Krystalizacja w tym, co się składa, metoda rozdzielania, rodzaje i przykłady

The krystalizacja jest to proces, w którym ciało stałe tworzy się z atomów lub cząsteczek w zorganizowanych strukturach, zwanych sieciami krystalicznymi. Kryształy i sieci krystaliczne mogą powstawać poprzez wytrącanie się roztworu, przez fuzję, aw niektórych przypadkach przez bezpośrednie osadzanie gazu.

Struktura i charakter tej sieci krystalicznej będzie zależeć od warunków, w jakich proces się odbywa, w tym czasu, jaki upłynął do osiągnięcia tego nowego stanu. Krystalizacja jako proces rozdzielania jest niezwykle przydatna, ponieważ pozwala zapewnić, że struktury uzyskuje się tylko z pożądanego związku.

Ponadto proces ten gwarantuje, że przejście innych gatunków nie będzie dozwolone, biorąc pod uwagę uporządkowaną naturę kryształu, dzięki czemu ta metoda jest doskonałą alternatywą dla oczyszczania roztworów. Wiele razy w chemii i inżynierii chemicznej konieczne jest zastosowanie procesu rozdzielania mieszanki.

Potrzeba ta jest generowana albo w celu zwiększenia czystości mieszaniny, albo w celu uzyskania określonego jej składnika, iz tego powodu istnieje kilka metod, które można zastosować w zależności od faz, w których ta kombinacja substancji jest znaleziona..

Indeks

• 1 Co to jest krystalizacja??
  • 1.1 Zarodkowanie
  • 1.2 Wzrost kryształów
• 2 Jako metoda separacji
  • 2.1 Rekrystalizacja
  • 2.2 W dziedzinie przemysłu
• 3 Rodzaje krystalizacji
  • 3.1 Krystalizacja przez chłodzenie
  • 3.2 Krystalizacja przez odparowanie
• 4 Przykłady
• 5 referencji

Z czego składa się krystalizacja??

Krystalizacja wymaga dwóch etapów, które muszą nastąpić, zanim możliwe będzie utworzenie sieci krystalicznej: po pierwsze, musi istnieć wystarczająca akumulacja atomów lub cząsteczek na poziomie mikroskopowym, aby tak zwane zarodkowanie zaczęło się pojawiać.

Ten etap krystalizacji może zachodzić tylko w przechłodzonych płynach (tj. Schłodzonych poniżej punktu zamarzania bez tworzenia ich w stanie stałym) lub roztworów przesyconych.

Po rozpoczęciu zarodkowania w układzie, jądra mogą być utworzone wystarczająco stabilne i wystarczająco duże, aby rozpocząć drugi etap krystalizacji: wzrost krystaliczny.

Nukleacja

W tym pierwszym etapie określa się rozmieszczenie cząstek, które utworzą kryształy i obserwuje się wpływ czynników środowiskowych na utworzone kryształy; na przykład czas potrzebny na pojawienie się pierwszego kryształu, zwany czasem zarodkowania.

Istnieją dwa etapy zarodkowania: pierwotne i wtórne zarodkowanie. W pierwszym powstają nowe jądra, gdy w środku nie ma innych kryształów, lub gdy inne istniejące kryształy nie mają wpływu na ich powstawanie.

Pierwotne zarodkowanie może być jednorodne, w którym nie ma wpływu na część ciał stałych obecnych w ośrodku; lub może być niejednorodny, gdzie cząstki stałe substancji zewnętrznych powodują wzrost szybkości zarodkowania, który normalnie nie wystąpiłby.

W nukleacji wtórnej powstają nowe kryształy pod wpływem innych istniejących kryształów; może się to zdarzyć z powodu sił skrawania, które sprawiają, że segmenty istniejących kryształów stają się nowymi kryształami, które również rosną we własnym tempie.

Ten rodzaj zarodkowania jest korzystny w układach o wysokiej energii lub przepływach, gdzie zaangażowany płyn generuje zderzenia między kryształami.

Wzrost kryształów

Jest to proces, w którym kryształ zwiększa swoją wielkość poprzez agregację większej liczby cząsteczek lub jonów do pozycji śródmiąższowych jego sieci krystalicznej.

W przeciwieństwie do płynów, kryształy rosną równomiernie tylko wtedy, gdy cząsteczki lub jony wchodzą do tych pozycji, chociaż ich kształt będzie zależał od charakteru danego związku. Każde nieregularne ułożenie w tej strukturze nazywane jest defektem kryształu.

Wzrost kryształu zależy od szeregu czynników, wśród których są między innymi napięcie powierzchniowe roztworu, ciśnienie, temperatura, względna prędkość kryształów w roztworze i liczba Reynoldsa..

Najprostszym sposobem zapewnienia, że ​​kryształ rośnie do większych rozmiarów i ma wysoką czystość, jest kontrolowane i powolne chłodzenie, które zapobiega tworzeniu się kryształów w krótkim czasie i uwięzieniu obcych substancji. oni.

Ponadto ważne jest, aby pamiętać, że małe kryształy są znacznie trudniejsze do manipulowania, przechowywania i przenoszenia, a filtrowanie ich z rozwiązania kosztuje więcej niż większe. W większości przypadków największe kryształy będą najbardziej pożądane z tych i innych powodów.

Jako metoda separacji

Potrzeba oczyszczania roztworów jest powszechna w chemii i inżynierii chemicznej, ponieważ może być konieczne uzyskanie produktu, który jest homogenicznie wymieszany z innym lub innymi rozpuszczonymi substancjami..

Dlatego opracowano sprzęt i metody do prowadzenia krystalizacji jako procesu separacji przemysłowej.

Istnieją różne poziomy krystalizacji, w zależności od wymagań, i mogą być przeprowadzane na małą lub dużą skalę. Dlatego można go podzielić na dwie ogólne klasyfikacje:

Rekrystalizacja

Nazywa się to rekrystalizacją do techniki, która jest stosowana do oczyszczania chemikaliów na mniejszą skalę, zwykle w laboratorium.

Dokonuje się tego za pomocą roztworu pożądanego związku wraz z jego zanieczyszczeniami w odpowiednim rozpuszczalniku, starając się w ten sposób wytrącić w postaci kryształów niektóre z dwóch gatunków, które zostaną później usunięte..

Istnieje kilka sposobów rekrystalizacji roztworów, w tym rekrystalizacja z rozpuszczalnika, z kilkoma rozpuszczalnikami lub z filtracją na gorąco..

-Pojedynczy rozpuszczalnik

Gdy stosuje się pojedynczy rozpuszczalnik, roztwór związku „A”, zanieczyszczenie „B” i minimalną wymaganą ilość rozpuszczalnika (w wysokiej temperaturze) przygotowuje się do utworzenia nasyconego roztworu.

Roztwór następnie ochładza się, powodując spadek rozpuszczalności obu związków i rekrystalizację związku „A” lub zanieczyszczenia „B”. Idealnie pożądane jest, aby kryształy były czystego związku „A”. Może być konieczne dodanie rdzenia, aby rozpocząć ten proces, który może być nawet fragmentem szkła.

-Różne rozpuszczalniki

Przy rekrystalizacji kilku rozpuszczalników stosuje się dwa lub więcej rozpuszczalników i ten sam proces prowadzi się jak w przypadku rozpuszczalnika. Proces ten ma tę zaletę, że związek lub zanieczyszczenie wytrąci się podczas dodawania drugiego rozpuszczalnika, ponieważ nie są w nim rozpuszczalne. W tej metodzie rekrystalizacji nie jest konieczne ogrzewanie mieszaniny.

-Gorąca filtracja

Na koniec, rekrystalizację z filtracją na gorąco stosuje się, gdy występuje substancja nierozpuszczalna „C”, którą usuwa się za pomocą filtra wysokotemperaturowego po wykonaniu tej samej procedury rekrystalizacji pojedynczego rozpuszczalnika.

W dziedzinie przemysłu

W dziedzinie przemysłowej chcemy przeprowadzić proces zwany krystalizacją frakcyjną, który jest metodą, która oczyszcza substancje zgodnie z ich różnicami w rozpuszczalności.

Procesy te przypominają procesy rekrystalizacji, ale wykorzystują różne technologie do obsługi większych ilości produktu.

Stosuje się dwie metody, które będą lepiej wyjaśnione w następującym stwierdzeniu: krystalizacja przez chłodzenie i krystalizację przez odparowanie.

Proces ten na dużą skalę generuje odpady, ale są one zazwyczaj recyrkulowane przez system, aby zapewnić absolutną czystość produktu końcowego.

Rodzaje krystalizacji

Istnieją dwa rodzaje krystalizacji na dużą skalę, jak wspomniano powyżej: przez chłodzenie i odparowanie. Stworzono również systemy hybrydowe, w których oba zjawiska występują jednocześnie.

Krystalizacja przez chłodzenie

W tej metodzie roztwór chłodzi się, aby zmniejszyć rozpuszczalność pożądanego związku, powodując jego wytrącanie z żądaną prędkością.

W inżynierii chemicznej (lub procesach) krystalizatory są stosowane w postaci zbiorników z mieszalnikami, które krążą płyny z czynnikiem chłodniczym w przedziałach otaczających mieszaninę, tak że obie substancje nie wchodzą w kontakt podczas przenoszenia ciepła czynnika chłodniczego do roztworu..

Aby usunąć kryształy, stosuje się skrobaki, które wciskają stałe fragmenty do dołu.

Krystalizacja przez odparowanie

Jest to druga opcja umożliwiająca wytrącanie kryształów substancji rozpuszczonej, wykorzystując proces odparowania rozpuszczalnika (w stałej temperaturze, w przeciwieństwie do poprzedniej metody), aby stężenie substancji rozpuszczonej przekraczało poziom rozpuszczalności.

Najpowszechniejszymi modelami są tak zwane modele z wymuszoną cyrkulacją, które utrzymują ług kryształów w jednorodnej zawiesinie przez zbiornik, kontrolując ich przepływ i prędkość, i zwykle wytwarzają większe średnie kryształy niż te utworzone podczas krystalizacji przez chłodzenie.

Przykłady

Krystalizacja jest procesem często stosowanym w przemyśle i można przytoczyć kilka przykładów:

- W ekstrakcji soli z wody morskiej.

- W produkcji cukru.

- W tworzeniu siarczanu sodu (Na₂TAK₄).

- W przemyśle farmaceutycznym.

- W produkcji czekolady, lodów, masła i margaryny, oprócz wielu innych produktów spożywczych.

Referencje

1. Krystalizacja. (s.f.). Źródło z en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Pobrane z thinkco.com
3. Boulder, C. (s.f.). University of Colorado w Boulder. Pobrane z orgchemboulder.com
4. Britannica, E. (s.f.). Encyklopedia Britannica. Źródło: britannica.com