KRYSTALLISERING: PROSESS, TYPER, EKSEMPLER, SEPARASJON - KJEMI - 2026

Den krystalliseringen er en fysisk prosess i hvilken naturlig eller kunstig et krystallinsk fast stoff, dvs. organisert struktur er dannet av et flytende eller gassformet medium. Det skiller seg fra nedbør ved at sistnevnte utvikler seg uten streng kontroll av prosessparametrene, og også at den kan produsere amorfe og gelatinøse faste stoffer.

Målet med krystallisering, som navnet enkelt og tydelig indikerer, er å generere krystaller. Disse er ikke bare preget av å være ordnede, men også ved å være rene faste stoffer. Derfor er det i syntesen av faste forbindelser søkt å oppnå produkter med høy renhet, krystaller som er så rene som mulig.

Krystallisering av et hypotetisk lillafarget oppløst stoff i vandig løsning. Kilde: Gabriel Bolívar.

Bildet over viser en generalisert og hypotetisk krystallisering av et lilla løst stoff i vandig løsning.

Merk at den røde linjen fungerer som et termometer. Når temperaturen er høy, inneholder løsningen det oppløste stoffet, som forblir løselig under disse forholdene. Når temperaturen gradvis synker, begynner de første lilla krystaller å vises.

Når temperaturen fortsetter å synke, vil krystallene vokse i størrelse for å danne robuste lilla sekskanter. Endringen i fargen på løsningen er en indikasjon på at løsningen gikk fra å oppløses til å bli inkorporert i de voksende krystaller. Jo langsommere krystallisering, desto renere oppnås det krystallinske faststoff.

Det er andre variabler du må ta i betraktning under denne prosessen: hvor mye oppløst stoff er oppløst i det bestemte løsningsmidlet, ved hvilken temperatur løsningen må varmes opp, hvor lenge avkjøling må vare, hvor nødvendig er det å ty til eller ikke til sonisk omrøring, blant andre. aspekter.

Krystalliseringsprosessen, mer enn et komplekst fenomen som involverer molekylær og termodynamisk dynamikk, er en kunst som krever konstant læring, prøving og feiling, inntil den er perfeksjonert i laboratoriet eller i industrien.

Krystalliseringsprosess

Krystallisering består hovedsakelig av to prosesser: kjernefysning og krystallvekst.

Begge stadier finner alltid sted under krystallisering, men når den første skjer raskt, vil den andre knapt ha tid til å utvikle seg. I mellomtiden, hvis kjernen er langsom, vil krystallene ha mer tid til å vokse, og derfor vil de ha en tendens til å være større. Det siste er situasjonen som antas i bildet med de lilla sekskantene.

kimdanning

Krystaller ble opprinnelig sagt å være faste stoffer med bestilte strukturer. Fra løsningen der oppløst stoff er dispergert i uorden, må partiklene komme nær nok slik at interaksjonene deres, enten de er ioniske eller Van der Walls-typen, tillater oppgjør av den første gruppen av løstpartikler: en klynge.

Denne klyngen kan oppløses og formes på nytt så mange ganger som nødvendig til den er stabil og krystallinsk. Den første kjernen sies da å ha dukket opp. Hvis kjernen fremstår ingensteds, det vil si fra mediumets veldig homogenitet under avkjøling, vil det være en homogen kjernefysning.

På den annen side, hvis nevnte kjerne finner sted takket være overflaten tilveiebrakt av en annen uoppløselig fast partikkel, eller til beholderens ufullkommenhet, vil vi ha en heterogen kjerneinnsetting. Sistnevnte er den mest brukte og kjente, spesielt når en liten krystall, tidligere oppnådd, av artene som vi vil krystallisere, blir tilsatt løsningen.

Krystaller kan aldri formes ut av tynn luft uten kjernefysning først.

Krystallvekst

Det er fremdeles mye oppløst stoff i løsning, men konsentrasjonen av løst stoff i disse kjernene er høyere enn i omgivelsene. Kjernene fungerer som understøttelser for at mer oppløste partikler kan henge seg inn og "passe" mellom deres voksende strukturer. På denne måten opprettholdes deres geometrier og vokser gradvis.

For eksempel er de første kjernene i bildet lilla sekskanter; dette er din geometri. Etter hvert som løst partikler er inkorporert, vokser kjernene inn i robuste sekskantede krystaller, som vil fortsette å vokse videre hvis løsningen senkes i et isbad.

Typer av krystallisering

Det som hittil er forklart, består av krystallisasjonen ved å avkjøle løsningsmidlet.

Krystallisering av løsningsmiddelfjerning

Andre former for krystallisering er basert på fjerning av løsningsmiddel ved fordampning, som det ikke er nødvendig å bruke så mye volum av; det vil si at det er nok å bare mette det med løst stoff og varme det for å overmette det, og deretter, litt til, og la det ligge i ro, slik at løsningen til slutt krystalliserer.

Krystallisering av løsningsmiddel-tilsetning

På samme måte har vi krystallisasjonen forårsaket av tilsetning av et løsningsmiddel til blandingen hvor oppløsningen er uoppløselig (antisolvent). Derfor vil kjernefysning bli foretrukket ettersom det er mobile og flytende regioner hvor de oppløste partiklene vil være mer konsentrert enn i de der den er veldig løselig.

Krystallisering ved sonifikasjon

På den annen side er det krystallisering ved sonifikasjon, der ultralyd genererer og bryter små bobler som igjen fremmer kjernefysning, samtidig som det bidrar til å fordele krystallstørrelser jevnere.

Og til slutt er det krystallisering fra dampavsetning på kalde overflater; det vil si det inverse fenomenet til sublimering av faste stoffer.

Metall for separasjon av krystallisasjon

Krystallisering er en uunnværlig teknikk når man oppnår faste stoffer og renser dem. Det er veldig tilbakevendende i syntesen av organiske forbindelser, og representerer et av de siste trinnene for å garantere renheten og kvaliteten på produktet.

Eksempel på fargestoff

Anta for eksempel at krystaller av et fargestoff oppnås og at de allerede er filtrert. Fordi dette fargestoffet opprinnelig ble oppnådd ved utfelling i en syntese, viser det faste stoffet det ut til å være amorft, siden det har mange urenheter absorbert og fanget mellom dets molekylkrystaller.

Derfor blir det besluttet å varme opp et løsningsmiddel der fargestoffet er svakt oppløselig, slik at når det tilsettes oppløses det relativt enkelt. Når den er oppløst etter tilsetning av litt mer løsningsmiddel, skilles løsningen fra varmekilden og får hvile. Når temperaturen synker, skjer kjernefysning.

Dermed vil fargestoffkrystallene danne og virke mer definert (ikke nødvendigvis krystallinske for øyet). Det er på dette nøyaktige øyeblikket at beholderen (vanligvis en Erlenmeyer-kolbe eller et begerglass) er nedsenket i et isbad. Kulden i dette badet ender opp med å favorisere krystallenes vekst over kjernen.

Krystallene til fargestoffet blir deretter vakuumfiltrert, vasket med et løsningsmiddel der det er uoppløselig, og fikk tørke i et urglass.

Krystalliseringstemperatur

Temperaturen ved hvilken krystallisering skjer, avhenger av hvor uoppløselig det oppløste stoffet er i løsningsmiddelmediet. Det avhenger også av kokepunktet til løsningsmidlet, fordi hvis det oppløste stoffet ennå ikke er oppløst ved koketemperatur, er det fordi et annet mer passende løsningsmiddel må brukes.

For eksempel vil faste stoffer som kan krystallisere i vandige medier gjøre det når vannet senker temperaturen (det vil si fra 100 til 50 ºC), eller mens det fordamper. Hvis krystallisering skjer ved fordampning, sies det å finne sted ved romtemperatur.

På den annen side foregår krystalliseringen av metaller eller noen ioniske faste stoffer ved veldig høye temperaturer, siden smeltepunktene deres er veldig høye, og den smeltede væsken er glødende, selv når den er avkjølt nok til å kjerne dens partikler og vokse krystaller.

Krystalliseringshastighet

I prinsippet er det to direkte måter å kontrollere krystallisasjonshastigheten av et fast stoff på: ved overmettet (eller overmettet), eller ved plutselige temperaturendringer.

Grad av overmettet

Graden av overmettelse betyr hvor mye overflødig stoff som blir tvunget til å oppløses ved påføring av varme. Derfor, jo mer overmettet løsningen, desto raskere er kjerneprosessene, siden det er større sannsynlighet for at kjerner dannes.

Selv om krystallisasjonen akselereres på denne måten, vil de oppnådde krystaller være mindre sammenlignet med de som er oppnådd med lavere overmettet grad; det vil si når deres vekst favoriseres og ikke kjernefysning.

Temperaturendringer

Hvis temperaturen senkes kraftig, vil kjernene neppe ha tid til å vokse og ikke bare det, men de vil også beholde høyere nivåer av urenheter. Resultatet er at selv om krystallisasjonen skjer raskere enn langsom avkjøling, blir kvaliteten, størrelsen og renheten til krystallene lavere.

Rask krystallisering på grunn av et plutselig fall i temperaturen. Kilde: Gabriel Bolívar.

Bildet over tjener til å kontrastere det første. De gule prikkene representerer urenheter, som på grunn av den brå veksten av kjernene blir fanget inni dem.

Disse urenheter gjør det vanskelig å innlemme flere lilla sekskanter, noe som resulterer i mange små uren krystaller til slutt, i stedet for store, rene.

applikasjoner

Krystallisering av is er en av de viktigste aspektene under industriell eller håndverkerproduksjon. Kilde: Pixabay.

Krystallisering, så vel som omkrystallisering, er avgjørende for å oppnå høy kvalitet, rene faste stoffer. For legemiddelindustrien er dette spesielt sant fordi produktene deres må være så rene som mulig, akkurat som konserveringsmidlene som brukes i matindustrien.

Videre er nanoteknologi veldig avhengig av denne prosessen slik at de kan syntetisere nanopartikler eller nanokrystaller, snarere enn robuste krystallfaststoffer.

Et av de daglige eksemplene der krystallisering har stor deltagelse er i produksjonen av iskrem. Hvis du ikke er forsiktig med vann, krystalliserer den seg i en egen fase (is) fra lipidinnholdet, og påvirker dermed strukturen og smaken. Med andre ord vil det være mer som en barbert is eller iskrem.

Derfor bør iskrystallene være så små som mulig, slik at iskremen blir jevn etter smak og berøring. Når disse iskrystallene er litt store, kan de oppdages i lys fordi de gir iskremen en frostet overflate.

Eksempler på krystallisering

Til slutt vil nevnes noen vanlige eksempler på krystallisering, både naturlig og kunstig:

snowflakes

Snøflak dannes gjennom en naturlig krystalliseringsprosess. Det er kjent at hver snøkrystall er unik. Dette skyldes forholdene som oppstår i den andre fasen av krystallisering (vekst).

De forskjellige geometriske formene som snøkrystaller har, skyldes forholdene de må møte under krystallvekst.

Salt

Salt er det vanligste eksemplet på krystallisering. Dette kan dannes både naturlig (for eksempel havsalt) og kunstig (som tilfellet er med bordsalt).

Sukker

Etter salt er sukker en av de vanligste krystallene. Den dannes gjennom en serie komplekse industrielle prosesser der sukkerrørsaft tas og underkastes en kunstig krystalliseringsprosess.

Diamant

Diamant er en edelsten som er dannet fra krystallisering av rent karbon. Dette er det vanskeligste materialet som er kjent på planeten. Dens dannelse kan være naturlig, som tilfellet er med diamanter som finnes i gruvedrift, eller syntetiske.

Rubin

Ruby er en rødlig krystall som dannes fra krystallisering av aluminiumoksyd (coridon).

stalagmitter

Stalagmitter er strukturer som finnes i huler, spesielt i jord (vokser seg oppover). De er sammensatt av kalsiumforbindelser og er dannet fra krystallisering av kalsiumsalter som finnes i vannet som faller fra taket i hulene.

stalaktitter

Stalaktitter er, som stalagmitter, laget av kalsium og finnes i huler. De skiller seg fra sistnevnte fordi de henger i taket. De dannes ved krystallisering av kalsiumsaltene som er tilstede i vannet som infiltrerer hulene.

Quartz

Kvarts er en perle som er dannet fra krystallisering av kiselsyreanhydrid. Det er et av de mest tallrike mineralene i bergarter, og fargen er variabel.

Peridot

Denne edelstenen kalles også olivin, takket være krystallisering av jern og magnesium. Den er grønnaktig i fargen og er vanligvis diamantformet.

silikater

Silikater er materialer som lages ved krystallisering av silika og andre elementer (jern, aluminium, kalsium, magnesium). De er til stede i alle bergarter.

candies

Candies lages med sukkerkrystaller, så det kan sies at to krystalliseringsprosesser griper inn: den første for dannelse av sukker og den andre for dannelse av melasse.

Kremet is

Kremet is inneholder en serie krystaller som gir den den endelige glatte tekstur. Blant krystallene som kremaktig is inneholder, er lipidkrystaller (dannet av fett) og iskrystaller. Det skal bemerkes at noen iskremer også inneholder laktosekrystaller.

På denne måten oppnås iskrem gjennom forskjellige kunstige krystalliseringsprosesser (en for lipider, en for is og en for laktose).

andre

-Preparasjon av sukkerkrystaller rundt en tråd eller tau og en overmettet søt løsning

-Formasjon av sukkerkrystaller fra honning avsatt i bunnen av glassene deres

-Veksten av nyrestein, som består av essensen av kalsiumoksalatkrystaller

-Krystalliseringen av mineraler, inkludert edelstener og diamanter, gjennom årene, hvis former og kanter er en refleksjon av deres ordnede indre strukturer

-Eppsetting av varme metalldamp på kalde stenger som støtte for vekst av krystaller.

referanser

1. Day, R., & Underwood, A. (1989). Kvantitativ analytisk kjemi. (femte utg.). PEARSON Prentice Hall.
2. Wikipedia. (2019). Krystallisering. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (23. mai 2019). Krystallisering Definisjon. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
4. University of Colorado. (SF). Krystallisering. Organisk kjemi. Gjenopprettet fra: orgchemboulder.com
5. Syrris. (2019). Hva er krystallisering? Gjenopprettet fra: syrris.com