Кристалізація в тому, що вона складається, метод розділення, типи і приклади



The кристалізації це процес, в якому тверде тіло утворюється з атомами або молекулами в організованих структурах, які називаються кристалічними мережами. Кристали і кристалічні мережі можуть бути сформовані шляхом осадження розчину, сплавленням і, в деяких випадках, прямим осадженням газу..

Структура і природа цієї кристалічної мережі залежатиме від умов, в яких відбувається процес, включаючи час, що минув для досягнення цього нового стану. Кристалізація як процес поділу надзвичайно корисна, оскільки дозволяє забезпечити, щоб структури отримували тільки з бажаного з'єднання.

Крім того, цей процес гарантує, що проходження інших видів не буде дозволено з урахуванням впорядкованої природи кристала, що робить цей спосіб відмінною альтернативою для очищення розчинів. Багато разів у хімії та хімічній інженерії необхідно використовувати процес розділового змішування.

Ця потреба генерується або для підвищення чистоти суміші, або для отримання її специфічної складової, і з цієї причини існує декілька способів, які можуть бути використані в залежності від фаз, в яких ця комбінація речовин знайдена..

Індекс

  • 1 Що таке кристалізація??
    • 1.1 Нуклеація
    • 1.2 Зростання кристалів
  • 2 Як метод поділу
    • 2.1 Перекристалізація
    • 2.2 У галузі промисловості
  • 3 Види кристалізації
    • 3.1 Кристалізація шляхом охолодження
    • 3.2 Кристалізація випаровуванням
  • 4 Приклади
  • 5 Посилання

З чого складається кристалізація??

Кристалізація вимагає двох кроків, які мають відбутися до утворення кристалічної мережі: по-перше, повинно бути достатньо накопичення атомів або молекул на мікроскопічному рівні для початку так званого зародження..

Ця стадія кристалізації може відбуватися тільки в переохолоджених рідинах (тобто, охолоджених нижче точки замерзання, не роблячи їх твердими) або пересичених розчинів..

Після початку зародження в системі ядра можуть бути сформовані досить стабільними і достатньо великими, щоб почати другу стадію кристалізації: кристалічний ріст.

Нуклеація

На цьому першому етапі визначають розташування частинок, що утворюють кристали, і спостерігається вплив факторів навколишнього середовища на утворилися кристали; наприклад, час, необхідний для появи першого кристала, називається часом нуклеації.

Є два етапи зародження: первинне і вторинне зародження. У першому формуються нові ядра, коли немає інших кристалів у середині, або коли інші існуючі кристали не впливають на формування цих кристалів..

Первинне зародження може бути однорідним, в якому відсутній вплив на частину твердих речовин, присутніх в середовищі; або він може бути гетерогенним, де тверді частинки зовнішніх речовин викликають збільшення швидкості нуклеації, що зазвичай не відбувається.

У вторинному зародженні нові кристали утворюються в результаті впливу інших існуючих кристалів; це може статися завдяки силам різання, які роблять сегменти існуючих кристалів новими кристалами, які також ростуть за власним рівнем.

Цей тип нуклеації виграє у високоенергетичних або потокових системах, де задіяна рідина генерує зіткнення між кристалами.

Зростання кристалів

Це процес, в якому кристал збільшує свій розмір шляхом агрегації більшої кількості молекул або іонів до інтерстиціальних положень її кристалічної мережі..

На відміну від рідин, кристали зростають рівномірно, тільки коли молекули або іони входять у ці положення, хоча їх форма буде залежати від природи даного з'єднання. Будь-яке неправильне розташування до цієї структури називається кристалічним дефектом.

Зростання кристала залежить від ряду факторів, серед яких поверхневий натяг розчину, тиск, температура, відносна швидкість кристалів у розчині та число Рейнольдса..

Найпростіший спосіб гарантувати, що кристал зросте до більших розмірів, і що він має високу чистоту, через контрольоване і повільне охолодження, яке запобігає утворенню кристалів за короткий час, і що сторонні речовини потрапляють всередину. вони.

Крім того, важливо відзначити, що малі кристали набагато складніше маніпулювати, зберігати і переміщати, і це коштує більше, щоб фільтрувати їх з розчину, ніж більші. У переважній більшості випадків найбільш бажаними будуть найбільші кристали з цих і більше причин.

В якості сепараційного методу

Необхідність очищення розчинів є загальноприйнятою в хімії та хімічній інженерії, оскільки може бути необхідно отримати продукт, який однорідно змішаний з іншим або іншими розчиненими речовинами..

Ось чому розроблено обладнання та методи для проведення кристалізації як промислового процесу розділення.

Існують різні рівні кристалізації, залежно від вимог, і можуть бути здійснені в малих або великих масштабах. Тому його можна розділити на дві загальні класифікації:

Перекристалізація

Вона називається рекристалізацією до техніки, яка використовується для очищення хімічних речовин у менших масштабах, як правило, в лабораторії.

Це роблять розчином бажаного з'єднання разом з його домішками у відповідному розчиннику, намагаючись тим самим осадити у вигляді кристалів деякі з двох видів, які згодом будуть видалені..

Існує кілька способів перекристалізації розчинів, серед яких є перекристалізація з розчинником, з декількома розчинниками або з гарячою фільтрацією..

-Єдиний розчинник

Коли використовують один розчинник, готують розчин сполуки "А", домішки "В" і мінімально необхідну кількість розчинника (при високій температурі) для утворення насиченого розчину..

Потім розчин охолоджують, викликаючи розчинність обох сполук до падіння, і з'єднання "А" або домішка "В" перекристаллизовивают. Ідеально бажаним є те, що кристали є чистим з'єднанням "А". Може виникнути необхідність додати ядро ​​для початку цього процесу, який може бути навіть фрагментом скла.

-Різні розчинники

При перекристалізації декількох розчинників використовують два або більше розчинників, і той же самий процес здійснюють як з розчинником. Цей спосіб має ту перевагу, що з'єднання або домішка осідають, коли додають другий розчинник, оскільки вони не розчинні в ньому. У цьому методі перекристалізації не потрібно нагрівати суміш.

-Гаряча фільтрація

Нарешті, рекристалізація з гарячою фільтрацією застосовується, коли є нерозчинна речовина "С", яка видаляється високотемпературним фільтром після виконання тієї ж процедури перекристалізації одного розчинника.

У промисловій сфері

У промисловій сфері ми хочемо провести процес, що називається фракційною кристалізацією, який є способом, що очищує речовини відповідно до їх відмінностей у розчинності.

Ці процеси нагадують процеси перекристалізації, але використовують різні технології для обробки більшої кількості продукту.

Застосовуються два методи, які краще пояснюються наступним твердженням: кристалізація шляхом охолодження і кристалізації випаровуванням.

Будучи великомасштабним, цей процес генерує відходи, але вони зазвичай рециркулюються системою для забезпечення абсолютної чистоти кінцевого продукту..

Види кристалізації

Існує два типи великомасштабної кристалізації, як зазначено вище: охолодженням і випаровуванням. Створені також гібридні системи, де обидва явища відбуваються одночасно.

Кристалізація шляхом охолодження

У цьому способі розчин охолоджують для зменшення розчинності бажаного з'єднання, внаслідок чого він починає осідати з необхідною швидкістю.

У хімічній інженерії (або процесах) кристалізатори використовуються у вигляді резервуарів з мішалками, які циркулюють рідини холодоагенту в відсіках, які оточують суміш, так що обидва речовини не контактують, коли відбувається теплообмін холодоагенту до розчину..

Для видалення кристалів використовують скребки, які виштовхують тверді фрагменти в яму.

Кристалізація шляхом випаровування

Це інший варіант для досягнення осадження розчинених кристалів, використовуючи процес випаровування розчинника (при постійній температурі, на відміну від попереднього способу), щоб зробити концентрацію розчиненої речовини вище рівня розчинності \ t.

Найбільш поширеними моделями є так звані моделі примусової циркуляції, які зберігають лікер кристалів у однорідній суспензії через резервуар, контролюючи їх потік і швидкість, і зазвичай генерують більші середні кристали, ніж ті, що утворюються при кристалізації. шляхом охолодження.

Приклади

Кристалізація - це процес, який часто використовується в промисловості, і можна навести кілька прикладів:

- При видобутку солі з морської води.

- У виробництві цукру.

- При утворенні сульфату натрію (Na2SO4).

- У фармацевтичній промисловості.

- У виробництві шоколаду, морозива, масла і маргарину, крім багатьох інших продуктів.

Список літератури

  1. Кристалізація. (s.f.). Отримано з en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Отримано з thoughtco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). Університет Колорадо в Боулдері. Отримано з orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Енциклопедія Британіка. Отримано з britannica.com