Kryštalizácia v čom spočíva, spôsob separácie, typy a príklady



 kryštalizácie je to proces, v ktorom je tuhá látka tvorená atómami alebo molekulami v organizovaných štruktúrach, ktoré sa nazývajú kryštalické siete. Kryštály a kryštalické siete sa môžu tvoriť zrážaním roztoku, fúziou av niektorých prípadoch priamym ukladaním plynu..

Štruktúra a povaha tejto kryštalickej siete bude závisieť od podmienok, za ktorých proces prebieha, vrátane času, ktorý uplynie na dosiahnutie tohto nového stavu. Kryštalizácia ako separačný proces je mimoriadne užitočná, pretože umožňuje zabezpečiť, aby sa štruktúry získali len z požadovanej zlúčeniny.

Okrem toho tento proces zaručuje, že priechod iných druhov nebude povolený vzhľadom na usporiadaný charakter kryštálu, čo robí tento spôsob vynikajúcou alternatívou na čistenie roztokov. Mnohokrát v chémii a chemickom inžinierstve je potrebné použiť separačný proces.

Táto potreba sa vytvára buď na zvýšenie čistoty zmesi alebo na získanie jej špecifickej zložky, a preto existuje niekoľko spôsobov, ktoré sa môžu použiť v závislosti od fáz, v ktorých sa táto kombinácia látok nachádza..

index

  • 1 Čo je kryštalizácia??
    • 1.1 Nukleácia
    • 1.2 Rast kryštálov
  • 2 Ako separačná metóda
    • 2.1 Rekryštalizácia
    • 2.2 V priemyselnej oblasti
  • 3 Typy kryštalizácie
    • 3.1. Kryštalizácia chladením
    • 3.2. Kryštalizácia odparením
  • 4 Príklady
  • 5 Referencie

Z čoho pozostáva kryštalizácia??

Kryštalizácia vyžaduje dva kroky, ktoré musia nastať predtým, ako sa môže vytvoriť kryštalická sieť: najprv musí existovať dostatok akumulácie atómov alebo molekúl na mikroskopickej úrovni, aby sa takzvaná nukleácia začala vyskytovať..

Tento stupeň kryštalizácie sa môže vyskytovať len v podchladených tekutinách (tj ochladených pod bod mrazu bez toho, aby boli pevné) alebo presýtených roztokov..

Po začatí nukleácie v systéme môžu byť jadrá vytvorené dostatočne stabilné a dostatočne veľké na to, aby začali druhý stupeň kryštalizácie: rast kryštálov.

tvorbou

V tomto prvom kroku sa určia usporiadania častíc, ktoré budú tvoriť kryštály, a pozorujú sa účinky faktorov prostredia na vzniknuté kryštály; napríklad čas potrebný na to, aby sa prvý kryštál objavil, nazývaný čas nukleácie.

Existujú dva stupne nukleácie: primárna a sekundárna nukleácia. V prvom sa nové jadrá tvoria, keď v strede nie sú žiadne iné kryštály, alebo keď ostatné existujúce kryštály nemajú žiadny vplyv na tvorbu týchto kryštálov..

Primárna nukleácia môže byť homogénna, v ktorej nie je žiadny vplyv na časť tuhých látok prítomných v médiu; alebo môže byť heterogénna, pričom tuhé častice vonkajších látok spôsobujú zvýšenie rýchlosti nukleace, ktorá by normálne nenastala.

V sekundárnej nukleácii vznikajú nové kryštály vplyvom iných existujúcich kryštálov; to sa môže stať v dôsledku rezných síl, ktoré robia segmenty existujúcich kryštálov novými kryštálmi, ktoré tiež rastú svojou vlastnou rýchlosťou.

Tento typ nukleace je výhodný v systémoch s vysokou energiou alebo prietoku, kde dochádza k zrážkam tekutiny medzi kryštálmi.

Rast kryštálov

Je to proces, pri ktorom kryštál zväčšuje svoju veľkosť agregáciou viacerých molekúl alebo iónov do intersticiálnych pozícií svojej kryštalickej siete..

Na rozdiel od tekutín rastú kryštály rovnomerne len vtedy, keď molekuly alebo ióny vstupujú do týchto polôh, hoci ich tvar závisí od povahy danej zlúčeniny. Akékoľvek nepravidelné usporiadanie tejto štruktúry sa nazýva kryštalická porucha.

Rast kryštálu závisí od radu faktorov, medzi ktoré patrí okrem iného povrchové napätie roztoku, tlak, teplota, relatívna rýchlosť kryštálov v roztoku a Reynoldsovo číslo..

Najjednoduchší spôsob, ako zabezpečiť, aby kryštál vyrastal do väčších veľkostí a aby mal vysokú čistotu, je prostredníctvom kontrolovaného a pomalého chladenia, ktoré zabraňuje tvorbe kryštálov v krátkom čase a zadržaniu cudzích látok vo vnútri. oni.

Okrem toho je dôležité poznamenať, že s malými kryštálmi je oveľa ťažšie manipulovať, skladovať a presúvať sa a náklady na ich filtrovanie z roztoku sú vyššie ako tie väčšie. V prevažnej väčšine prípadov budú najväčšie kryštály z týchto a viacerých dôvodov najžiadanejšie.

Ako separačná metóda

Potreba čistiť roztoky je bežná v chémii a chemickom inžinierstve, pretože môže byť nevyhnutné získať produkt, ktorý je homogénne zmiešaný s inou alebo inými rozpustenými látkami..

Preto boli vyvinuté zariadenia a metódy na uskutočnenie kryštalizácie ako procesu priemyselnej separácie.

V závislosti od požiadaviek existujú rôzne úrovne kryštalizácie a môžu sa uskutočňovať v malom alebo veľkom meradle. Preto ju možno rozdeliť do dvoch všeobecných klasifikácií:

rekryštalizácia

Nazýva sa rekryštalizácia na techniku, ktorá sa používa na čistenie chemikálií v menšom meradle, zvyčajne v laboratóriu.

To sa uskutoční s roztokom požadovanej zlúčeniny spolu s jej nečistotami vo vhodnom rozpúšťadle, čím sa vyzráža vo forme kryštálov niektoré z dvoch druhov, ktoré sa majú neskôr odstrániť..

Existuje niekoľko spôsobov rekryštalizácie roztokov, medzi ktorými je rekryštalizácia s rozpúšťadlom, niekoľko rozpúšťadiel alebo horúca filtrácia..

-Jedno rozpúšťadlo

Keď sa použije jediné rozpúšťadlo, pripraví sa roztok zlúčeniny "A", nečistoty "B" a minimálne požadované množstvo rozpúšťadla (pri vysokej teplote) za vzniku nasýteného roztoku..

Roztok sa potom ochladí, čo spôsobí pokles rozpustnosti oboch zlúčenín a rekryštalizáciu zlúčeniny "A" alebo nečistoty "B". V ideálnom prípade je žiaduce, aby boli kryštály čistej zlúčeniny "A". Môže byť potrebné pridať jadro na začatie tohto procesu, ktorým môže byť dokonca fragment skla.

-Rôzne rozpúšťadlá

Pri rekryštalizácii niekoľkých rozpúšťadiel sa používajú dve alebo viac rozpúšťadiel a rovnaký spôsob sa uskutočňuje rovnako ako rozpúšťadlo. Tento spôsob má tú výhodu, že sa zlúčenina alebo nečistota vyzrážajú, keď sa pridá druhé rozpúšťadlo, pretože v nej nie sú rozpustné. Pri tejto rekryštalizačnej metóde nie je nutné zmes zahrievať.

-Filtrácia za tepla

Nakoniec sa použije rekryštalizácia s horúcou filtráciou, keď je nerozpustná látka "C", ktorá sa odstráni vysokoteplotným filtrom po tom istom postupe rekryštalizácie jedného rozpúšťadla..

V priemyselnej oblasti

V priemyselnej oblasti chceme uskutočniť proces nazývaný frakčná kryštalizácia, čo je metóda, ktorá rafinuje látky podľa ich rozdielov v rozpustnosti..

Tieto procesy sa podobajú procesom rekryštalizácie, ale na manipuláciu s väčším množstvom produktu sa používajú rôzne technológie.

Aplikujú sa dve metódy, ktoré budú lepšie vysvetlené v nasledujúcom výkaze: kryštalizácia ochladením a kryštalizáciou odparením.

Tento proces vo veľkom meradle vytvára odpad, ale tieto sú zvyčajne recirkulované systémom, aby sa zabezpečila absolútna čistota konečného produktu..

Typy kryštalizácie

Existujú dva typy kryštalizácie vo veľkom meradle, ako je uvedené vyššie, chladením a odparovaním. Boli vytvorené aj hybridné systémy, kde sa obidva javy vyskytujú súčasne.

Kryštalizácia ochladením

Pri tomto spôsobe sa roztok ochladí, aby sa znížila rozpustnosť požadovanej zlúčeniny, čo spôsobuje, že sa začne zrážať požadovanou rýchlosťou.

V chemickom inžinierstve (alebo procesoch) sa kryštalizátory používajú vo forme nádrží so zmiešavačmi, ktoré cirkulujú chladiace kvapaliny v oddeleniach, ktoré obklopujú zmes, takže obe látky neprichádzajú do styku, keď dochádza k prenosu tepla chladiva do roztoku..

Na odstránenie kryštálov sa použijú škrabky, ktoré vytlačia pevné fragmenty do jamy.

Kryštalizácia odparením

To je ďalšia možnosť na dosiahnutie vyzrážania kryštálov rozpustenej látky, pričom sa použije proces odparovania rozpúšťadla (pri konštantnej teplote, na rozdiel od predchádzajúceho spôsobu), aby koncentrácia rozpustenej látky prekročila úroveň rozpustnosti..

Najbežnejšími modelmi sú tzv. Modely s núteným obehom, ktoré udržujú kvapalinu kryštálov v homogénnej suspenzii v nádrži, regulujú ich prietok a rýchlosť a zvyčajne vytvárajú väčšie priemerné kryštály, ako sú kryštály vytvorené pri kryštalizácii. chladením.

Príklady

Kryštalizácia je proces, ktorý sa často používa v priemysle a možno uviesť niekoľko príkladov:

- Pri extrakcii soli z morskej vody.

- Pri výrobe cukru.

- Pri tvorbe síranu sodného (Na2SW4).

- Vo farmaceutickom priemysle.

- Pri výrobe čokolády, zmrzliny, masla a margarínu, okrem mnohých ďalších potravín.

referencie

  1. Kryštalizácie. (N. D.). Zdroj: en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Zdroj: thinkco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). University of Colorado na Boulder. Zdroj: orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Encyklopédia Britannica. Získané z britannica.com