Kristalliseerumine selles, mida see hõlmab, eraldamismeetod, tüübid ja näited



The kristalliseerumine see on protsess, kus tahke aine moodustub organiseeritud struktuurides aatomite või molekulidega, mida nimetatakse kristallvõrkudeks. Kristalle ja kristallvõrke saab moodustada lahuse sadestamise teel, sulandamise teel ja mõnel juhul otsese gaasi sadestamise teel..

Selle kristallvõrgu struktuur ja olemus sõltuvad protsessi tingimustest, sealhulgas selle uue oleku saavutamise ajast. Eraldamisprotsessina kristallimine on äärmiselt kasulik, kuna see võimaldab tagada, et struktuurid saadakse ainult soovitud ühendist.

Lisaks tagab see protsess, et teiste liikide läbimine ei ole lubatud, arvestades kristallide tellitud olemust, mis muudab selle meetodi suurepäraseks lahenduseks lahuste puhastamisel. Kemia ja keemiatööstuses on mitu korda vaja kasutada segamis-eraldusprotsessi.

See vajadus tekib kas segu puhtuse suurendamiseks või selle konkreetse komponendi saamiseks ning seetõttu on olemas mitmeid meetodeid, mida saab kasutada sõltuvalt faasidest, milles see ainete kombinatsioon on leitud..

Indeks

  • 1 Mis on kristalliseerumine??
    • 1.1
    • 1.2 Kristallide kasv
  • 2 Eraldamismeetodina
    • 2.1 Ümberkristallimine
    • 2.2 Tööstuse valdkonnas
  • 3 Kristalliseerumise liigid
    • 3.1 Kristalliseerumine jahutamisega
    • 3.2 Kristalliseerumine aurustamisega
  • 4 Näited
  • 5 Viited

Mida kristalliseerumine koosneb??

Kristalliseerumine nõuab kahte etappi, mis peavad toimuma enne kristallvõrgu moodustumist: esiteks peab mikroskoopilisel tasandil olema piisavalt aatomite või molekulide kogunemist, et nn tuumaksumine algaks.

See kristalliseerumise etapp võib toimuda ainult jahutatud vedelikes (st jahutatuna allapoole külmumispunkti ilma neid tahkeid) või üleküllastunud lahuseid..

Pärast tuumasünteesi alustamist süsteemis võib tuumad moodustada piisavalt stabiilsed ja piisavalt suured, et alustada teist kristalliseerumisastet: kristalne kasv.

Tuumamine

Selles esimeses etapis määratakse kindlaks kristallide moodustavate osakeste paigutus ja täheldatakse keskkonnategurite mõju moodustunud kristallidele; näiteks aeg, mis kulub esimese kristalli ilmumiseks, mida nimetatakse tuumastumisajaks.

Tuumastumise kaks etappi: primaarne ja sekundaarne tuumamine. Esimeses moodustuvad uued tuumad, kui keskel ei ole teisi kristalle või kui muud olemasolevad kristallid ei mõjuta nende moodustumist..

Primaarne tuumamine võib olla homogeenne, milles ei ole mingit mõju söötmes olevate tahkete ainete osale; või see võib olla heterogeenne, kui väliste ainete tahked osakesed põhjustavad tuumastumiskiiruse tõusu, mida tavaliselt ei esine.

Sekundaarsetes tuumades moodustavad uued kristallid teiste olemasolevate kristallide mõju; see võib juhtuda tänu lõikamisjõududele, mis muudavad olemasolevate kristallide segmendid uuteks kristallideks, mis samuti kasvavad omal kiirusel.

Seda tüüpi tuumast saadav kasu on kõrge energia- või voolusüsteemides, kus kaasnev vedelik tekitab kristallide vahel kokkupõrkeid.

Kristallide kasv

See protsess, kus kristall suurendab selle suurust, koondades rohkem molekule või ioone selle kristalse võrgu interstitsiaalsetele positsioonidele.

Erinevalt vedelikest kasvavad kristallid ainult ühtlaselt, kui molekulid või ioonid sisenevad nendesse positsioonidesse, kuigi nende kuju sõltub kõnealuse ühendi olemusest. Igat ebaregulaarset paigutust sellele struktuurile nimetatakse kristallveaks.

Kristallide kasv sõltub mitmetest teguritest, mille hulgas on lahuse pindpinevus, rõhk, temperatuur, kristallide suhteline kiirus lahuses ja Reynoldsi number, muu hulgas..

Lihtsaim viis tagada, et kristall kasvaks suuremateks suurusteks ja et see oleks kõrge puhtusastmega, toimub kontrollitud ja aeglase jahutamise kaudu, mis takistab kristallide lühikese aja jooksul tekkimist ja võõrkehade sattumist sisse. nad on.

Lisaks on oluline märkida, et väikesed kristallid on palju raskem manipuleerida, salvestada ja liigutada, ning see maksab rohkem, kui filtreerida need lahendusest kui suuremad. Enamikul juhtudel on kõige suuremad kristallid kõige soovitavamad nendel ja muudel põhjustel.

Eraldamismeetodina

Lahuste puhastamise vajadus on tavaline keemias ja keemiatööstuses, kuna võib osutuda vajalikuks saada toode, mis on segatud teise või muu lahustunud ainega..

Seetõttu on välja töötatud seadmed ja meetodid, et viia läbi kristallimine tööstusliku eraldusprotsessina.

Olenevalt nõudmistest on kristalliseerumise tasemed erinevad ja neid saab teostada väikesel või suurel määral. Seetõttu võib selle jagada kaheks üldiseks liigituseks:

Ümberkristallimine

Seda nimetatakse ümberkristalliseerimiseks tehnikaks, mida kasutatakse kemikaalide puhastamiseks väiksemas ulatuses, tavaliselt laboris.

Seda tehakse soovitud ühendi lahusega koos selle lisanditega sobivas lahustis, mis püüab seeläbi sadestuda kristallide kujul, millest mõned kahest liigist hiljem eemaldada..

Lahuseid võib ümberkristallida mitmel viisil, milleks on ümberkristallimine lahustiga, mitme lahustiga või kuuma filtrimisega..

-Üks lahusti

Kui kasutatakse ühte lahustit, valmistatakse küllastunud lahuse moodustamiseks ühendi "A", lisandi "B" ja minimaalse vajaliku lahusti (kõrgel temperatuuril) lahus..

Seejärel lahus jahutatakse, põhjustades mõlema ühendi lahustuvust ja ühend "A" või lisand "B" rekristalliseeritakse. Ideaalne on see, et kristallid on puhtast A-ühendist. Selle protsessi alustamiseks võib olla vajalik südamiku lisamine, mis võib isegi olla klaasi fragment.

-Erinevad lahustid

Mitme lahusti ümberkristallimisel kasutatakse kahte või enamat lahustit ja sama protsess viiakse läbi nagu lahustiga. Selle protsessi eeliseks on see, et ühend või lisand sadestub teise lahusti lisamise ajal, kuna nad ei lahustu selles. Selles ümberkristallimismeetodis ei ole segu kuumutamine vajalik.

-Kuum filtreerimine

Lõpuks kasutatakse kuiva filtreerimisega ümberkristallimist, kui on lahustumatu aine "C", mis eemaldatakse kõrge temperatuurifiltriga pärast ühe ja sama lahusti ümberkristallimise protseduuri..

Tööstuse valdkonnas

Tööstuse valdkonnas tahame läbi viia protsessi, mida nimetatakse fraktsiooniliseks kristalliseerimiseks, mis on meetod, mis rafineerib aineid vastavalt nende lahustuvuse erinevustele..

Need protsessid sarnanevad ümberkristallimisega, kuid kasutavad suuremaid tootekoguseid käitlemiseks erinevaid tehnoloogiaid.

Kasutatakse kahte meetodit, mida selgitatakse paremini järgmises avalduses: kristallimine jahutamise ja aurustamise teel kristalliseerimise teel.

Kuna see protsess on suuremahuline, tekitab see jäätmeid, kuid need on tavaliselt süsteemi ringluses, et tagada lõpptoote absoluutne puhtus..

Kristallisatsiooni tüübid

Nagu on ülalpool öeldud, on olemas kahte tüüpi suure ulatusega kristalliseerimine: jahutamise ja aurustamise teel. Loodud on ka hübriidsüsteemid, kus mõlemad nähtused ilmnevad samaaegselt.

Kristalliseerimine jahutamisega

Selle meetodi puhul jahutatakse lahus soovitud ühendi lahustuvuse vähendamiseks, põhjustades selle, et see hakkab sadestuma soovitud kiirusel.

Keemiatööstuses (või protsessides) kasutatakse kristalliseerimissegusid mahutites segistitega, mis ringlevad külmaainet vedelikes, mis ümbritsevad segu, nii et mõlemad ained ei puutu kokku, kui külmutusagensi soojusülekanne lahusele satub..

Kristallide eemaldamiseks kasutatakse skreeperit, mis suruvad tahked fragmendid auku.

Kristalliseerimine aurustamisega

See on teine ​​võimalus, et saavutada lahustunud kristallide sadestamine, kasutades lahusti aurustamisprotsessi (konstantsel temperatuuril, erinevalt eelmisest meetodist), et lahustunud aine kontsentratsioon ületaks lahustuvuse taseme..

Kõige tavalisemad mudelid on nn sundvoolu mudelid, mis hoiavad kristallide vedelikku mahutis läbi homogeenses suspensioonis, reguleerides nende voolu ja kiirust ning tekitavad tavaliselt suuremaid keskmisi kristalle kui need, mis on moodustunud kristallimisel jahutamisel.

Näited

Kristalliseerumine on tööstuses sageli kasutatav protsess ja võib tuua mitmeid näiteid:

- Merevee soola eraldamisel.

- Suhkru tootmisel.

- Naatriumsulfaadi (Na2SO4).

- Farmaatsiatööstuses.

- Šokolaadi, jäätise, või ja margariini valmistamisel lisaks paljudele teistele toitudele.

Viited

  1. Kristallisatsioon. (s.f.). Välja otsitud aadressilt en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Välja otsitud arvutustest
  3. Boulder, C. (s.f.). Colorado ülikool Boulderis. Välja otsitud orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Encyclopedia Britannica. Välja otsitud britannica.com-st