КРИСТАЛИЗАЦИЈА: ПОСТУПАК, ВРСТЕ, ПРИМЕРИ, ОДВАЈАЊЕ - ХЕМИЈА - 2025

Кристализација је физички процес у коме се природно или вештачки кристалну супстанцу, односно наредио структура формирана од облику течног или гасовитог медијума. Од падавина се разликује по томе што се потоњи развија без ригорозне контроле процесних параметара, као и по томе што може да ствара аморфне и желатинозне чврсте материје.

Циљ кристализације, као што само име и јасно говори, је стварање кристала. Они се не одликују само уредношћу, већ и чистом чврстом супстанцом. Због тога се у синтези чврстих једињења настоји добити производе високе чистоће, кристале који су што чистији.

Кристализација хипотетичког раствора љубичасте боје у воденом раствору. Извор: Габриел Боливар.

Слика изнад приказује генерализовану и хипотетску кристализацију љубичастог раствора у воденом раствору.

Имајте на уму да црвена трака делује као термометар. Када је температура висока, раствор садржи растворени раствор, који остаје растворљив у тим условима. Међутим, како температура постепено опада, почињу се појављивати први љубичасти кристали.

Како се температура и даље смањује, кристали ће се повећавати и формирати робусне љубичасте шестерокутнике. Промена боје раствора указује на то да је раствор растворен од растварања до уградње у растуће кристале. Што је спорија кристализација, то је чишћа добијена кристална чврста супстанца.

Постоје и друге променљиве које треба узети у обзир током овог процеса: колико је раствора растворено у датом растварачу, на којој температури се раствор мора загрејати, колико дуго хлађење мора да траје, колико је потребно да се прибегне или не да звучи агитација, између осталог. аспекти.

Процес кристализације, више од сложеног феномена који укључује молекуларну динамику и термодинамику, уметност је која захтева стално учење, испитивања и грешке, док се не усаврши у лабораторији или у индустрији.

Процес кристализације

Кристализација се у основи састоји од два процеса: нуклеације и раста кристала.

Обе фазе се увек одвијају током кристализације, али када се прва догоди брзо, друга се неће имати времена развити. У међувремену, ако је језгра споро, кристали ће имати више времена да расту, и самим тим ће они бити већи. Потоњи је ситуација претпостављена на слици са љубичастим шестерокутима.

Нуклеатион

Изворно је речено да су кристали чврста супстанца са нарученим структурама. Из раствора где се раствор расипа у поремећају, његове честице морају се довољно приближити тако да њихове интеракције, било оне јонске или Ван дер Валлсове, омогућавају насељавање прве групе честица топљених супстанци: кластера.

Овај кластер се може растворити и поново формирати онолико пута колико је потребно док није стабилан и кристални. Каже се да се прво језгро појавило. Ако се нуклеус појави ниоткуда, то јест из саме хомогености медијума током његовог хлађења, то ће бити хомогена нуклеација.

С друге стране, ако се наведено језгро одвија захваљујући површини коју пружа друга нерастворљива чврста честица или несавршености контејнера, тада ћемо имати хетерогену нуклеарност. Потоњи је најчешће кориштен и познат, посебно када се у раствор дода ситни кристал претходно добијених врста које желимо кристализирати.

Кристали се никада не могу формирати из танког ваздуха, а да претходно не настану језгра.

Раст кристала

У раствору је и даље пуно раствореног раствора, али концентрација раствора у овим језграма је већа него у њиховој околини. Језгра делују као ослонац да се више растворених честица смешта и „уклапа" у своје растуће структуре. На тај начин се њихове геометрије одржавају и постепено расту.

На пример, прва језгра на слици су љубичасти шестерокут; ово је твоја геометрија. Како су уграђене растворљиве честице, језгра израсту у робусне шестерокутне кристале, који ће и даље расти ако раствор буде уроњен у ледену купељ.

Врсте кристализације

Оно што је до сада објашњено састоји се од кристализације хлађењем растварача.

Кристализација растварача за уклањање

Остале врсте кристализације заснивају се на уклањању растварача упаравањем, за што није потребно користити толико запремине; то јест, довољно је само засићи га раствором и загрејати да се пренасичи, а затим још мало, а затим оставити у мировању да се раствора коначно искристализује.

Кристализација са додатком растварача

Исто тако, имамо кристализацију узроковану додатком растварача у смешу у којој је растварач нерастворљив (антисолвент). Стога ће се фаворизирати нуклеација јер постоје покретна и течна подручја у којима ће честице растворених бити концентрисаније него у оним гдје је топиво.

Кристализација сонификацијом

С друге стране, долази до кристализације сонификацијом, при чему ултразвук ствара и разбија мале мјехуриће који опет потичу нуклерацију, истовремено помажући да се кристално распореди равномјерније.

И на крају, долази до кристализације из таложења испарења на хладним површинама; то јест обратни феномен сублимацији чврстих тела.

Метода раздвајања кристализације

Кристализација је незаменљива техника при добијању чврстих материја и њиховом пречишћавању. Врло се понавља у синтези органских једињења и представља једну од последњих фаза која гарантује чистоћу и квалитет производа.

Пример боје

Претпоставимо, на пример, да су добијени кристали бојила и да су већ филтрирани. С обзиром да је ова боја првобитно добијена таложењем током синтезе, његова чврста супстанца показује изглед аморфног, јер има много нечистоћа апсорбованих и заробљених између његових молекуларних кристала.

Стога је одлучено да се загрева растварач тамо где је боја мало растворљива, тако да се након додавања раствара релативно лако. Након што се раствори после додавања мало више растварача, раствор се одвоји од извора топлоте и остави да почива. Како температура пада, одвија се нуклеација.

На тај начин ће се формирати кристали обојени и чинити се дефинитивнијима (не нужно кристалним за око). Управо у овом тренутку контејнер (обично Ерленмајерова тиквица или посуда) је потопљен у ледену купељ. Хладноћа ове купке завршава погодујући расту кристала изнад нуклеације.

Кристали боје се затим филтрирају под вакуумом, исперу растварачем у коме је нерастворљив и оставе да се осуше у сатници.

Температура кристализације

Температура на којој долази до кристализације зависи од тога колико је нерастворљиви раствор у медијуму растварача. Исто тако, то зависи од тачке кључања растварача, јер ако раствор још није растворен на температури кључања, то је зато што се мора користити други погоднији растварач.

На пример, чврста супстанца која се може кристализирати у воденом медију чиниће то тако што вода смањује температуру (тј. Са 100 на 50 ° Ц) или док испарава. Ако кристализација долази испаравањем, онда се каже да се одвија на собној температури.

С друге стране, кристализација метала или неких јонских чврстих материја одвија се на веома високим температурама, пошто су њихове талиште веома високе, а растаљена течност је ужарена, чак и када се довољно охлади да нуклеусира своје честице и расте своје кристале.

Брзина кристализације

У принципу постоје два директна начина за контролу брзине кристализације чврсте супстанце: степеном презадасићености (или пресушивањем) или наглим променама температуре.

Степен пренасичености

Степен пренасичености значи колико је вишак раствора приморан да се раствара применом топлоте. Дакле, што је више засићених раствора, то је бржи процес нуклеације, јер постоји већа вероватноћа да ће се језгра формирати.

Иако се кристализација убрзава на овај начин, добијени кристали биће мањи у поређењу са онима добијеним са нижим степеном пренасичености; то јест, када се фаворизује њихов раст, а не нуклеација.

Промена температуре

Ако температура падне нагло, језгра тешко да ће имати времена да расту и, не само то, већ ће задржати и већи ниво нечистоће. Резултат је да иако се кристализација одвија брже од спорог хлађења, квалитет, величина и чистоћа кристала на крају су нижи.

Брза кристализација услед наглог пада температуре. Извор: Габриел Боливар.

Слика изнад служи за разлику од прве. Жуте тачкице представљају нечистоће које се због наглог раста језгара задржавају у њима.

Ове нечистоће отежавају уградњу више љубичастих шестерокутова, што резултира с пуно малих, нечистих кристала на крају, а не великих, чистих.

Апликације

Кристализација сладоледа један је од најважнијих аспеката његове индустријске или занатске производње. Извор: Пикабаи.

Кристализација, као и рекристализација, од виталног је значаја за добијање висококвалитетних, чистих чврстих материја. За фармацеутску индустрију то посебно важи јер њихови производи морају бити што чистији, баш као и конзерванси који се користе у прехрамбеној индустрији.

Даље, нанотехнологија веома зависи од овог процеса тако да могу да синтетишу наночестице или нанокристале, а не робусне кристалне чврсте материје.

Један од свакодневних примера у којем кристализација има велико учешће је у производњи сладоледа. Ако нисте пажљиви са водом, она се кристалише у посебној фази (лед) из садржаја липида, утичући на њену текстуру и укус; Другим ријечима, више ће личити на обријани сладолед или сладолед.

Због тога би ледени кристали требали бити што мањи, како би сладолед био укусан на укус и додир. Кад су ови кристали леда мало крупнији, могу се открити на светлу, јер дају сладоледу замрзнуту површину.

Примери кристализације

На крају, поменуће се неколико уобичајених примера кристализације, природних и вештачких:

Пахуљице

Пахуље се формирају природним процесом кристализације. Познато је да је сваки снежни кристал јединствен. То је због услова који настају током друге фазе кристализације (раста).

Различити геометријски облици снијежних кристала настају због услова с којима се морају суочити током раста кристала.

Со

Со је најчешћи пример кристализације. То се може формирати и природно (попут морске соли) и вештачки (као што је случај са кухињском соли).

Шећер

Након соли, шећер је један од најчешћих кристала. Настаје кроз низ сложених индустријских процеса у којима се узима сок од шећерне трске и подвргава се поступку вештачке кристализације.

Дијамант

Дијамант је драгуљ који настаје кристализацијом чистог угљеника. Ово је најтежи материјал који се зна на планети. Његова формација може бити природна, као што је случај са дијамантима која се налазе у рударским лежиштима, или синтетичка.

Руби

Руби је црвенкаст кристал који настаје кристализацијом алуминијум оксида (коридона).

Сталагмити

Сталагмити су грађевине које се могу наћи у пећинама, тачније у тлима (растуће према горе). Састављена су од једињења калцијума и настају кристализацијом калцијумових соли које се налазе у води која пада са плафона пећина.

Сталактити

Сталактити су, попут сталагмита, направљени од калцијума и налазе се у пећинама. Од последњег се разликују по томе што виси са плафона. Они настају кристализацијом калцијумових соли присутних у води која се инфилтрира у пећине.

Кварц

Кварц је драгуљ који настаје кристализацијом анхидрида силицијума. То је један од најзаступљенијих минерала у стенама и боја му је променљива.

Перидот

Назван и оливином, овај драги камен настаје захваљујући кристализацији гвожђа и магнезијума. Зелене је боје и обично је дијамантског облика.

Силикати

Силикати су материјали настали кристализацијом силицијума и других елемената (гвожђе, алуминијум, калцијум, магнезијум). Присутни су у свим стенама.

Бомбони

Слаткиши се праве са кристалима шећера, па се може рећи да су укључена два процеса кристализације: први за стварање шећера и други за стварање меласе.

Кремни сладолед

Кремаст сладолед садржи низ кристала који му дају коначну глатку текстуру. Међу кристалима које садржи кремасти сладолед истичу се липидни кристали (формирани из масти) и ледени кристали. Треба напоменути да неки сладоледи садрже и кристале лактозе.

У том смислу, сладолед се добија путем различитих процеса вештачке кристализације (један за липиде, други за лед и лактозу).

Други

- Припрема кристала шећера око нити или конопца, као и засићени слатки раствор

- Формирање кристала шећера из меда смештених на дну посуда

- Раст бубрежних каменаца, који се састоје од есенције кристала калцијум оксалата

-Кристализација минерала, укључујући драгуља и дијаманте, током година, чији облици и ивице су одраз њихових уредних унутрашњих структура

-Постављање вруће металне паре на хладним шипкама као потпори за раст њихових кристала.

Референце

1. Даи, Р. и Ундервоод, А. (1989). Квантитативна аналитичка хемија. (пето издање). ПЕАРСОН Прентице Халл.
2. Википедиа. (2019). Кристализација. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Хелменстине, др Анне Марие (23. маја 2019). Дефиниција кристализације. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Универзитет у Колораду. (сф) Кристализација. Органска хемија. Опоравак од: оргцхембоулдер.цом
5. Сиррис. (2019). Шта је кристализација? Опоравак од: сиррис.цом