Cristallizzazione in ciò che costituisce, metodo di separazione, tipi ed esempi

ilcristallizzazione è un processo in cui un solido è formato con atomi o molecole in strutture organizzate, che sono chiamate reti cristalline. Cristalli e reti cristalline possono essere formati attraverso la precipitazione di una soluzione, mediante fusione e, in alcuni casi, mediante deposizione diretta di un gas.

La struttura e la natura di questa rete cristallina dipenderanno dalle condizioni in cui si verifica il processo, compreso il tempo trascorso per raggiungere questo nuovo stato. La cristallizzazione come processo di separazione è estremamente utile, poiché consente di garantire che venga ottenuto solo il composto desiderato.

Inoltre, questo processo garantisce che il passaggio di altre specie non sarà consentito data la natura ordinata del cristallo, rendendo questo metodo un'alternativa eccellente per la purificazione delle soluzioni. Molte volte in chimica e ingegneria chimica è necessario utilizzare un processo di separazione delle miscele.

Questa necessità viene generata o per aumentare la purezza della miscela o per ottenerne uno specifico componente, e per questo motivo esistono vari metodi che possono essere utilizzati a seconda delle fasi in cui si trova questa combinazione di sostanze.

indice

• 1 Cos'è la cristallizzazione?
  • 1.1 Nucleazione
  • 1.2 Crescita di cristalli
• 2 Come metodo di separazione
  • 2.1 Ricristallizzazione
  • 2.2 In campo industriale
• 3 tipi di cristallizzazione
  • 3.1 Cristallizzazione mediante raffreddamento
  • 3.2 Cristallizzazione per evaporazione
• 4 esempi
• 5 riferimenti

In cosa consiste la cristallizzazione?

La cristallizzazione richiede due passaggi che devono verificarsi prima che possa esserci formazione di rete cristallina: in primo luogo, deve esserci abbastanza accumulo di atomi o molecole a livello microscopico per iniziare a verificarsi la cosiddetta nucleazione.

Questo stadio di cristallizzazione può avvenire solo nei fluidi superraffreddati (cioè raffreddati al di sotto del loro punto di congelamento senza renderli solidi) o soluzioni supersature.

Dopo aver iniziato la nucleazione nel sistema, i nuclei possono essere formati sufficientemente stabili e sufficientemente grandi per iniziare il secondo stadio di cristallizzazione: la crescita cristallina.

nucleazione

In questo primo passo vengono determinate le matrici delle particelle che formano i cristalli e si osservano gli effetti dei fattori ambientali sui cristalli formati; per esempio, il tempo impiegato per il primo cristallo a comparire, chiamato tempo di nucleazione.

Esistono due fasi di nucleazione: nucleazione primaria e secondaria. Nel primo, nuovi nuclei si formano quando non ci sono altri cristalli nel mezzo, o quando gli altri cristalli esistenti non hanno alcun effetto sulla formazione di questi.

La nucleazione primaria può essere omogenea, in cui non vi è influenza da parte dei solidi presenti nel terreno; oppure può essere eterogeneo, dove le particelle solide di sostanze esterne causano un aumento della velocità di nucleazione che normalmente non si verificherebbe.

Nella nucleazione secondaria i nuovi cristalli sono formati dall'influenza di altri cristalli esistenti; Questo può accadere a causa di forze di taglio che fanno sì che segmenti di cristalli esistenti diventino nuovi cristalli che crescono alla loro stessa velocità.

Questo tipo di nucleazione avvantaggia nei sistemi ad alta energia o flusso, dove il fluido coinvolto genera collisioni tra i cristalli.

Crescita dei cristalli

È il processo in cui il cristallo aumenta le sue dimensioni aggregando più molecole o ioni alle posizioni interstiziali della sua rete cristallina.

A differenza dei fluidi, i cristalli crescono in modo uniforme quando le molecole o gli ioni entrano in queste posizioni, sebbene la loro forma dipenda dalla natura del composto in questione. Qualsiasi disposizione irregolare a questa struttura è chiamata un difetto di cristallo.

La crescita di un cristallo dipende da una serie di fattori, tra cui la tensione superficiale della soluzione, la pressione, la temperatura, la velocità relativa dei cristalli nella soluzione e il numero di Reynolds, tra gli altri.

Il modo più semplice per garantire che un cristallo cresca a dimensioni più grandi e che sia di elevata purezza è attraverso un raffreddamento controllato e lento, che impedisce la formazione dei cristalli in breve tempo e l'intrappolamento di sostanze estranee all'interno. loro.

Inoltre, è importante notare che i piccoli cristalli sono molto più difficili da manipolare, immagazzinare e spostare, e costa più filtrarli da una soluzione rispetto a quelli più grandi. Nella stragrande maggioranza dei casi, i cristalli più grandi saranno i più desiderati, per questi e più motivi.

Come metodo di separazione

La necessità di purificare le soluzioni è comune in chimica e ingegneria chimica, dal momento che potrebbe essere necessario ottenere un prodotto miscelato in modo omogeneo con un'altra o altre sostanze disciolte.

Per questo motivo sono state sviluppate attrezzature e metodi per effettuare la cristallizzazione come processo di separazione industriale.

Esistono diversi livelli di cristallizzazione, a seconda delle esigenze, e possono essere eseguiti su piccola o larga scala. Per questo motivo, può essere diviso in due classificazioni generali:

ricristallizzazione

Si chiama ricristallizzazione alla tecnica che viene utilizzata per purificare le sostanze chimiche su una scala più piccola, di solito in un laboratorio.

Questo viene fatto con una soluzione del composto desiderato insieme con le sue impurità in un solvente adatto, cercando così di precipitare alcune delle due specie sotto forma di cristalli e quindi essere rimosso.

Esistono diversi modi per ricristallizzare le soluzioni, tra le quali la ricristallizzazione con un solvente, con diversi solventi o con filtrazione a caldo.

-Un singolo solvente

Quando viene utilizzato un singolo solvente, una soluzione del composto "A", l'impurità "B" e la quantità minima richiesta di solvente (ad alta temperatura) viene preparata per formare una soluzione satura.

La soluzione viene quindi raffreddata, causando la caduta della solubilità di entrambi i composti e la ricristallizzazione del composto "A" o dell'impurità "B". Ciò che è idealmente desiderato è che i cristalli siano di puro composto "A". L'aggiunta di un nucleo potrebbe essere necessaria per iniziare questo processo, che potrebbe anche essere un frammento di vetro.

-Vari solventi

Nella ricristallizzazione di diversi solventi vengono utilizzati due o più solventi e lo stesso processo viene eseguito come con un solvente. Questo processo ha il vantaggio che il composto o l'impurezza precipiteranno mentre il secondo solvente viene aggiunto, poiché non sono solubili in esso. In questo metodo di ricristallizzazione non è necessario riscaldare la miscela.

-Filtro caldo

Infine, la ricristallizzazione con filtrazione a caldo viene utilizzata quando è presente la materia insolubile "C", che viene rimossa con un filtro ad alta temperatura dopo aver eseguito la stessa procedura di ricristallizzazione di un singolo solvente.

Nel campo industriale

Nel campo industriale, si desidera eseguire un processo chiamato cristallizzazione frazionata, che è un metodo che raffina le sostanze in base alle loro differenze di solubilità.

Questi processi sono simili a quelli della ricristallizzazione, ma utilizzano diverse tecnologie per gestire quantità maggiori di prodotto.

Vengono applicati due metodi, che saranno meglio spiegati nella seguente dichiarazione: cristallizzazione per raffreddamento e cristallizzazione per evaporazione.

Essendo una grande scala questo processo genera rifiuti, ma questi sono di solito ricircolati dal sistema per garantire la purezza assoluta del prodotto finale.

Tipi di cristallizzazione

Esistono due tipi di cristallizzazione su larga scala, come indicato sopra: per raffreddamento e per evaporazione. Sono stati creati anche sistemi ibridi, in cui entrambi i fenomeni si verificano simultaneamente.

Cristallizzazione per raffreddamento

In questo metodo la soluzione viene raffreddata per diminuire la solubilità del composto desiderato, facendolo iniziare a precipitare alla velocità desiderata.

Nell'ingegneria chimica (o di processo), i cristallizzatori vengono utilizzati sotto forma di serbatoi con miscelatori, che fanno circolare i liquidi refrigeranti in compartimenti che circondano la miscela in modo che entrambe le sostanze non entrino in contatto durante il trasferimento di calore dal refrigerante alla soluzione.

Per rimuovere i cristalli, vengono usati dei raschietti che spingono i frammenti solidi in una fossa.

Cristallizzazione per evaporazione

Questa è l'altra opzione per ottenere la precipitazione dei cristalli di soluto, facendo uso di un processo di evaporazione del solvente (a temperatura costante, a differenza del metodo precedente), al fine di rendere la concentrazione di soluto superiore al livello di solubilità.

I modelli più comuni sono i cosiddetti modelli a circolazione forzata, che mantengono il liquore dei cristalli in una sospensione omogenea attraverso il serbatoio, controllandone il flusso e la velocità e di solito generano cristalli di dimensioni medie più grandi di quelli formati nella cristallizzazione per raffreddamento

Esempi

La cristallizzazione è un processo frequentemente utilizzato nell'industria e si possono citare diversi esempi:

- Nell'estrazione di sale dall'acqua di mare.

- Nella produzione di zucchero.

- Nella formazione di solfato di sodio (Na₂SW₄).

- Nell'industria farmaceutica.

- Nella produzione di cioccolato, gelato, burro e margarina, oltre a molti altri alimenti.

riferimenti

1. Cristallizzazione. (N.d.). Estratto da en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Estratto da thoughtco.com
3. Boulder, C. (s.f.). Università del Colorado a Boulder. Estratto da orgchemboulder.com
4. Britannica, E. (s.f.). Enciclopedia Britannica. Estratto da britannica.com
5. Chimico, Y. M. (s.f.). Tua madre era una farmacia. Estratto da kitchenscience.sci-toys.com