Кристализация в това, което се състои, метод на разделяне, типове и примери



на кристализиране това е процес, при който се образува твърдо вещество с атоми или молекули в организирани структури, които се наричат ​​кристални мрежи. Кристалите и кристалните мрежи могат да се образуват чрез утаяване на разтвор, чрез синтез и в някои случаи чрез директно отлагане на газ.

Структурата и естеството на тази кристална мрежа ще зависят от условията, при които протича процесът, включително времето, изминало за достигане на това ново състояние. Кристализацията като процес на разделяне е изключително полезна, тъй като позволява да се гарантира, че структурите са получени само от желаното съединение.

В допълнение, този процес гарантира, че преминаването на други видове няма да бъде разрешено, като се има предвид подредената природа на кристала, което прави този метод отлична алтернатива за пречистване на разтвори. Много пъти в химията и химичното инженерство е необходимо да се използва процес на разделяне на смесването.

Тази нужда се генерира или за повишаване на чистотата на сместа, или за получаване на специфичен компонент от нея, и по тази причина има няколко метода, които могат да бъдат използвани в зависимост от фазите, в които се намира тази комбинация от вещества..

индекс

  • 1 Какво е кристализация??
    • 1.1 Ядрени реакции
    • 1.2 Растеж на кристалите
  • 2 Като метод за разделяне
    • 2.1 Рекристализация
    • 2.2 В индустриалната област
  • 3 Видове кристализация
    • 3.1 Кристализация чрез охлаждане
    • 3.2. Кристализация чрез изпаряване
  • 4 Примери
  • 5 Препратки

От какво се състои кристализацията??

Кристализацията изисква два етапа, които трябва да настъпят, преди да може да се образува кристална мрежа: първо, трябва да има достатъчно натрупване на атоми или молекули на микроскопично ниво, за да започне да се появява т.нар..

Този етап на кристализация може да се случи само в преохладени флуиди (т.е. охладени под точката на замръзване, без да ги правят твърди) или пренаситени разтвори.

След започване на нуклеацията в системата, ядрата могат да се образуват достатъчно стабилни и достатъчно големи, за да започнат втория етап на кристализация: кристален растеж.

зародиши

В този първи етап се определят разположението на частиците, които ще образуват кристалите и се наблюдават ефектите на факторите на околната среда върху образуваните кристали; например времето, необходимо за появата на първия кристал, се нарича време за нуклеация.

Има два етапа на нуклеация: първично и вторично. При първите се образуват нови ядра, когато в средата няма други кристали или когато другите съществуващи кристали нямат ефект върху образуването на тези кристали..

Първичното нуклеация може да бъде хомогенна, при която няма влияние върху частта от твърдите вещества, присъстваща в средата; или може да бъде хетерогенна, където твърдите частици на външни вещества предизвикват увеличаване на скоростта на нуклеация, която нормално не би настъпила.

При вторичното нуклеация се образуват нови кристали от влиянието на други съществуващи кристали; това може да се случи поради силите на рязане, които правят сегментите от съществуващите кристали нови кристали, които също растат със своя собствена скорост.

Този тип нуклеация се ползва от високо енергийни или поточни системи, при които участващият флуид генерира сблъсъци между кристали.

Кристален растеж

Това е процесът, при който кристалът увеличава размера си чрез агрегиране на повече молекули или йони до интерстициалните позиции на неговата кристална мрежа..

За разлика от течностите, кристалите растат равномерно само когато молекулите или йоните влизат в тези позиции, въпреки че тяхната форма ще зависи от естеството на въпросното съединение. Всяко неправилно подреждане на тази структура се нарича кристален дефект.

Растежът на един кристал зависи от редица фактори, сред които са повърхностното напрежение на разтвора, налягането, температурата, относителната скорост на кристалите в разтвора и числото на Рейнолдс..

Най-простият начин да се гарантира, че кристалът расте до по-големи размери и че той е с висока чистота, е чрез контролирано и бавно охлаждане, което предотвратява образуването на кристалите за кратко време и че вътрешните вещества са в капан. те.

Освен това е важно да се отбележи, че малките кристали са много по-трудни за манипулиране, съхраняване и придвижване и струват повече, за да се филтрират от решение от по-големите. В по-голямата част от случаите най-големите кристали ще бъдат най-желани, поради тези и повече причини.

Като метод за разделяне

Необходимостта от пречистване на разтворите е често срещана в химията и химичното инженерство, тъй като може да се наложи да се получи продукт, който е хомогенно смесен с друг или с други разтворени вещества..

Ето защо са разработени оборудване и методи за извършване на кристализация като промишлен процес на разделяне.

Съществуват различни нива на кристализация, в зависимост от изискванията и могат да се извършват в малък или голям мащаб. Следователно тя може да бъде разделена на две общи класификации:

рекристализация

Нарича се рекристализация в техниката, която се използва за пречистване на химикали в по-малък мащаб, обикновено в лаборатория.

Това се прави с разтвор на желаното съединение заедно с неговите примеси в подходящ разтворител, като по този начин се получава утайка под формата на кристали, някои от двата вида да се отстранят по-късно..

Има няколко начина за рекристализиране на разтворите, сред които е рекристализация с разтворител, с няколко разтворителя или с гореща филтрация..

-Един разтворител

Когато се използва един разтворител, се приготвя разтвор на съединение "А", примес "В" и минимално необходимото количество разтворител (при висока температура), за да се получи наситен разтвор..

След това разтворът се охлажда, което води до падане на разтворимостта и на двете съединения, и съединението "А" или онечистване "В" се прекристализира. Идеалното желание е, че кристалите са от чисто "А" съединение. Може да е необходимо да се добави ядро, за да започне този процес, който може дори да е фрагмент от стъкло.

-Различни разтворители

При рекристализацията на няколко разтворителя се използват два или повече разтворителя и същият процес се извършва както с разтворител. Този метод има предимството, че съединението или примесите ще се утаят, докато се добавя вторият разтворител, тъй като те не са разтворими в него. При този метод на прекристализация не е необходимо да се нагрява сместа.

-Гореща филтрация

Накрая, рекристализация с гореща филтрация се използва, когато има неразтворимо вещество "С", което се отстранява с високотемпературен филтър след извършване на същата процедура на прекристализация на един разтворител..

В индустриалната област

В индустриалната област искаме да проведем процес, наречен фракционна кристализация, който е метод, който пречиства веществата според техните разлики в разтворимостта..

Тези процеси наподобяват тези на рекристализацията, но използват различни технологии за обработка на по-големи количества продукт.

Прилагат се два метода, които по-добре ще бъдат обяснени в следното твърдение: кристализация чрез охлаждане и кристализация чрез изпаряване.

Като голям мащаб този процес генерира отпадъци, но те обикновено се рециркулират от системата, за да се гарантира абсолютна чистота на крайния продукт..

Видове кристализация

Има два вида широкомащабна кристализация, както е посочено по-горе: чрез охлаждане и чрез изпаряване. Създадени са и хибридни системи, в които и двете явления се случват едновременно.

Кристализация чрез охлаждане

При този метод разтворът се охлажда, за да се намали разтворимостта на желаното съединение, което води до неговото утаяване при желаната скорост.

В химическото инженерство (или процеси), кристализаторите се използват под формата на резервоари с миксери, които циркулират охлаждащи флуиди в отделения, които обграждат сместа, така че и двете вещества да не влизат в контакт, докато настъпва пренос на топлина от хладилен агент в разтвор..

За да се отстранят кристалите, се използват скрепери, които изтласкват твърдите фрагменти в яма.

Кристализация чрез изпаряване

Това е другата възможност за постигане на утаяване на разтворените кристали, като се използва процес на изпаряване на разтворителя (при постоянна температура, за разлика от предишния метод), за да се направи концентрацията на разтворимото вещество над нивото на разтворимост.

Най-често срещаните модели са така наречените модели на принудителна циркулация, които поддържат течността на кристалите в хомогенна суспензия през резервоара, контролирайки техния поток и скорост и обикновено генерират по-големи средни кристали от тези, образувани при кристализацията чрез охлаждане.

Примери

Кристализацията е процес, който често се използва в промишлеността, и могат да бъдат цитирани няколко примера:

- При извличането на сол от морската вода.

- В производството на захар.

- При образуването на натриев сулфат (Na2SW4).

- Във фармацевтичната индустрия.

- В производството на шоколад, сладолед, масло и маргарин, в допълнение към много други храни.

препратки

  1. Кристализация. (Н.О.). Изтеглено от en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Взето от thoughtco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). Университет на Колорадо в Боулдър. Изтеглено от orgchemboulder.com
  4. Britannica, Е. (s.f.). Енциклопедия Британика. Изтеглено от britannica.com