Kristalizacija v tem, kar sestavlja, metoda ločevanja, vrste in primeri



The kristalizacije gre za proces, v katerem se trdna snov oblikuje z atomi ali molekulami v organiziranih strukturah, ki se imenujejo kristalne mreže. Kristali in kristalne mreže se lahko tvorijo z obarjanjem raztopine, s fuzijo in v nekaterih primerih z neposrednim odlaganjem plina..

Struktura in narava tega kristalnega omrežja bo odvisna od pogojev, pod katerimi se proces odvija, vključno s časom, ki je potekel, da bi dosegli to novo stanje. Kristalizacija kot ločilni postopek je zelo uporabna, ker omogoča, da zagotovimo, da so strukture dobljene samo iz želene spojine.

Poleg tega ta postopek zagotavlja, da prehod drugih vrst ne bo dovoljen glede na urejeno naravo kristala, zaradi česar je ta metoda odlična alternativa za čiščenje raztopin. V kemiji in kemijskem inženirstvu je treba pogosto uporabiti postopek ločevanja.

Ta potreba se ustvari bodisi za povečanje čistosti zmesi bodisi za doseganje njene specifične komponente, zato je mogoče uporabiti več metod, ki se lahko uporabijo glede na faze, v katerih se ta kombinacija snovi najde..

Indeks

  • 1 Kaj je kristalizacija??
    • 1.1 Nukleacija
    • 1.2 Rast kristalov
  • 2 Kot ločilna metoda
    • 2.1 Rekristalizacija
    • 2.2 Na industrijskem področju
  • 3 Vrste kristalizacije
    • 3.1 Kristalizacija s hlajenjem
    • 3.2 Kristalizacija z izhlapevanjem
  • 4 Primeri
  • 5 Reference

Kaj je kristalizacija??

Kristalizacija zahteva dva koraka, ki se morata zgoditi, preden lahko nastane kristalna mreža: najprej mora biti na mikroskopski ravni dovolj akumulacije atomov ali molekul, da se začne tako imenovano nukleacijo..

Ta stopnja kristalizacije se lahko pojavi samo v superhlajenih tekočinah (tj. Ohlajenih pod lediščem, ne da bi bile trdne) ali prezasičene raztopine..

Po začetku nukleacije v sistemu se lahko jedra oblikujejo dovolj stabilno in dovolj velika, da se začne druga stopnja kristalizacije: kristalna rast.

Nukleacija

V tem prvem koraku določimo razporeditve delcev, ki bodo tvorili kristale, in opazimo učinke okoljskih dejavnikov na nastale kristale; na primer čas, ki je potreben, da se pojavi prvi kristal, imenovan čas nukleacije.

Obstajata dve fazi nukleacije: primarno in sekundarno nukleacijo. V prvem se nove jedre oblikujejo, ko v sredini ni drugih kristalov ali ko drugi obstoječi kristali nimajo vpliva na nastanek teh kristalov..

Primarna nukleacija je lahko homogena, pri kateri ni nobenega vpliva na del trdnih snovi, ki je prisoten v mediju; ali je lahko heterogena, kjer trdni delci zunanjih snovi povzročajo povečanje hitrosti nukleacije, ki se običajno ne bi zgodilo.

Pri sekundarnih nukleacijah nastajajo novi kristali zaradi vpliva drugih obstoječih kristalov; to se lahko zgodi zaradi rezalnih sil, ki povzročijo, da segmenti obstoječih kristalov postanejo novi kristali, ki prav tako rastejo po svoji stopnji.

Ta vrsta nukleacije je koristna pri sistemih z visoko energijo ali pretokom, pri čemer tekočina, ki je vključena, ustvarja trke med kristali.

Rast kristalov

To je proces, pri katerem kristal poveča svojo velikost z agregacijo več molekul ali ionov v intersticijske položaje svoje kristalne mreže..

Za razliko od tekočin, kristali rastejo enakomerno le, ko molekule ali ioni vstopijo v ta položaj, čeprav je njihova oblika odvisna od narave zadevne spojine. Vsaka nepravilna ureditev s to strukturo se imenuje kristalna napaka.

Rast kristala je odvisna od vrste dejavnikov, med katerimi so površinska napetost raztopine, tlak, temperatura, relativna hitrost kristalov v raztopini in Reynoldsovo število..

Najenostavnejši način, da zagotovimo, da kristal zraste v večje velikosti in da je visoke čistosti, je nadzorovano in počasno hlajenje, ki preprečuje nastanek kristalov v kratkem času in da se tujke ujamejo v notranjosti. oni.

Poleg tega je pomembno omeniti, da je majhnim kristalom veliko težje manipulirati, shranjevati in premikati, zato jih je treba filtrirati iz rešitve, kot pa večje. V večini primerov bodo največji kristali najbolj zaželeni, iz teh in več razlogov.

Kot ločilna metoda

Potreba po čiščenju raztopin je običajna v kemiji in kemijskem inženirstvu, saj je morda treba pridobiti proizvod, ki je homogeno mešan z drugo ali drugo raztopljeno snovjo..

Zato smo razvili opremo in metode za izvedbo kristalizacije kot industrijskega procesa ločevanja.

Obstajajo različne stopnje kristalizacije, odvisno od zahtev, in se lahko izvedejo v majhnem ali večjem obsegu. Zato ga lahko razdelimo na dve splošni klasifikaciji:

Prekristalizacija

To se imenuje rekristalizacija v tehniko, ki se uporablja za čiščenje kemikalij v manjšem obsegu, običajno v laboratoriju.

To naredimo z raztopino želene spojine skupaj z njenimi nečistočami v primernem topilu, s čimer želimo oborino v obliki kristalov nekatere od obeh vrst kasneje odstraniti..

Obstaja več načinov za rekristalizacijo raztopin, med katerimi je rekristalizacija s topilom, z več topili ali z vročo filtracijo..

-Eno topilo

Ko uporabimo eno samo topilo, pripravimo raztopino spojine "A", nečistoče "B" in minimalno zahtevano količino topila (pri visoki temperaturi), da oblikujemo nasičeno raztopino..

Raztopino nato ohladimo, pri čemer topnost obeh spojin pade in spojino "A" ali nečistočo "B" prekristaliziramo. Najbolj zaželeno je, da so kristali čiste "A" spojine. Morda bo treba dodati jedro za začetek tega procesa, ki je lahko celo del stekla.

-Različna topila

Pri rekristalizaciji več topil uporabimo dve ali več topil in izvedemo isti postopek kot s topilom. Ta postopek ima prednost, da se bo spojina ali nečistota oborila, medtem ko bo dodano drugo topilo, ker v njem niso topne. Pri tej metodi prekristalizacije mešanice ni treba segrevati.

-Vroča filtracija

Končno se uporabi rekristalizacija z vročo filtracijo, kadar obstaja netopna snov "C", ki se odstrani z visokotemperaturnim filtrom po enakem postopku prekristalizacije enega samega topila..

Na industrijskem področju

Na industrijskem področju želimo izvesti postopek, imenovan frakcijska kristalizacija, ki je metoda, ki obogati snovi glede na njihove razlike v topnosti..

Ti procesi so podobni procesom prekristalizacije, vendar uporabljajo različne tehnologije za ravnanje z večjimi količinami proizvoda.

Uporabljeni sta dve metodi, ki bosta bolje pojasnjeni v naslednji trditvi: kristalizacija s hlajenjem in kristalizacijo z izhlapevanjem.

Ker gre za velik obseg, ta proces proizvaja odpadke, vendar jih sistem ponavadi obnavlja, da se zagotovi absolutna čistost končnega izdelka..

Vrste kristalizacije

Obstajata dve vrsti velike kristalizacije, kot je navedeno zgoraj: s hlajenjem in z uparjanjem. Ustvarjeni so bili tudi hibridni sistemi, kjer se oba pojava pojavljata hkrati.

Kristalizacija s hlajenjem

Pri tej metodi raztopino ohladimo, da zmanjšamo topnost želene spojine, kar povzroči, da se začne obarjati pri želeni hitrosti..

Pri kemijskem inženirstvu (ali postopkih) se kristalizatorji uporabljajo v obliki rezervoarjev z mešalniki, ki krožijo hladilne tekočine v prostorih, ki obdajajo mešanico, tako da obe snovi ne pridejo v stik, medtem ko pride do prenosa toplote hladilnega sredstva do raztopine..

Za odstranitev kristalov uporabimo strgala, ki trdne delce potisnejo v jamo.

Kristalizacija z izhlapevanjem

To je druga možnost, da se doseže obarjanje kristalov topljene snovi, pri čemer se uporabi postopek izhlapevanja topila (pri konstantni temperaturi, za razliko od prejšnje metode), da bi koncentracija raztopine presegla stopnjo topnosti.

Najpogostejši modeli so tako imenovani modeli prisilne cirkulacije, ki zadržujejo tekočino kristalov v homogeni suspenziji skozi rezervoar, nadzorujejo njihov pretok in hitrost in običajno ustvarjajo večje povprečne kristale od tistih, ki nastanejo pri kristalizaciji. s hlajenjem.

Primeri

Kristalizacija je proces, ki se pogosto uporablja v industriji, in lahko navedemo več primerov:

- Pri pridobivanju soli iz morske vode.

- Pri proizvodnji sladkorja.

- Pri tvorbi natrijevega sulfata (Na2SO4).

- V farmacevtski industriji.

- Pri izdelavi čokolade, sladoleda, masla in margarine, poleg mnogih drugih živil.

Reference

  1. Kristalizacija. (s.f.). Vzpostavljeno iz en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Vzpostavljeno iz thoughtco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). Univerza v Koloradu na Boulderju. Vzpostavljeno iz orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Enciklopedija Britannica. Vzpostavljeno iz britannica.com