se uporabljajo v prehrambeni industriji.

Poleg tega je nanotehnologija zelo odvisna od tega procesa, tako da lahko sintetizirajo nanodelce ali nanokristale, ne pa robustne kristalne trdne snovi.

Eden izmed vsakdanjih primerov, pri katerem kristalizacija veliko sodeluje, je pri proizvodnji sladoleda. Če niste previdni z vodo, se iz vsebnosti lipidov kristalizira v ločeni fazi (led) in tako vpliva na njeno teksturo in okus; Z drugimi besedami, bolj bo kot obrit sladoled ali sladoled.

Zato naj bodo ledeni kristali čim manjši, da je sladoled gladek po okusu in dotiku. Ko so ti ledeni kristali nekoliko veliki, jih lahko zaznamo na svetlobi, ker dajejo sladoledu zmrznjeno površino.

Primeri kristalizacije

Na koncu bomo omenili nekaj običajnih primerov kristalizacije, naravnih in umetnih:

Snežinke

Snežinke nastanejo s postopkom naravne kristalizacije. Znano je, da je vsak snežni kristal edinstven. To je posledica pogojev, ki se pojavijo med drugo fazo kristalizacije (rast).

Različne geometrijske oblike, ki jih predstavljajo snežni kristali, so posledica pogojev, s katerimi se morajo spopasti med rastjo kristalov.

Sol

Sol je najpogostejši primer kristalizacije. To se lahko oblikuje tako naravno (kot je morska sol) kot tudi umetno (kot je to primer s namizno soljo).

Sladkor

Po soli je sladkor eden najpogostejših kristalov. Nastane skozi vrsto zapletenih industrijskih postopkov, v katerih se odvzame sok sladkornega trsa in se mu podvrže postopek umetne kristalizacije.

Diamant

Diamant je dragi kamen, ki nastane pri kristalizaciji čistega ogljika. To je najtežji material, ki ga poznamo na planetu. Njegova tvorba je lahko naravna, kot je to primer z diamanti, ki jih najdemo v rudniških nahajališčih, ali sintetična.

Ruby

Ruby je rdečkast kristal, ki nastane pri kristalizaciji aluminijevega oksida (koridon).

Stalagmiti

Stalagmiti so strukture, ki jih najdemo v jamah, zlasti v tleh (naraščajoče poudarjene navzgor). Sestavljene so iz kalcijevih spojin in nastanejo pri kristalizaciji kalcijevih soli, ki jih najdemo v vodi, ki pade s stropov jam.

Stalaktiti

Stalaktiti, tako kot stalagmiti, so narejeni iz kalcija in jih najdemo v jamah. Od slednjih se razlikujejo po tem, da visijo s stropov. Nastanejo s kristalizacijo kalcijevih soli, prisotnih v vodi, ki se infiltrira v jame.

Kremen

Kremen je dragulj, ki nastane pri kristalizaciji silicijevega anhidrida. Je eden najbolj obilnih mineralov v kamninah in njegova barva je spremenljiva.

Peridot

Temu pravimo tudi olivin, ta dragi kamen nastane zahvaljujoč kristalizaciji železa in magnezija. Je zelenkaste barve in je običajno v obliki diamanta.

Silikati

Silikati so materiali, ustvarjeni s kristalizacijo kremena in drugih elementov (železo, aluminij, kalcij, magnezij). Prisotni so v vseh skalah.

Sladkarije

Sladkarije izdelujemo s sladkornimi kristali, zato lahko rečemo, da posegata dva procesa kristalizacije: prvi za nastanek sladkorja in drugi za nastanek melase.

Kremni sladoled

Kremni sladoled vsebuje vrsto kristalov, ki mu dajejo končno gladko teksturo. Med kristali, ki jih vsebuje kremast sladoled, izstopajo lipidni kristali (nastali iz maščobe) in ledeni kristali. Treba je opozoriti, da nekateri sladoledi vsebujejo tudi kristale laktoze.

V tem smislu se sladoled pridobiva z različnimi postopki umetne kristalizacije (eden za lipidov, eden za led in laktozo).

Drugi

-Priprava sladkornih kristalov okoli niti ali vrvi in prenasičene sladke raztopine

- Nastajanje sladkornih kristalov iz medu, ki je odložen na dnu njihovih kozarcev

-Rajenje ledvičnih kamnov, ki so sestavljeni iz bistva kristalov kalcijevega oksalata

-Kristalizacija mineralov, vključno z dragulji in diamanti, skozi leta, katerih oblike in robovi so odraz njihovih urejenih notranjih struktur

-Podpora vročih kovinskih hlapov na hladnih palicah kot podpor za rast njihovih kristalov.

Reference

Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativna analitična kemija. (peta izd.). Dvorana PEARSON Prentice.
Wikipedija. (2019). Kristalizacija. Pridobljeno: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, dr. (23. maj 2019). Definicija kristalizacije. Pridobljeno: misel.com
Univerza v Koloradu. (sf). Kristalizacija. Organska kemija. Pridobljeno: orgchemboulder.com
Syrris. (2019). Kaj je kristalizacija? Pridobljeno: syrris.com

KRISTALIZACIJA: POSTOPEK, VRSTE, PRIMERI, LOČITEV - KEMIJA - 2025