Kristallisation in was es ist, Trennmethode, Typen und Beispiele

DieKristallisation es ist ein Prozess, in dem ein Feststoff mit Atomen oder Molekülen in organisierten Strukturen gebildet wird, die kristalline Netzwerke genannt werden. Kristalle und kristalline Netzwerke können durch Ausfällung einer Lösung, durch Fusion und in einigen Fällen durch direkte Abscheidung eines Gases gebildet werden.

Die Struktur und Beschaffenheit dieses kristallinen Netzwerks hängt von den Bedingungen ab, unter denen der Prozess abläuft, einschließlich der Zeit, die verstrichen ist, um diesen neuen Zustand zu erreichen. Die Kristallisation als Trennverfahren ist äußerst nützlich, da dadurch sichergestellt werden kann, dass nur die gewünschte Verbindung erhalten wird.

Darüber hinaus garantiert dieser Prozess, dass die Passage anderer Spezies aufgrund der geordneten Natur des Kristalls nicht erlaubt ist, was diese Methode zu einer ausgezeichneten Alternative für die Reinigung von Lösungen macht. In der Chemie und chemischen Verfahrenstechnik ist es oft notwendig, ein Verfahren zur Trennung von Gemischen anzuwenden.

Dieser Bedarf wird entweder erzeugt, um die Reinheit der Mischung zu erhöhen oder um eine spezifische Komponente davon zu erhalten, und aus diesem Grund gibt es verschiedene Verfahren, die abhängig von den Phasen, in denen diese Kombination von Substanzen gefunden wird, verwendet werden können.

Index

• 1 Was ist Kristallisation?
  • 1.1 Keimbildung
  • 1.2 Kristallwachstum
• 2 als Trennmethode
  • 2.1 Umkristallisation
  • 2.2 Im industriellen Bereich
• 3 Arten der Kristallisation
  • 3.1 Kristallisation durch Abkühlen
  • 3.2 Kristallisation durch Verdampfung
• 4 Beispiele
• 5 Referenzen

Woraus besteht die Kristallisation?

Die Kristallisation erfordert zwei Schritte, die stattfinden müssen, bevor eine kristalline Netzwerkbildung stattfinden kann: Erstens muss eine ausreichende Ansammlung von Atomen oder Molekülen auf mikroskopischer Ebene vorhanden sein, damit die sogenannte Nukleation beginnen kann.

Dieser Kristallisationsschritt kann nur in unterkühlten Flüssigkeiten (dh unter dem Gefrierpunkt gekühlt, ohne sie fest zu machen) oder in übersättigten Lösungen stattfinden.

Nach Beginn der Nukleation im System können Kerne ausreichend stabil und groß genug gebildet werden, um mit der zweiten Kristallisationsstufe zu beginnen: kristallines Wachstum.

Keimbildung

In diesem ersten Schritt werden die Anordnungen der Teilchen bestimmt, die die Kristalle bilden, und die Auswirkungen der Umweltfaktoren auf die gebildeten Kristalle werden beobachtet; zum Beispiel die Zeit, die es braucht, bis der erste Kristall erscheint, Nukleationszeit genannt.

Es gibt zwei Nukleationsphasen: primäre und sekundäre Nukleation. In der ersten werden neue Kerne gebildet, wenn sich keine anderen Kristalle in der Mitte befinden oder wenn die anderen vorhandenen Kristalle keinen Einfluss auf deren Bildung haben.

Die primäre Keimbildung kann homogen sein, wobei kein Einfluss von im Medium vorhandenen Feststoffen besteht; oder es kann heterogen sein, wo die festen Partikel von externen Substanzen eine Erhöhung der Keimbildungsrate verursachen, die normalerweise nicht auftreten würde.

Bei der Sekundärkeimbildung entstehen neue Kristalle durch den Einfluß anderer vorhandener Kristalle; Dies kann aufgrund von Scherkräften auftreten, die dazu führen, dass Segmente bestehender Kristalle zu neuen Kristallen werden, die ebenfalls mit ihrer eigenen Geschwindigkeit wachsen.

Diese Art der Keimbildung wirkt sich in Systemen mit hoher Energie oder Strömung positiv aus, wo die betreffende Flüssigkeit Kollisionen zwischen Kristallen erzeugt.

Kristallwachstum

Es ist der Prozess, in dem der Kristall seine Größe durch die Aggregation von mehr Molekülen oder Ionen zu den interstitiellen Positionen seines kristallinen Netzwerks vergrößert.

Im Gegensatz zu Fluiden wachsen Kristalle nur dann gleichmäßig, wenn Moleküle oder Ionen in diese Positionen eintreten, obwohl ihre Form von der Natur der betreffenden Verbindung abhängt. Jede unregelmäßige Anordnung dieser Struktur wird als Kristalldefekt bezeichnet.

Das Wachstum eines Kristalls hängt von einer Reihe von Faktoren ab, zu denen unter anderem die Oberflächenspannung der Lösung, der Druck, die Temperatur, die relative Geschwindigkeit der Kristalle in der Lösung und die Reynolds-Zahl gehören.

Der einfachste Weg, um sicherzustellen, dass ein Kristall zu größeren Größen wird und dass er von hoher Reinheit ist, ist eine kontrollierte und langsame Abkühlung, die verhindert, dass sich die Kristalle in kurzer Zeit bilden und dass Fremdstoffe darin eingeschlossen sind. sie.

Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass kleine Kristalle viel schwieriger zu manipulieren, zu lagern und zu bewegen sind, und es kostet mehr, sie aus einer Lösung herauszufiltern als die größeren. In den allermeisten Fällen werden die größten Kristalle aus diesen und weiteren Gründen am meisten gewünscht sein.

Als eine Trennungsmethode

Die Notwendigkeit, Lösungen zu reinigen, ist in der Chemie und der chemischen Technik üblich, da es notwendig sein kann, ein Produkt zu erhalten, das homogen mit anderen oder anderen gelösten Substanzen gemischt ist.

Aus diesem Grund wurden Geräte und Verfahren entwickelt, um die Kristallisation als industrielles Trennverfahren durchzuführen.

Je nach den Anforderungen gibt es unterschiedliche Kristallisationsgrade, die im kleinen oder großen Maßstab durchgeführt werden können. Aus diesem Grund kann es in zwei allgemeine Klassifikationen unterteilt werden:

Umkristallisation

Dies wird als Rekristallisation zu der Technik bezeichnet, die zur Reinigung von Chemikalien in einem kleineren Maßstab üblicherweise in einem Labor verwendet wird.

Dies erfolgt mit einer Lösung der gewünschten Verbindung zusammen mit ihren Verunreinigungen in einem geeigneten Lösungsmittel, wodurch einige der beiden Spezies in Form von Kristallen ausgefällt und dann entfernt werden.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Lösungen zu rekristallisieren, unter anderem die Umkristallisation mit einem Lösungsmittel, mit mehreren Lösungsmitteln oder mit Heißfiltration.

-Ein einzelnes Lösungsmittel

Wenn ein einzelnes Lösungsmittel verwendet wird, wird eine Lösung von Verbindung "A", Verunreinigung "B" und die minimal erforderliche Menge an Lösungsmittel (bei hoher Temperatur) hergestellt, um eine gesättigte Lösung zu bilden.

Die Lösung wird dann abgekühlt, wodurch die Löslichkeit beider Verbindungen abnimmt und die Verbindung "A" oder die Verunreinigung "B" umkristallisiert wird. Was im Idealfall erwünscht ist, ist, dass die Kristalle eine reine "A" -Verbindung aufweisen. Die Zugabe eines Kerns kann notwendig sein, um diesen Prozess zu beginnen, der sogar ein Glasfragment sein kann.

-Verschiedene Lösungsmittel

Bei der Umkristallisation mehrerer Lösungsmittel werden zwei oder mehr Lösungsmittel verwendet und das gleiche Verfahren wie mit einem Lösungsmittel durchgeführt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Verbindung oder die Verunreinigung ausfällt, während das zweite Lösungsmittel hinzugefügt wird, da sie darin nicht löslich sind. Bei diesem Rekristallisationsverfahren ist es nicht notwendig, das Gemisch zu erhitzen.

-Filter heiß

Schließlich wird eine Umkristallisation mit Heißfiltration verwendet, wenn unlösliches Material "C" vorhanden ist, das mit einem Hochtemperaturfilter entfernt wird, nachdem das gleiche Umkristallisationsverfahren eines einzelnen Lösungsmittels durchgeführt wurde.

Im industriellen Bereich

Auf dem industriellen Gebiet ist es erwünscht, einen als fraktionierte Kristallisation bezeichneten Prozess durchzuführen, bei dem es sich um ein Verfahren handelt, das die Substanzen entsprechend ihren Löslichkeitsunterschieden verfeinert.

Diese Prozesse ähneln denen der Rekristallisation, verwenden jedoch unterschiedliche Technologien, um größere Produktmengen zu verarbeiten.

Es werden zwei Methoden angewendet, die in der folgenden Aussage besser erklärt werden: Kristallisation durch Abkühlen und Kristallisation durch Verdampfen.

In großem Maßstab erzeugt dieser Prozess Abfall, aber diese werden normalerweise durch das System rezirkuliert, um eine absolute Reinheit des Endprodukts sicherzustellen.

Arten der Kristallisation

Es gibt zwei Arten von Kristallisation im großen Maßstab, wie oben erwähnt: durch Kühlen und durch Verdampfen. Es sind auch hybride Systeme entstanden, bei denen beide Phänomene gleichzeitig auftreten.

Kristallisation durch Abkühlen

Bei diesem Verfahren wird die Lösung gekühlt, um die Löslichkeit der gewünschten Verbindung zu verringern, wodurch bewirkt wird, daß sie mit der gewünschten Geschwindigkeit auszufällen beginnt.

In der chemischen (oder Prozess-) Technik werden Kristallisatoren in Form von Tanks mit Mischern verwendet, die Kühlflüssigkeiten in den das Gemisch umgebenden Kammern zirkulieren lassen, so dass beide Substanzen nicht in Kontakt kommen, während der Wärmetransfer von dem Kältemittel zu der Lösung stattfindet.

Um die Kristalle zu entfernen, werden Schaber verwendet, die die festen Fragmente in eine Grube drücken.

Kristallisation durch Verdampfung

Dies ist die andere Möglichkeit, die Ausfällung der gelösten Kristalle unter Verwendung eines Lösungsmittelverdampfungsprozesses (bei einer konstanten Temperatur im Gegensatz zu der vorherigen Methode) zu erreichen, um die Konzentration der gelösten Stoffe über das Löslichkeitsniveau zu bringen.

Die gebräuchlichsten Modelle sind die sogenannten Zwangsumlaufmodelle, die die Kristalllauge in einer homogenen Suspension durch den Tank halten, ihren Fluss und ihre Geschwindigkeit steuern und normalerweise Kristalle größerer durchschnittlicher Größe als die bei der Kristallisation gebildeten erzeugen durch Kühlung.

Beispiele

Die Kristallisation ist ein häufig in der Industrie angewandtes Verfahren, und mehrere Beispiele können angeführt werden:

- Bei der Gewinnung von Salz aus Meerwasser.

- Bei der Herstellung von Zucker.

- Bei der Bildung von Natriumsulfat (Na₂SO₄).

- In der pharmazeutischen Industrie.

- Bei der Herstellung von Schokolade, Eis, Butter und Margarine, neben vielen anderen Lebensmitteln.

Referenzen

1. Kristallisation (s.). Von en.wikipedia.org abgerufen
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). Gedankenco. Von thinkco.com abgerufen
3. Boulder, C. (s.f.). Universität von Colorado in Boulder. Von orgchemoulder.com abgerufen
4. Britannica, E. (s.f.). Enzyklopädie Britannica. Von britannica.com abgerufen
5. Chemiker, Y. M. (s.f.). Deine Mutter war eine Chemikerin. Von kitchenscience.sci-toys.com abgerufen