Definiția cristalizării

Cristalizarea este solidificarea atomilor sau moleculelor într-o formă foarte structurată numită cristal. De obicei, aceasta se referă la precipitarea lentă a cristalelor dintr-o soluție a unei substanțe. Cu toate acestea, cristalele se pot forma dintr-o topire pură sau direct din depunerea din faza gazoasă. Cristalizarea se poate referi, de asemenea, la tehnica de separare și purificare a solidului-lichid în care se produce transferul de masă de la soluția lichidă la o fază cristalină solidă.

Deși cristalizarea poate apărea în timpul precipitațiilor, cei doi termeni nu sunt interschimbabili. Precipitația se referă pur și simplu la formarea unui insolubil (solid) dintr-o reacție chimică. Un precipitat poate fi amorf sau cristalin.

Procesul cristalizării

Trebuie să apară două evenimente pentru ca cristalizarea să apară. În primul rând, atomii sau moleculele se grupează la scară microscopică într-un proces numit nucleată. Dacă grupurile devin stabile și suficient de mari, cresterea cristalelor pot apărea. Atomii și compușii pot forma în general mai multe structuri cristaline (polimorfism). Dispunerea particulelor este determinată în timpul etapei de nucleare a cristalizării. Aceasta poate fi influențată de mai mulți factori, inclusiv temperatura, concentrația particulelor, presiunea și puritatea materialului.

Într-o soluție în faza de creștere a cristalului, se stabilește un echilibru în care particulele de solutie se dizolvă înapoi în soluție și se precipită ca un solid. Dacă soluția este suprasaturată, aceasta determină cristalizarea, deoarece solventul nu poate susține dizolvarea continuă. Uneori, o soluție suprasaturată este insuficientă pentru a induce cristalizarea. Poate fi necesar să se furnizeze un cristal de semințe sau o suprafață aspră pentru a începe nuclearea și creșterea.

Exemple de cristalizare

Un material se poate cristaliza fie în mod natural, fie artificial și rapid sau peste intervale de timp geologice. Exemple de cristalizări naturale includ:

• Formarea fulgilor de zăpadă
• Cristalizarea mierii într-un borcan
• Stalactita și formarea stalagmitei
• Depunerea cristalelor cu pietre prețioase

Exemple de cristalizări artificiale includ:

• Creșterea cristalelor de zahăr într-un borcan
• Producerea pietrelor de piatră sintetice

Metode de cristalizare

Există multe metode utilizate pentru cristalizarea unei substanțe. Într-o mare măsură, acestea depind dacă materie primă este un compus ionic (de exemplu, sare), compus covalent (de exemplu, zahăr sau mentol) sau un metal (de exemplu, argint sau oțel). Modalitățile de creștere a cristalelor includ:

• Răcirea unei soluții sau topirea
• Solvent de evaporare
• Adăugarea unui al doilea solvent pentru a reduce solubilitatea solutiei
• sublimare
• Stratarea solventului
• Adăugarea unui alt cation sau anion

Cel mai frecvent procedeu este de a dizolva solutul într-un solvent în care acesta este cel puțin parțial solubil. Adesea temperatura soluției este crescută pentru a crește solubilitatea, astfel încât cantitatea maximă de solut intră în soluție. În continuare, amestecul cald sau fierbinte este filtrat pentru a îndepărta materialul nedizolvat sau impuritățile. Soluția rămasă (filtratul) se lasă să se răcească lent pentru a induce cristalizarea. Cristalele pot fi îndepărtate din soluție și lăsate să se usuce sau altfel spălate folosind un solvent în care sunt insolubile. Dacă procesul se repetă pentru a crește puritatea probei, se numește recristalizare.

Viteza de răcire a soluției și cantitatea de evaporare a solventului pot afecta foarte mult dimensiunea și forma cristalelor rezultate. În general, mai lent este mai bun: răciți lent soluția și minimizați evaporarea.