Nguyên tắc của phương pháp kết tinh

các kết tinh đó là một quá trình trong đó một chất rắn được hình thành với các nguyên tử hoặc phân tử trong các cấu trúc có tổ chức, được gọi là mạng tinh thể. Các tinh thể và mạng lưới tinh thể có thể được hình thành thông qua sự kết tủa của một giải pháp, bằng phản ứng tổng hợp và, trong một số trường hợp, bằng sự lắng đọng trực tiếp của một chất khí.

Cấu trúc và bản chất của mạng lưới tinh thể này sẽ phụ thuộc vào các điều kiện theo đó quá trình xảy ra, bao gồm cả thời gian trôi qua để đạt đến trạng thái mới này. Kết tinh như một quá trình phân tách là vô cùng hữu ích, vì nó cho phép đảm bảo rằng các cấu trúc chỉ thu được từ hợp chất mong muốn.

Ngoài ra, quá trình này đảm bảo rằng sự đi qua của các loài khác sẽ không được phép có tính chất có trật tự của tinh thể, làm cho phương pháp này trở thành một phương pháp thay thế tuyệt vời để tinh chế các giải pháp. Nhiều lần trong hóa học và kỹ thuật hóa học, cần phải sử dụng quy trình tách hỗn hợp.

Nhu cầu này được tạo ra để tăng độ tinh khiết của hỗn hợp hoặc để có được một thành phần cụ thể của nó, và vì lý do này, có một số phương pháp có thể được sử dụng tùy thuộc vào các giai đoạn tìm thấy sự kết hợp các chất này..

Chỉ số

• 1 Kết tinh là gì??
  • 1.1 Tạo mầm
  • 1.2 Tăng trưởng tinh thể
• 2 Như một phương pháp tách
  • 2.1 Kết tinh lại
  • 2.2 Trong lĩnh vực công nghiệp
• 3 loại kết tinh
  • 3.1 Kết tinh bằng cách làm mát
  • 3.2 Kết tinh bằng bay hơi
• 4 ví dụ
• 5 tài liệu tham khảo

Sự kết tinh bao gồm những gì??

Quá trình kết tinh đòi hỏi hai bước phải xảy ra trước khi có thể hình thành mạng tinh thể: đầu tiên, phải có sự tích lũy đủ của các nguyên tử hoặc phân tử ở cấp độ hiển vi để cái gọi là quá trình tạo mầm bắt đầu xảy ra.

Giai đoạn kết tinh này chỉ có thể xảy ra trong chất lỏng siêu lạnh [nghĩa là được làm lạnh dưới điểm đóng băng mà không làm cho chúng rắn] hoặc dung dịch siêu bão hòa.

Sau khi bắt đầu tạo mầm trong hệ thống, hạt nhân có thể được hình thành đủ ổn định và đủ lớn để bắt đầu giai đoạn kết tinh thứ hai: tăng trưởng tinh thể.

Tạo mầm

Trong bước đầu tiên này, sự sắp xếp của các hạt sẽ hình thành các tinh thể được xác định và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên các tinh thể được hình thành được quan sát; ví dụ, thời gian cần thiết để tinh thể đầu tiên xuất hiện, được gọi là thời gian tạo mầm.

Có hai giai đoạn tạo mầm: tạo mầm sơ cấp và thứ cấp. Đầu tiên, các hạt nhân mới được hình thành khi không có các tinh thể khác ở giữa hoặc khi các tinh thể hiện có khác không có ảnh hưởng đến sự hình thành của các tinh thể này.

Hạt nhân sơ cấp có thể đồng nhất, trong đó không có ảnh hưởng đến phần chất rắn có trong môi trường; hoặc nó có thể không đồng nhất, trong đó các hạt rắn của các chất bên ngoài gây ra sự gia tăng tốc độ tạo mầm mà thông thường sẽ không xảy ra.

Trong quá trình tạo mầm thứ cấp, các tinh thể mới được hình thành do ảnh hưởng của các tinh thể khác hiện có; điều này có thể xảy ra do lực cắt làm cho các phân đoạn của tinh thể hiện tại trở thành tinh thể mới cũng phát triển theo tốc độ của riêng chúng.

Loại lợi ích tạo mầm này trong các hệ thống dòng chảy hoặc năng lượng cao, trong đó chất lỏng liên quan tạo ra sự va chạm giữa các tinh thể.

Tăng trưởng tinh thể

Đó là quá trình tinh thể tăng kích thước của nó bằng cách kết hợp nhiều phân tử hoặc ion hơn vào các vị trí xen kẽ của mạng lưới tinh thể của nó.

Không giống như chất lỏng, tinh thể chỉ phát triển đồng đều khi các phân tử hoặc ion xâm nhập vào các vị trí này, mặc dù hình dạng của chúng sẽ phụ thuộc vào bản chất của hợp chất trong câu hỏi. Bất kỳ sự sắp xếp bất thường nào đối với cấu trúc này được gọi là khiếm khuyết tinh thể.

Sự tăng trưởng của tinh thể phụ thuộc vào một loạt các yếu tố, trong đó có sức căng bề mặt của dung dịch, áp suất, nhiệt độ, tốc độ tương đối của các tinh thể trong dung dịch và số Reynold, trong số các yếu tố khác..

Cách đơn giản nhất để đảm bảo rằng một tinh thể phát triển đến kích thước lớn hơn và nó có độ tinh khiết cao là thông qua việc làm mát chậm và có kiểm soát, ngăn chặn các tinh thể hình thành trong một thời gian ngắn và các chất lạ bị mắc kẹt bên trong. họ.

Ngoài ra, điều quan trọng cần lưu ý là các tinh thể nhỏ khó thao tác, lưu trữ và di chuyển hơn nhiều và chi phí nhiều hơn để lọc chúng từ một giải pháp so với các tinh thể lớn hơn. Trong phần lớn các trường hợp, các tinh thể lớn nhất sẽ được mong muốn nhất, vì những lý do này và nhiều lý do.

Như một phương pháp tách

Nhu cầu làm sạch các giải pháp là phổ biến trong hóa học và kỹ thuật hóa học, vì có thể cần phải có được một sản phẩm được trộn đồng nhất với một chất khác hoặc các chất hòa tan khác..

Đây là lý do tại sao thiết bị và phương pháp đã được phát triển để thực hiện quá trình kết tinh như một quá trình phân tách công nghiệp.

Có các mức độ kết tinh khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu, và có thể được thực hiện trên quy mô nhỏ hoặc lớn. Do đó, nó có thể được chia thành hai phân loại chung:

Kết tinh lại

Nó được gọi là kết tinh lại với kỹ thuật được sử dụng để tinh chế hóa chất ở quy mô nhỏ hơn, thường là trong phòng thí nghiệm.

Điều này được thực hiện với một dung dịch của hợp chất mong muốn cùng với các tạp chất của nó trong một dung môi thích hợp, tìm cách từ đó kết tủa ở dạng tinh thể, một số hai loài sẽ bị loại bỏ sau đó..

Có một số cách để kết tinh lại các giải pháp, trong số đó là kết tinh lại với dung môi, với một số dung môi hoặc lọc nóng..

-Một dung môi

Khi sử dụng một dung môi duy nhất, dung dịch hợp chất "A", tạp chất "B" và lượng dung môi cần thiết tối thiểu [ở nhiệt độ cao] được chuẩn bị để tạo thành dung dịch bão hòa.

Dung dịch này sau đó được làm lạnh, làm cho độ hòa tan của cả hai hợp chất giảm xuống và hợp chất "A" hoặc tạp chất "B" được kết tinh lại. Điều lý tưởng mong muốn là các tinh thể là hợp chất "A" tinh khiết. Có thể cần phải thêm lõi để bắt đầu quá trình này, thậm chí có thể là một mảnh thủy tinh.

-Dung môi khác nhau

Trong quá trình kết tinh lại một số dung môi, hai hoặc nhiều dung môi được sử dụng và quá trình tương tự được thực hiện như với một dung môi. Quá trình này có lợi thế là hợp chất hoặc tạp chất sẽ kết tủa trong khi dung môi thứ hai được thêm vào, vì chúng không hòa tan trong đó. Trong phương pháp kết tinh lại này, không cần thiết phải làm nóng hỗn hợp.

-Lọc nóng

Cuối cùng, kết tinh lại với lọc nóng được sử dụng khi có chất không hòa tan "C", được loại bỏ bằng bộ lọc nhiệt độ cao sau khi thực hiện cùng một quy trình kết tinh lại một dung môi duy nhất.

Trong lĩnh vực công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, chúng tôi muốn thực hiện một quá trình gọi là kết tinh phân đoạn, đây là phương pháp tinh chế các chất theo sự khác biệt về độ hòa tan của chúng.

Các quy trình này tương tự như quá trình kết tinh lại, nhưng sử dụng các công nghệ khác nhau để xử lý số lượng lớn sản phẩm.

Hai phương pháp được áp dụng, sẽ được giải thích tốt hơn trong tuyên bố sau: kết tinh bằng cách làm mát và kết tinh bằng bay hơi.

Là một quy mô lớn quá trình này tạo ra chất thải, nhưng chúng thường được hệ thống tuần hoàn lại để đảm bảo độ tinh khiết tuyệt đối của sản phẩm cuối cùng.

Các loại kết tinh

Có hai loại kết tinh quy mô lớn, như đã nêu ở trên: bằng cách làm mát và bay hơi. Các hệ thống lai cũng đã được tạo ra, trong đó cả hai hiện tượng xảy ra đồng thời.

Kết tinh bằng cách làm mát

Trong phương pháp này, dung dịch được làm lạnh để giảm độ hòa tan của hợp chất mong muốn, làm cho nó bắt đầu kết tủa ở tốc độ mong muốn.

Trong kỹ thuật hóa học [hoặc quy trình], chất kết tinh được sử dụng ở dạng bể chứa có máy trộn, lưu thông chất lỏng môi chất lạnh trong các ngăn bao quanh hỗn hợp để cả hai chất không tiếp xúc trong khi xảy ra sự truyền nhiệt của chất làm lạnh sang dung dịch..

Để loại bỏ các tinh thể, người dọn dẹp được sử dụng, đẩy các mảnh rắn vào hố.

Kết tinh bằng bay hơi

Đây là lựa chọn khác để đạt được sự kết tủa của các tinh thể hòa tan, sử dụng quá trình bay hơi dung môi [ở nhiệt độ không đổi, không giống như phương pháp trước], để làm cho nồng độ chất tan vượt quá mức độ hòa tan.

Các mô hình phổ biến nhất là các mô hình tuần hoàn cưỡng bức, giữ cho các tinh thể ở trạng thái lơ lửng đồng nhất qua bể, kiểm soát dòng chảy và tốc độ của chúng, và thường tạo ra các tinh thể trung bình lớn hơn so với các tinh thể hình thành trong quá trình kết tinh bằng cách làm mát.

Ví dụ

Kết tinh là một quá trình thường xuyên được sử dụng trong công nghiệp và một số ví dụ có thể được trích dẫn:

- Trong khai thác muối từ nước biển.

- Trong sản xuất đường.

- Trong sự hình thành của natri sunfat [Na2VẬY4].

- Trong ngành dược phẩm.

- Trong việc sản xuất sô cô la, kem, bơ và bơ thực vật, ngoài ra còn có nhiều loại thực phẩm khác.

Tài liệu tham khảo

1. Kết tinh. [s.f.]. Lấy từ en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. [s.f.]. NghĩCo. Lấy từ thinkco.com
3. Đá cuội, C. [s.f.]. Đại học Colorado tại Boulder. Lấy từ orgchemboulder.com
4. Britannica, E. [s.f.]. Bách khoa toàn thư Britannica. Lấy từ britannica.com

Kết tinh vs Kết tinh lại

Trong quá trình kết tinh, các kết tủa tinh thể được tạo thành. Kết tủa có thể được hình thành theo hai cách; bởi sự tạo mầm và bởi sự phát triển của hạt. Trong quá trình tạo mầm, một vài ion, nguyên tử hoặc phân tử kết hợp với nhau để tạo thành một chất rắn bền vững. Những chất rắn nhỏ này được gọi là hạt nhân. Thông thường, các hạt nhân này hình thành trên bề mặt các chất bẩn lơ lửng.Khi hạt nhân này tiếp xúc với các ion, nguyên tử hoặc phân tử, sự tạo mầm bổ sung hoặc sự phát triển thêm của hạt có thể xảy ra. Nếu quá trình tạo mầm tiếp tục xảy ra thì sẽ tạo ra kết tủa có chứa nhiều hạt nhỏ. Ngược lại, nếu sự phát triển chiếm ưu thế, một số lượng nhỏ các hạt lớn hơn được tạo ra. Tỷ lệ tạo mầm tăng khi tăng độ bão hòa tương đối. Thông thường, phản ứng tạo kết tủa diễn ra chậm. Vì vậy, khi thêm từ từ thuốc thử tạo kết tủa vào dung dịch của chất phân tích, hiện tượng siêu bão hòa có thể xảy ra. [Dung dịch bão hòa là dung dịch không bền có nồng độ chất tan cao hơn so với dung dịch bão hòa.]

Kết tinh

Kết tinh là quá trình kết tủa các tinh thể từ dung dịch do sự thay đổi điều kiện hòa tan của chất tan trong dung dịch. Đây là một kỹ thuật tách tương tự như kết tủa thông thường.

Chất kết tủa là chất rắn bao gồm các hạt trong dung dịch. Đôi khi chất rắn là kết quả của phản ứng hóa học trong dung dịch. Những hạt rắn này cuối cùng sẽ lắng xuống do mật độ của chúng, và nó được gọi là chất kết tủa. Trong ly tâm, kết tủa thu được còn được gọi là viên. Dung dịch phía trên kết tủa được gọi là phần nổi phía trên. Kích thước hạt trong kết tủa thay đổi theo từng trường hợp. Các tinh thể có thể được lọc dễ dàng và chúng có kích thước lớn hơn.

Sự khác biệt trong phương pháp kết tinh so với kết tủa thông thường là chất rắn thu được là tinh thể. Kết tủa tinh thể dễ dàng lọc và tinh chế hơn. Kích thước hạt tinh thể có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các dung dịch loãng và thêm từ từ thuốc thử kết tủa trong khi trộn. Chất lượng của tinh thể và sự cải thiện khả năng lọc có thể nhận được từ quá trình hòa tan và kết tinh lại chất rắn. Sự kết tinh cũng có thể được nhìn thấy trong tự nhiên. Nó thường được tiến hành nhân tạo cho các loại sản xuất và tinh chế tinh thể khác nhau.

Kết tinh lại

Kết tinh lại là một kỹ thuật để tinh chế các tinh thể thu được từ phương pháp kết tinh. Mặc dù quá trình kết tinh phân tách hợp chất ở dạng gần như tinh khiết, nhưng khi tinh thể hình thành một số tạp chất có thể mắc kẹt trong đó. Bằng phương pháp kết tinh lại, các tạp chất này có thể được loại bỏ ở mức độ lớn hơn.

Thông thường, các tinh thể được hòa tan trong một lượng rất ít dung môi nóng và được phép hòa tan hoàn toàn. Khi để nguội từ từ [có thể sau khi lọc], các tinh thể có thể xuất hiện trở lại. Những tinh thể này không có tạp chất. Các tinh thể có thể được tách ra bằng cách lọc lại dung dịch. Quá trình kết tinh lại có thể được thực hiện theo nhiều cách, và nhiều lần để tăng độ tinh khiết của tinh thể mong muốn.