Krystalizace v čem spočívá, metoda separace, typy a příklady



 krystalizace je to proces, ve kterém je pevná látka tvořena atomy nebo molekulami v organizovaných strukturách, které se nazývají krystalické sítě. Krystaly a krystalické sítě mohou být vytvořeny srážením roztoku, fúzí a v některých případech přímým ukládáním plynu..

Struktura a povaha této krystalické sítě bude záviset na podmínkách, za kterých proces probíhá, včetně doby, která uplynula k dosažení tohoto nového stavu. Krystalizace jako separační proces je mimořádně užitečná, protože umožňuje zajistit, aby struktury byly získány pouze z požadované sloučeniny.

Navíc tento proces zaručuje, že průchod jiných druhů nebude umožněn vzhledem k uspořádané povaze krystalu, což činí tuto metodu vynikající alternativou pro čištění roztoků. Mnohokrát v chemii a chemickém inženýrství je nutné použít separační proces.

Tato potřeba je vytvořena buď pro zvýšení čistoty směsi nebo pro získání její specifické složky, a proto existuje několik metod, které mohou být použity v závislosti na fázích, ve kterých se tato kombinace látek nachází..

Index

  • 1 Co je krystalizace??
    • 1.1 Nukleace
    • 1.2 Krystalický růst
  • 2 Jako separační metoda
    • 2.1 Rekrystalizace
    • 2.2 V průmyslové oblasti
  • 3 Typy krystalizace
    • 3.1 Krystalizace chlazením
    • 3.2 Krystalizace odpařením
  • 4 Příklady
  • 5 Odkazy

Z čeho se skládá krystalizace??

Krystalizace vyžaduje dva kroky, které musí nastat před tím, než může dojít k tvorbě krystalické sítě: nejprve musí existovat dostatečná akumulace atomů nebo molekul na mikroskopické úrovni, aby se takzvaná nukleace začala vyskytovat..

Tento stupeň krystalizace může nastat pouze v podchlazených tekutinách (tj. Ochlazených pod bodem mrazu, aniž by byly pevné) nebo přesycených roztocích..

Po zahájení nukleace v systému mohou být jádra vytvořena dostatečně stabilní a dostatečně velká, aby mohla začít druhý stupeň krystalizace: růst krystalů.

Nukleace

V tomto prvním kroku se stanoví uspořádání částic, které vytvoří krystaly, a pozorují se vlivy faktorů prostředí na vzniklé krystaly; například čas potřebný k tomu, aby se první krystal objevil, nazývaný nukleace time.

Existují dva stupně nukleace: primární a sekundární nukleace. V prvním, nová jádra jsou tvořena když tam jsou žádné jiné krystaly ve středu, nebo když jiné existující krystaly nemají žádný účinek na vytvoření těchto krystalů..

Primární nukleace může být homogenní, ve které není žádný vliv na část pevných látek přítomných v médiu; nebo může být heterogenní, kde pevné částice vnějších látek způsobují zvýšení rychlosti nukleace, která by normálně nenastala.

V sekundární nukleace vznikají nové krystaly vlivem jiných existujících krystalů; to se může stát v důsledku řezných sil, které dělají segmenty existujících krystalů novými krystaly, které také rostou vlastní rychlostí.

Tento typ nukleace je výhodný v systémech s vysokou energií nebo průtokem, kde vznikající kapalina vytváří kolize mezi krystaly.

Krystalický růst

Je to proces, ve kterém krystal zvyšuje svou velikost agregací více molekul nebo iontů do intersticiálních poloh jeho krystalické sítě..

Na rozdíl od tekutin rostou krystaly jednotně pouze tehdy, když molekuly nebo ionty vstupují do těchto poloh, i když jejich tvar bude záviset na povaze dané sloučeniny. Jakékoliv nepravidelné uspořádání této struktury se nazývá krystalická vada.

Růst krystalu závisí na řadě faktorů, mezi nimiž jsou mimo jiné povrchové napětí roztoku, tlak, teplota, relativní rychlost krystalů v roztoku a Reynoldsovo číslo..

Nejjednodušší způsob, jak zajistit, že krystal roste na větší velikosti a má vysokou čistotu, je řízené a pomalé ochlazování, které zabraňuje tvorbě krystalů v krátkém čase a že cizí látky jsou zachyceny uvnitř. oni.

Kromě toho je důležité si uvědomit, že s malými krystaly je mnohem obtížnější manipulovat, ukládat a pohybovat se a náklady na jejich filtrování z řešení jsou vyšší než ty větší. V naprosté většině případů budou největší krystaly z těchto i dalších důvodů nejžádanější.

Jako separační metoda

Potřeba čištění roztoků je běžná v chemickém a chemickém inženýrství, protože může být nezbytné získat produkt, který je homogenně smíchán s jinými nebo jinými rozpuštěnými látkami..

Proto bylo vyvinuto zařízení a metody pro provádění krystalizace jako průmyslový separační proces.

V závislosti na požadavcích existují různé úrovně krystalizace a mohou být prováděny v malém nebo velkém měřítku. Lze ji tedy rozdělit do dvou obecných klasifikací:

Rekrystalizace

Nazývá se rekrystalizace na techniku, která se používá k čištění chemikálií v menším měřítku, obvykle v laboratoři.

To se provádí s roztokem požadované sloučeniny společně s jejími nečistotami ve vhodném rozpouštědle, čímž se zjišťuje precipitace ve formě krystalů některých ze dvou druhů, které budou později odstraněny..

Existuje několik způsobů, jak rekrystalizovat roztoky, mezi nimi je rekrystalizace s rozpouštědlem, s několika rozpouštědly nebo s filtrací za horka..

-Jedno rozpouštědlo

Pokud se použije jediné rozpouštědlo, připraví se roztok sloučeniny "A", nečistoty "B" a minimálního požadovaného množství rozpouštědla (při vysoké teplotě) za vzniku nasyceného roztoku..

Roztok se potom ochladí, což způsobí pokles rozpustnosti obou sloučenin a rekrystalizaci sloučeniny "A" nebo nečistoty "B". V ideálním případě je žádoucí, aby byly krystaly čisté sloučeniny "A". Může být nutné přidat jádro pro zahájení tohoto procesu, který může být i fragmentem skla.

-Různá rozpouštědla

Při rekrystalizaci několika rozpouštědel se používají dvě nebo více rozpouštědel a stejný postup se provádí jako rozpouštědlo. Tento způsob má tu výhodu, že se sloučenina nebo nečistota sráží, zatímco se přidává druhé rozpouštědlo, protože v něm nejsou rozpustné. Při této rekrystalizační metodě není nutné směs zahřívat.

-Filtrace za tepla

Konečně se použije rekrystalizace s horkou filtrací, když je nerozpustná látka "C", která se odstraní vysokoteplotním filtrem po provedení stejného postupu rekrystalizace jednoho rozpouštědla..

V průmyslové oblasti

V průmyslové oblasti chceme provést proces nazývaný frakční krystalizace, což je metoda, která rafinuje látky podle jejich rozdílů v rozpustnosti..

Tyto procesy se podobají procesům rekrystalizace, ale k manipulaci s větším množstvím produktu používají různé technologie.

Jsou aplikovány dvě metody, které budou lépe vysvětleny v následujícím popisu: krystalizace ochlazením a krystalizací odpařováním.

Vzhledem k tomu, že tento proces je ve velkém měřítku, vytváří odpad, ale tyto systémy jsou obvykle recirkulovány systémem, aby byla zajištěna absolutní čistota konečného produktu..

Typy krystalizace

Existují dva typy krystalizace ve velkém měřítku, jak je uvedeno výše: ochlazením a odpařováním. Byly také vytvořeny hybridní systémy, kde se oba jevy vyskytují současně.

Krystalizace chlazením

V tomto způsobu se roztok ochladí, aby se snížila rozpustnost požadované sloučeniny, což způsobuje, že se začne srážit požadovanou rychlostí.

V chemickém inženýrství (nebo procesech) se krystalizátory používají ve formě nádrží s míchadly, které cirkulují chladicí kapaliny v komorách, které obklopují směs tak, že obě látky nepřicházejí do styku, když dochází k přenosu tepla chladiva do roztoku..

K odstranění krystalů se používají škrabky, které vytlačují pevné fragmenty do jámy.

Krystalizace odpařením

To je další možnost, jak dosáhnout precipitace krystalů rozpuštěných látek za použití procesu odpařování rozpouštědla (při konstantní teplotě, na rozdíl od předchozí metody), aby koncentrace solutu přesáhla úroveň rozpustnosti..

Nejběžnější modely jsou tzv. Modely s nuceným oběhem, které udržují tekutinu krystalů v homogenní suspenzi přes nádrž, řídí jejich průtok a rychlost a obvykle generují větší průměrné krystaly než ty, které vznikly při krystalizaci. chlazení.

Příklady

Krystalizace je proces, který se často používá v průmyslu a lze uvést několik příkladů:

- Při těžbě soli z mořské vody.

- Při výrobě cukru.

- Při tvorbě síranu sodného (Na2SO4).

- Ve farmaceutickém průmyslu.

- Ve výrobě čokolády, zmrzliny, másla a margarínu, kromě mnoha dalších potravin.

Odkazy

  1. Krystalizace. (s.f.). Zdroj: en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Zdroj: thinkco.com
  3. Boulder, C. (s.f.). University of Colorado v Boulderu. Zdroj: orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (s.f.). Encyklopedie Britannica. Získáno z britannica.com