KRISTALIZAVIMAS: PROCESAS, RŪŠYS, PAVYZDŽIAI, ATSKYRIMAS - CHEMIJA - 2025

Kristalizacija yra fizinis procesas, kurio natūraliai arba dirbtinai kietos kristalinės medžiagos, ty padengti struktūra yra suformuotas iš skystos arba dujų pavidalo terpė yra. Nuo kritulių ji skiriasi tuo, kad pastaroji išsivysto griežtai nekontroliuodama proceso parametrų, taip pat tuo, kad gali gaminti amorfines ir želatinines kietąsias medžiagas.

Kristalizacijos tikslas, kaip tai aiškiai ir aiškiai nurodo jos pavadinimas, yra kristalų susidarymas. Jie pasižymi ne tik tvarkingumu, bet ir grynomis kietomis medžiagomis. Todėl sintezuojant kietus junginius, norima gauti aukšto grynumo produktus, kristalus, kurie būtų kuo grynesni.

Hipotetinės purpurinės spalvos tirpiklio kristalizavimas vandeniniame tirpale. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodytas apibendrintas ir hipotetinis purpurinės tirpios medžiagos kristalizavimas vandeniniame tirpale.

Atminkite, kad raudona juosta veikia kaip termometras. Kai temperatūra yra aukšta, tirpale yra ištirpintos medžiagos, kuri tokiomis sąlygomis išlieka tirpi. Tačiau palaipsniui mažėjant temperatūrai, pradeda ryškėti pirmieji purpuriniai kristalai.

Temperatūrai toliau mažėjant, kristalai didės ir sudarys tvirtus purpurinius šešiakampius. Tirpalo spalvos pokytis rodo, kad tirpioji medžiaga ištirpo, kad būtų įtraukta į augančius kristalus. Kuo lėčiau kristalizuojasi, tuo grynesnė gaunasi kristalinė kieta medžiaga.

Yra ir kiti kintamieji, į kuriuos reikia atsižvelgti vykstant šiam procesui: kiek tirpaus tirpalo ištirpinama duotame tirpiklyje, kokia temperatūra tirpalas turi būti kaitinamas, kiek laiko turi tęstis aušinimas, kiek tai būtina atlikti, ar ne, norint atlikti garso sujaudinimą, be kita ko. aspektai.

Kristalizacijos procesas, daugiau nei sudėtingas reiškinys, apimantis molekulinę dinamiką ir termodinamiką, yra menas, reikalaujantis nuolatinio mokymosi, bandymų ir klaidų, kol jis nėra tobulas laboratorijoje ar pramonėje.

Kristalizacijos procesas

Kristalizaciją iš esmės sudaro du procesai: branduolys ir kristalų augimas.

Abi stadijos visada vyksta kristalizacijos metu, tačiau kai pirmoji įvyksta greitai, antrajai vargu ar turės laiko vystytis. Tuo tarpu, jei branduolys yra lėtas, kristalai turės daugiau laiko augti, todėl jie bus linkę būti didesni. Pastaroji yra tokia situacija, kokia numanoma vaizde su purpuriniais šešiakampiais.

Branduolys

Iš pradžių buvo sakoma, kad kristalai yra kieti su tvarkingomis struktūromis. Iš tirpalo, kuriame tirpus tirpalas pasklidęs netvarkingai, jo dalelės turi būti pakankamai artimos, kad jų sąveika, nesvarbu, ar jie būtų joniniai, ar Van der Walls tipo, leistų nusistovėti pirmajai tirpių dalelių grupei: grupei.

Ši sankaupa gali ištirpti ir formuotis tiek kartų, kiek reikia, kol ji yra stabili ir kristalinė. Tada sakoma, kad pasirodė pirmasis branduolys. Jei branduolys pasirodys iš niekur, tai yra, nuo pačios terpės homogeniškumo jos aušinimo metu, tai bus vienalytis branduolys.

Kita vertus, jei minėtas branduolys įvyks dėl kitos netirpios kietos dalelės paviršiaus arba dėl konteinerio trūkumų, tada turėsime nevienalytį branduolį. Pastarasis yra plačiausiai naudojamas ir žinomas, ypač kai į tirpalą pridedama maža, anksčiau gautų rūšių kristalų rūšis, kurias norime kristalizuoti.

Kristalai niekada negali susidaryti iš plono oro, jei iš pradžių nesusidarys branduolys.

Kristalų augimas

Tirpale vis dar yra daug ištirpusių tirpių medžiagų, tačiau šiuose branduoliuose jų koncentracija yra didesnė nei jų apylinkėse. Branduoliai veikia kaip atrama, kad daugiau augančių dalelių galėtų įsitvirtinti ir „tilptų“ tarp jų augančių struktūrų. Tokiu būdu jų geometrija palaikoma ir pamažu auga.

Pavyzdžiui, pirmieji paveikslo branduoliai yra purpuriniai šešiakampiai; tai tavo geometrija. Įtraukus tirpias daleles, branduoliai išauga į tvirtus šešiakampius kristalus, kurie toliau augs, jei tirpalas panardinamas į ledo vonią.

Kristalizacijos tipai

Tai, kas paaiškinta iki šiol, yra kristalinimas atšaldant tirpiklį.

Tirpiklio pašalinimo kristalizavimas

Kiti kristalizacijos tipai yra pagrįsti tirpiklio pašalinimu garinant, todėl nebūtina naudoti tokio tūrio tirpalo; y., pakanka jį tiesiog sočiųjų tirpalų ir pašildyti, kad jis būtų persotintas, ir po truputį dar palikti ramybėje, kad tirpinta medžiaga galutinai susikristalizuotų.

Kristalizavimas tirpiklio papildymu

Panašiai mes turime kristalizaciją, kurią sukelia tirpiklio pridėjimas į mišinį, kuriame tirpi medžiaga netirpi (tirpiklis). Todėl branduolys bus pirmenybė teikiamas, nes yra judriųjų ir skystųjų sričių, kuriose tirpių dalelių koncentracija bus didesnė, nei tose, kuriose ji labai gerai tirpsta.

Kristalizacija ultragarsu

Kita vertus, tai yra kristalizacija ultragarsu, kai ultragarsas sukuria ir sulaužo mažus burbuliukus, kurie vėl skatina branduolį, tuo pat metu tai padeda tolygiau paskirstyti kristalų dydžius.

Galiausiai išsikristalizuoja dėl garų nusėdimo ant šaltų paviršių; tai yra atvirkštinis kietų medžiagų sublimacinis reiškinys.

Kristalizacijos atskyrimo metodas

Kristalizavimas yra būtinas būdas gauti kietąsias medžiagas ir jas išgryninti. Tai labai pasikartojanti organinių junginių sintezėje ir yra vienas iš paskutinių etapų, užtikrinančių produkto grynumą ir kokybę.

Dažų pavyzdys

Tarkime, kad gaunami dažų kristalai ir jie jau buvo filtruoti. Kadangi šis dažiklis iš pradžių buvo gaunamas nusodinant sintezėje, jo kieta medžiaga atrodo amorfiška, nes jame yra daug priemaišų, absorbuotų ir įstrigusių tarp savo molekulinių kristalų.

Todėl nuspręsta pašildyti tirpiklį ten, kur dažai mažai tirpsta, kad, įpylus, jis gana lengvai ištirptų. Ištirpinęs pridėjus šiek tiek daugiau tirpiklio, tirpalas atskiriamas nuo šilumos šaltinio ir paliekamas pailsėti. Mažėjant temperatūrai, vyksta branduolių formavimasis.

Taigi dažų kristalai susiformuos ir atrodys labiau apibrėžti (nebūtinai kristaliniai akiai). Būtent šiuo momentu indas (dažniausiai Erlenmejerio kolba arba stiklinė) panardinamas į ledo vonią. Šios vonios šaltis skatina kristalų augimą virš branduolio.

Tada dažų kristalai filtruojami vakuume, plaunami tirpikliu, kuriame netirpsta, ir paliekami išdžiūti laikrodiniame stikle.

Kristalizacijos temperatūra

Kristalizacijos temperatūra priklauso nuo to, kiek tirpi medžiaga yra netirpi tirpiklio terpėje. Panašiai, tai priklauso nuo tirpiklio virimo taško, nes jei tirpi medžiaga dar netirps virimo temperatūroje, reikia naudoti kitą tinkamesnį tirpiklį.

Pvz., Kietosios medžiagos, kurios gali kristalizuotis vandeninėje terpėje, tai padarys, kai vanduo sumažės jo temperatūra (tai yra nuo 100 iki 50 ºC) arba kol jis išgaruos. Jei kristalizacija vyksta garinant, tada sakoma, kad ji vyksta kambario temperatūroje.

Kita vertus, metalų ar kai kurių joninių kietųjų medžiagų kristalizavimas vyksta labai aukštoje temperatūroje, nes jų lydymosi temperatūra yra labai aukšta, o išlydytas skystis yra kaitrus, net kai jis yra pakankamai atšaldytas, kad jo dalelėms susidarytų ir augink savo kristalus.

Kristalizacijos greitis

Iš esmės yra du tiesioginiai būdai, kaip valdyti kietos medžiagos kristalizacijos greitį: padidėjusio (arba padidėjusio) prisotinimo laipsniu arba staigiais temperatūros pokyčiais.

Pripratimo laipsnis

Viršutinio prisotinimo laipsnis reiškia, kiek tirpios medžiagos perteklius yra priverstas ištirpti karščiu. Todėl, kuo labiau prisotintas tirpalas, tuo spartesnis yra branduolio procesas, nes didesnė tikimybė, kad susidarys branduoliai.

Nors kristalizacija yra spartinama tokiu būdu, gauti kristalai bus mažesni, palyginti su tais, kurie gauti su žemesniu viršsotumo laipsniu; y., kai palankus jų augimas, o ne branduolys.

Temperatūros pokyčiai

Jei temperatūra staigiai sumažės, branduoliams vargu ar turės laiko augti ir ne tik tai, bet jie išlaikys ir didesnį priemaišų kiekį. Rezultatas yra tai, kad nors kristalizacija įvyksta greičiau nei lėtas aušinimas, kristalų kokybė, dydis ir grynumas galų gale yra žemesni.

Greitas kristalizavimas dėl staigaus temperatūros kritimo. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Aukščiau pateiktas vaizdas yra skirtas kontrastuoti pirmąjį. Geltoni taškai rodo priemaišas, kurios dėl staigaus branduolių augimo yra įstrigusios jų viduje.

Dėl šių priemaišų sudėtinga įtraukti daugiau purpurinių šešiakampių, todėl galų gale susidaro daug mažų, nešvarių kristalų, o ne dideli, gryni.

Programos

Ledų kristalizavimas yra vienas iš svarbiausių aspektų gaminant pramoninius ar amatininkus. Šaltinis: „Pixabay“.

Kristalizavimas ir pakartotinis kristalizavimas yra gyvybiškai svarbūs norint gauti aukštos kokybės grynas kietas medžiagas. Farmacijos pramonei tai ypač aktualu, nes jų produktai turi būti kuo grynesni, kaip ir maisto pramonėje naudojami konservantai.

Be to, nanotechnologijos labai priklauso nuo šio proceso, todėl jos gali sintetinti nanodaleles ar nanokristalus, o ne tvirtas kristalines kietąsias medžiagas.

Vienas iš kasdienių pavyzdžių, kai kristalizacija turi didelę įtaką, yra ledų gamyba. Jei nesate atsargūs su vandeniu, jis kristalizuojasi atskiroje fazėje (ledo) nuo jo lipidų kiekio, taip paveikdamas jo tekstūrą ir skonį; Kitaip tariant, tai bus daugiau kaip nuskusti ledai ar ledai.

Todėl ledo kristalai turėtų būti kuo mažesni, kad ledai būtų skoningi ir liesti. Kai šie ledo kristalai yra šiek tiek dideli, juos galima aptikti šviesoje, nes jie ledams suteikia matinį paviršių.

Kristalizacijos pavyzdžiai

Galiausiai bus paminėti keli paprasti kristalizacijos pavyzdžiai - tiek natūralūs, tiek dirbtiniai:

Snaigės

Snaigės susidaro natūralaus kristalizacijos proceso metu. Yra žinoma, kad kiekvienas sniego krištolas yra unikalus. Taip yra dėl sąlygų, kurios atsiranda antroje kristalizacijos (augimo) fazėje.

Skirtingos sniego kristalų geometrinės formos atsiranda dėl sąlygų, su kuriomis jie turi susidurti augdami kristalams.

Druska

Druska yra labiausiai paplitęs kristalizacijos pavyzdys. Tai gali susidaryti tiek natūraliai (pavyzdžiui, jūros druska), tiek dirbtinai (kaip tai daroma stalo druska).

Cukrus

Po druskos cukrus yra vienas iš labiausiai paplitusių kristalų. Jis susidaro per daugybę sudėtingų pramoninių procesų, kurių metu imamos cukranendrių sultys ir jos dirbtinai kristalizuojamos.

Deimantas

Deimantas yra brangakmenis, kuris susidaro iš kristalizacijos grynos anglies. Tai sunkiausia žinoma planetoje medžiaga. Jos formavimasis gali būti natūralus, kaip ir deimantų, esančių kasybos telkiniuose, arba sintetinių.

Rubinas

Rubinas yra rausvai kristalai, susidarantys kristalizavus aliuminio oksidą (koridoną).

Stalagmitai

Stalagmitai yra struktūros, kurias galima rasti urvuose, ypač dirvožemiuose (auga nukreipti į viršų). Jie yra sudaryti iš kalcio junginių ir yra susidarę kristalizavus kalcio druskas, esančias vandenyje, kuris krinta iš urvų lubų.

Stalaktitai

Stalaktitai, kaip ir stalagmitai, yra gaminami iš kalcio ir yra urvuose. Jie skiriasi nuo pastarųjų, nes jie kabo nuo lubų. Jie susidaro kristalizavus kalcio druskas, esančias vandenyje, kuris infiltruoja urvus.

Kvarcas

Kvarcas yra perlas, susidarantis kristalizavus silicio anhidridą. Tai vienas gausiausių uolienų mineralų ir jo spalva kintama.

Peridotas

Dar vadinamas olivinu, šis brangakmenis susidaro dėl kristalizacijos geležies ir magnio. Jis yra žalsvos spalvos ir dažniausiai yra deimanto formos.

Silikatai

Silikatai yra medžiagos, susidarančios kristalizavus silicio dioksidą ir kitus elementus (geležį, aliuminį, kalcį, magnį). Jų yra visose uolienose.

Saldainiai

Saldainiai gaminami su cukraus kristalais, todėl galima sakyti, kad įsiterpia du kristalizacijos procesai: pirmasis - cukraus formavimui, o antrasis - melasos formavimui.

Kreminiai ledai

Kreminiuose leduose yra nemažai kristalų, kurie suteikia jiems galutinę sklandžią tekstūrą. Tarp kristalų, kuriuose yra kreminių ledų, išsiskiria lipidų kristalai (susidarantys iš riebalų) ir ledo kristalai. Reikėtų pažymėti, kad kai kuriuose leduose yra ir laktozės kristalų.

Šia prasme ledai gaunami atliekant įvairius dirbtinius kristalizacijos procesus (vienas - lipidams, kitas - ledui, kitas - laktozei).

Kiti

-Cukraus kristalų paruošimas aplink sriegį ar virvę ir sočiosios druskos tirpalas

-Cukraus kristalų susidarymas iš medų, nusėdusių stiklainių dugne

-Inkstų akmenų augimas, kurį sudaro kalcio oksalato kristalų esmė

- Metų bėgyje kristalizuojasi mineralai, įskaitant brangakmenius ir deimantus, kurių formos ir briaunos atspindi jų tvarkingą vidinę struktūrą

-Karštų metalų garų nusodinimas ant šaltų strypų, kaip atrama jų kristalų augimui.

Nuorodos

1. Day, R., ir Underwood, A. (1989). Kiekybinė analitinė chemija. (penktasis leidimas). „PEARSON“ Prentice salė.
2. Vikipedija. (2019 m.). Kristalizacija. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Gegužės 23 d.). Kristalizacijos apibrėžimas. Atgauta iš: thinkco.com
4. Kolorado universitetas. (sf). Kristalizacija. Organinė chemija. Atkurta iš: orgchemboulder.com
5. Syrris. (2019 m.). Kas yra kristalizacija? Atgauta iš: syrris.com