Kristályosítás az összetételben, elválasztási módszer, típusok és példák



az kristályosodás Ez egy olyan folyamat, amelyben egy szilárd anyagot képeznek atomokkal vagy molekulákkal szervezett struktúrákban, amelyeket kristályos hálózatoknak neveznek. A kristályokat és a kristályos hálózatokat egy oldat kicsapásával, fúzióval és bizonyos esetekben egy gáz közvetlen lerakódásával lehet kialakítani..

Ennek a kristályos hálózatnak a szerkezete és jellege attól függ, hogy milyen körülmények között történik a folyamat, beleértve az új állapot eléréséhez eltelt időt is. A kristályosítás mint elválasztási eljárás rendkívül hasznos, mivel lehetővé teszi, hogy a szerkezeteket csak a kívánt vegyületből nyerjük.

Ezen túlmenően ez a folyamat garantálja, hogy más fajok áthaladása nem megengedett a kristály rendezett jellege miatt, így ez a módszer kiváló alternatíva az oldatok tisztítására. A kémia és a kémiai tervezés során sokszor keverési elválasztási eljárást kell alkalmazni.

Ezt az igényt a keverék tisztaságának növelésére vagy annak egy specifikus komponensének megszerzésére hozzuk létre, és ezért számos olyan módszer alkalmazható, amelyek attól függően alakulnak ki, hogy az adott anyagkombináció milyen fázisokat tartalmaz..

index

  • 1 Mi a kristályosítás??
    • 1.1 Nukleáció
    • 1.2 Kristálynövekedés
  • 2 Szétválasztási módszerként
    • 2.1 Átkristályosítás
    • 2.2 Ipari területen
  • 3 A kristályosítás típusai
    • 3.1 Kristályosítás hűtéssel
    • 3.2 Kristályosodás párologtatással
  • 4 Példák
  • 5 Referenciák

Mit tartalmaz a kristályosodás??

A kristályosodásnak két lépést kell tennie, amelyeknek meg kell történniük a kristályos hálózat kialakulása előtt: először is, elegendő az atomok vagy molekulák felhalmozódása mikroszkópos szinten, hogy az ún..

Ez a kristályosodás csak a túlhűtött folyadékokban (azaz a fagyáspont alatt lehűtött, szilárd anyagok nélkül) vagy túltelített oldatokban fordulhat elő..

A rendszerben a nukleáció megkezdése után a magok eléggé stabilak és elég nagyok ahhoz, hogy elkezdhessék a kristályosodás második szakaszát: kristályos növekedést.

nucleation

Ebben az első lépésben meghatározzuk a kristályokat képző részecskék elrendezését, és megfigyeljük a környezeti tényezők hatását a képződött kristályokra; például az az idő, ameddig az első kristály megjelenhet, úgynevezett nukleációs idő.

A nukleáció két fázisa van: primer és szekunder nukleáció. Az elsőben új magok képződnek, amikor nincsenek más kristályok közepén, vagy ha a többi meglévő kristálynak nincs hatása ezek kialakulására..

A primer nukleáció homogén lehet, amelyben nincs hatással a közegben jelen lévő szilárd anyagok részére; vagy heterogén lehet, ha a külső anyagok szilárd részecskéi növelik a magképződési sebességet, amely normális esetben nem fordul elő.

A másodlagos nukleáció során az új kristályokat más meglévő kristályok befolyásolják; ez annak köszönhető, hogy a meglévő kristályok szegmenseit alkotó vágóerők új kristályokká válnak, amelyek szintén saját ütemben nőnek.

Ez a fajta nukleációs előny nagy energiájú vagy áramlási rendszerekben, ahol az érintett folyadék ütközéseket okoz a kristályok között.

Kristálynövekedés

Az a folyamat, amelyben a kristály növeli annak méretét több molekula vagy ion aggregálásával a kristályos hálózat interstitialis pozíciójához.

Ellentétben a folyadékokkal, a kristályok csak egyenletesen nőnek, amikor a molekulák vagy ionok belépnek ezekbe a pozíciókba, bár alakjuk függ a kérdéses vegyület természetétől. Bármilyen szabálytalan elrendezést a szerkezethez kristályhibának nevezünk.

A kristály növekedése számos tényezőtől függ, amelyek közül az oldat felületi feszültsége, a nyomás, a hőmérséklet, a kristályok relatív sebessége az oldatban és Reynolds-szám, többek között..

A legegyszerűbb módja annak, hogy a kristály nagyobb méretű legyen és nagy tisztaságú legyen, szabályozott és lassú hűtés révén, ami megakadályozza, hogy a kristályok rövid időn belül képződjenek, és hogy idegen anyagok maradjanak be. ők.

Ezen túlmenően fontos megjegyezni, hogy a kis kristályok sokkal nehezebb manipulálni, tárolni és mozgatni, és többet fizetnek a szűrőből, mint a nagyobbak. Az esetek túlnyomó többségében a legnagyobb kristályok lesznek a leginkább kívánatosak ezekre és több okra.

Szétválasztási módszerként

A kémia és a vegyipar területén gyakori a megoldások tisztításának szükségessége, mivel szükség lehet egy olyan termék előállítására, amely homogénen összekeverik egy másik vagy más oldott anyaggal..

Ezért fejlesztettek ki berendezéseket és módszereket, hogy ipari elválasztási eljárásként kristályosodjanak.

A követelményektől függően különböző kristályosodási szintek vannak, és kis vagy nagy léptékben is végrehajthatók. Ezért két általános besorolásra osztható:

átkristályosítással

Az átkristályosítás az a technika, amelyet a vegyszerek kisebb méretű, általában laboratóriumi tisztítására használnak.

Ezt a kívánt vegyület és a szennyeződések egy megfelelő oldószerrel készített oldatával végezzük, ezáltal kristályok formájában kicsapódva a két faj közül néhányat később eltávolítunk..

Számos módja van az oldatok átkristályosításának, többek között oldószerrel való átkristályosítással, több oldószerrel vagy forró szűréssel..

-Egyetlen oldószer

Ha egyetlen oldószert alkalmazunk, az "A" vegyület, a "B" szennyező és a minimálisan szükséges mennyiségű oldószer (magas hőmérsékleten) oldatot készítünk telített oldat előállítására..

Az oldatot ezután lehűtjük, és mindkét vegyület oldhatósága csökken, és az "A" vagy "B" szennyező anyag átkristályosítható. Ideális esetben a kristályok tiszta "A" vegyületet tartalmaznak. Szükség lehet egy mag hozzáadására a folyamat megkezdéséhez, amely akár egy üveg töredéke is lehet.

-Különböző oldószerek

Több oldószer átkristályosításakor két vagy több oldószert használunk, és ugyanazt az eljárást hajtjuk végre, mint egy oldószerrel. Ennek az eljárásnak az az előnye, hogy a vegyület vagy a szennyeződés kicsapódik a második oldószer hozzáadásakor, mivel nem oldódnak benne. Ebben az átkristályosítási eljárásban nem szükséges a keveréket melegíteni.

-Forró szűrés

Végül forró szűréssel történő átkristályosítást alkalmazunk, ha oldhatatlan "C" anyag van, amelyet nagy hőmérsékletű szűrővel eltávolítunk, miután az egyetlen oldószer átkristályosítását elvégeztük..

Az ipari területen

Az iparban egy frakcionális kristályosítást kívánunk végrehajtani, ami egy olyan módszer, amely az anyagokat az oldhatósági különbségeiknek megfelelően finomítja..

Ezek a folyamatok hasonlítanak az átkristályosításhoz, de különböző technológiákat alkalmaznak a nagyobb mennyiségű termék kezelésére.

Két módszert alkalmaznak, amelyeket jobban meg fogunk magyarázni a következő állításban: kristályosítás hűtéssel és bepárlással történő kristályosítással.

Ez a folyamat nagymértékben hulladék keletkezik, de ezeket rendszerint a rendszer újrahasznosítja, hogy biztosítsa a végtermék abszolút tisztaságát..

A kristályosítás típusai

A fentiekben leírtak szerint kétféle nagyméretű kristályosítás lehetséges: hűtéssel és bepárlással. Hibrid rendszereket is létrehoztak, ahol mindkét jelenség egyszerre fordul elő.

Kristályosítás hűtéssel

Ebben az eljárásban az oldatot lehűtjük, hogy csökkentsük a kívánt vegyület oldhatóságát, ami azt eredményezi, hogy a kívánt sebességgel kicsapódik.

A vegyiparban (vagy folyamatokban) a kristályosítókat keverőkkel ellátott tartályok formájában használják, amelyek a keveréket körülvevő rekeszekben hűtőközeg-folyadékokat keringenek úgy, hogy mindkét anyag ne kerüljön érintkezésbe a hűtőközeg oldathoz való hőátadásakor..

A kristályok eltávolításához kaparókat használnak, amelyek a szilárd részeket egy gödörbe tolják.

Elpárologtatással végzett kristályosítás

Ez a másik lehetőség az oldott kristályok kicsapódásának elérésére, oldószer-elpárologtató eljárás alkalmazásával (állandó hőmérsékleten, ellentétben az előző módszerrel), hogy az oldott anyag koncentrációja meghaladja az oldhatósági szintet.

A leggyakoribb modellek az úgynevezett kényszerkeringési modellek, amelyek a kristályok folyadékát homogén szuszpenzióban tartják a tartályon keresztül, szabályozzák az áramlását és sebességét, és általában nagyobb kristályokat generálnak, mint a kristályosodás során keletkezett kristályok. hűtéssel.

Példák

A kristályosodás az iparágban gyakran alkalmazott folyamat, és számos példát lehet idézni:

- A só kivonása a tengervízből.

- A cukorgyártásban.

- A nátrium-szulfát (Na2SW4).

- A gyógyszeriparban.

- Csokoládé, fagylalt, vaj és margarin gyártásánál sok más étel mellett.

referenciák

  1. A kristályosodás. (N.d.). A (z) en.wikipedia.org webhelyről származik
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. A gondolat.hu-ból származik
  3. Boulder, C. (s.f.). Colorado Egyetem, Boulder. Az orgchemboulder.com-ból származik
  4. Britannica, E. (s.f.). Encyclopedia Britannica. A britannica.com-ból származik