Kristallisatie in wat het bevat, methode van scheiding, typen en voorbeelden

de kristallisatie het is een proces waarbij een vaste stof wordt gevormd met atomen of moleculen in georganiseerde structuren, die kristallijne netwerken worden genoemd. Kristallen en kristallijne netwerken kunnen worden gevormd door de precipitatie van een oplossing, door fusie en, in sommige gevallen, door directe afzetting van een gas.

De structuur en aard van dit kristallijne netwerk zal afhangen van de omstandigheden waaronder het proces plaatsvindt, inclusief de tijd die verstreken is om deze nieuwe staat te bereiken. Kristallisatie als een scheidingsproces is buitengewoon nuttig, omdat het ervoor zorgt dat structuren alleen worden verkregen uit de gewenste verbinding.

Bovendien garandeert dit proces dat de doorgang van andere soorten niet wordt toegestaan ​​gezien de geordende aard van het kristal, waardoor deze methode een uitstekend alternatief is voor de zuivering van oplossingen. Vaak is het in scheikunde en chemische technologie noodzakelijk om een ​​mengscheidingsproces te gebruiken.

Deze behoefte wordt gegenereerd om de zuiverheid van het mengsel te verhogen of om een ​​specifiek bestanddeel ervan te verkrijgen, en om deze reden zijn er verschillende methoden die kunnen worden gebruikt afhankelijk van de fasen waarin deze combinatie van stoffen wordt aangetroffen..

index

• 1 Wat is kristallisatie??
  • 1.1 Nucleatie
  • 1.2 Kristalgroei
• 2 Als een scheidingsmethode
  • 2.1 Herkristallisatie
  • 2.2 Op industrieel gebied
• 3 soorten kristallisatie
  • 3.1 Kristallisatie door koeling
  • 3.2 Kristallisatie door verdamping
• 4 voorbeelden
• 5 Referenties

Waaruit bestaat kristallisatie??

Kristallisatie vereist twee stappen die moeten plaatsvinden voordat er kristallijne netwerkvorming kan plaatsvinden: ten eerste moet er voldoende accumulatie van atomen of moleculen op het microscopische niveau zijn om de zogenaamde nucleatie te laten optreden.

Deze kristallisatietrap kan alleen plaatsvinden in onderkoelde vloeistoffen (dwz gekoeld tot onder het vriespunt zonder ze solide te maken) of oververzadigde oplossingen.

Na het begin van nucleatie in het systeem, kunnen de kernen voldoende stabiel en groot genoeg worden gevormd om de tweede kristallisatietrap te starten: kristallijne groei.

nucleatie

In deze eerste stap worden de rangschikkingen van de deeltjes die de kristallen zullen vormen bepaald en de effecten van de omgevingsfactoren op de gevormde kristallen worden waargenomen; bijvoorbeeld de tijd die nodig is om het eerste kristal te laten verschijnen, de zogenoemde kiemvormingstijd.

Er zijn twee stadia van nucleatie: primaire en secundaire nucleatie. In de eerste worden nieuwe kernen gevormd wanneer er geen andere kristallen in het midden zijn, of wanneer de andere bestaande kristallen geen effect hebben op de vorming van deze.

De primaire kiemvorming kan homogeen zijn, waarbij er geen invloed is op het gedeelte van de vaste stoffen die in het medium aanwezig zijn; of het kan heterogeen zijn, waarbij de vaste deeltjes van uitwendige substanties een toename in de nucleatiesnelheid veroorzaken die normaal niet zou optreden.

Bij secundaire nucleatie worden nieuwe kristallen gevormd door de invloed van andere bestaande kristallen; dit kan gebeuren door snijkrachten waardoor segmenten van bestaande kristallen nieuwe kristallen worden die ook in hun eigen tempo groeien.

Dit type nucleatie profiteert in systemen met hoge energie of stroming, waarbij de vloeistof in kwestie botsingen tussen kristallen veroorzaakt.

Kristalgroei

Het is het proces waarin het kristal groter wordt door de aggregatie van meer moleculen of ionen naar de interstitiële posities van zijn kristallijnen netwerk.

Anders dan vloeistoffen, groeien kristallen slechts uniform wanneer moleculen of ionen deze posities binnenkomen, hoewel hun vorm zal afhangen van de aard van de verbinding in kwestie. Elke onregelmatige indeling van deze structuur wordt een kristalfout genoemd.

De groei van een kristal hangt af van een reeks factoren, waaronder de oppervlaktespanning van de oplossing, druk, temperatuur, relatieve snelheid van de kristallen in de oplossing en het getal van Reynolds, onder anderen..

De eenvoudigste manier om ervoor te zorgen dat een kristal groeit tot grotere afmetingen en dat het van hoge zuiverheid is, is door een gecontroleerde en langzame afkoeling, die voorkomt dat de kristallen zich in korte tijd vormen en dat vreemde stoffen erin worden opgesloten. zij.

Daarnaast is het belangrijk op te merken dat kleine kristallen veel moeilijker te manipuleren, op te slaan en te verplaatsen zijn, en het kost meer om ze uit een oplossing te filteren dan de grotere. In de overgrote meerderheid van de gevallen zullen de grootste kristallen het meest gewenst zijn, om deze en meer redenen.

Als een scheidingsmethode

De noodzaak om oplossingen te zuiveren is gebruikelijk in de chemie en de chemische technologie, omdat het misschien nodig is om een ​​product te verkrijgen dat homogeen wordt gemengd met een andere of andere opgeloste stoffen..

Daarom zijn apparatuur en methoden ontwikkeld om kristallisatie uit te voeren als een industrieel scheidingsproces.

Er zijn verschillende niveaus van kristallisatie, afhankelijk van de vereisten, en kan op kleine of grote schaal worden uitgevoerd. Daarom kan het worden onderverdeeld in twee algemene classificaties:

herkristallisatie

Het wordt herkristallisatie genoemd naar de techniek die wordt gebruikt om chemicaliën op kleinere schaal te zuiveren, meestal in een laboratorium.

Dit wordt gedaan met een oplossing van de gewenste verbinding samen met zijn onzuiverheden in een geschikt oplosmiddel, waarbij wordt gestreefd naar het neerslaan in de vorm van kristallen van enkele van de twee soorten die later moeten worden verwijderd..

Er zijn verschillende manieren om de oplossingen te herkristalliseren, waaronder herkristallisatie met een oplosmiddel, met verschillende oplosmiddelen of met hete filtratie..

-Een enkel oplosmiddel

Wanneer een enkel oplosmiddel wordt gebruikt, wordt een oplossing van verbinding "A", verontreiniging "B" en de minimaal vereiste hoeveelheid oplosmiddel (bij hoge temperatuur) bereid om een ​​verzadigde oplossing te vormen..

De oplossing wordt vervolgens afgekoeld, waardoor de oplosbaarheid van beide verbindingen afneemt en de verbinding "A" of verontreiniging "B" wordt herkristalliseerd. Wat ideaal gewenst is, is dat de kristallen van zuivere "A" -verbinding zijn. Het kan nodig zijn om een ​​kern toe te voegen om dit proces te starten, dat zelfs een glasfragment kan zijn.

-Verschillende oplosmiddelen

Bij de herkristallisatie van verschillende oplosmiddelen worden twee of meer oplosmiddelen gebruikt en wordt dezelfde werkwijze uitgevoerd als met een oplosmiddel. Deze werkwijze heeft het voordeel dat de verbinding of onzuiverheid neerslaat terwijl het tweede oplosmiddel wordt toegevoegd, omdat ze daarin niet oplosbaar zijn. Bij deze herkristallisatiemethode is het niet nodig om het mengsel te verwarmen.

-Hete filtratie

Tenslotte wordt herkristallisatie met hete filtratie gebruikt wanneer er onoplosbaar materiaal "C" is, dat wordt verwijderd met een hoge temperatuurfilter na dezelfde procedure van herkristallisatie van een enkel oplosmiddel te hebben uitgevoerd.

Op industrieel gebied

Op industrieel gebied willen we een proces uitvoeren dat gefractioneerde kristallisatie wordt genoemd, een methode die de stoffen verfijnt volgens hun verschillen in oplosbaarheid.

Deze processen lijken op die van herkristallisatie, maar gebruiken verschillende technologieën om grotere hoeveelheden product te verwerken.

Er worden twee methoden toegepast, die beter worden uitgelegd in de volgende verklaring: kristallisatie door afkoeling en kristallisatie door verdamping.

Op grote schaal genereert dit proces afval, maar deze worden meestal gerecirculeerd door het systeem om absolute zuiverheid van het eindproduct te garanderen.

Typen kristallisatie

Er zijn twee soorten grootschalige kristallisatie, zoals hierboven vermeld: door afkoeling en door verdamping. Hybride systemen zijn ook gecreëerd, waarbij beide verschijnselen gelijktijdig optreden.

Kristallisatie door koeling

Bij deze methode wordt de oplossing afgekoeld om de oplosbaarheid van de gewenste verbinding te verminderen, waardoor deze begint te precipiteren op de gewenste snelheid.

In de chemische technologie (of werkwijzen) worden kristallisatoren gebruikt in de vorm van tanks met mengers, die koelmiddelvloeistoffen circuleren in compartimenten die het mengsel omringen, zodat beide stoffen niet in contact komen terwijl de warmteoverdracht van koelmiddel naar oplossing plaatsvindt..

Om de kristallen te verwijderen, worden schrapers gebruikt, die de vaste fragmenten in een put duwen.

Kristallisatie door verdamping

Dit is de andere optie om de opgeloste kristallen te laten neerslaan door gebruik te maken van een oplosmiddelverdampingsproces (bij constante temperatuur, in tegenstelling tot de vorige methode), om de concentratie opgeloste stof hoger te maken dan het niveau van oplosbaarheid.

De meest gangbare modellen zijn de zogenaamde geforceerde circulatiemodellen, die de liquor van kristallen in een homogene suspensie door de tank houden, hun stroom en snelheid regelen, en gewoonlijk grotere gemiddelde kristallen genereren dan die gevormd in de kristallisatie door af te koelen.

Voorbeelden

Kristallisatie is een proces dat veel wordt toegepast in de industrie en er zijn verschillende voorbeelden te noemen:

- Bij de winning van zout uit zeewater.

- Bij de productie van suiker.

- Bij de vorming van natriumsulfaat (Na₂SW₄).

- In de farmaceutische industrie.

- Bij het maken van chocolade, ijs, boter en margarine, naast vele andere voedingsmiddelen.

referenties

1. Kristallisatie. (N.D.). Opgehaald van en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Opgehaald van thoughtco.com
3. Boulder, C. (s.f.). Universiteit van Colorado in Boulder. Teruggehaald van orgchemboulder.com
4. Britannica, E. (s.f.). Encyclopedie Britannica. Opgehaald van britannica.com