KRISTALLEŞME: SÜREÇ, TÜRLERI, ÖRNEKLERI, AYIRMA - KIMYA - 2025

Kristalleşme , doğal veya yapay olarak kristal halinde bir katı, yani sıralı yapı, bir sıvı ya da gaz halinde ortamdan oluştuğu fiziksel bir işlemdir. Çökeltmeden, ikincisinin işlem parametrelerinin sıkı kontrolü olmadan gelişmesi ve ayrıca amorf ve jelatinimsi katılar üretebilmesi gerçeğiyle farklılık gösterir.

Kristalleşmenin amacı, isminin basit ve açık bir şekilde işaret ettiği gibi, kristaller üretmektir. Bunlar sadece düzenli olmalarıyla değil, aynı zamanda saf katı olmaları ile de karakterize edilirler. Bu nedenle, katı bileşiklerin sentezinde mümkün olduğunca saf kristaller olan yüksek saflıkta ürünler elde edilmeye çalışılır.

Sulu çözelti içinde varsayımsal mor renkli bir çözünen maddenin kristalizasyonu. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Yukarıdaki görüntü, sulu çözelti içinde mor bir çözünen maddenin genelleştirilmiş ve varsayımsal bir kristalizasyonunu göstermektedir.

Kırmızı çubuğun bir termometre görevi gördüğüne dikkat edin. Sıcaklık yüksek olduğunda, çözelti bu koşullar altında çözülebilir kalan çözünmüş çözünen maddeyi içerir. Ancak sıcaklık yavaş yavaş düştükçe ilk mor kristaller görünmeye başlar.

Sıcaklık düşmeye devam ettikçe kristaller, sağlam mor altıgenler oluşturacak şekilde büyüyecek. Çözeltinin rengindeki değişiklik, çözünen maddenin çözünmekten büyüyen kristallere dahil olmaya gittiğinin bir göstergesidir. Kristalizasyon ne kadar yavaş olursa, elde edilen kristalli katı o kadar saftır.

Bu işlem sırasında hesaba katılması gereken başka değişkenler de vardır: Belirlenen çözücüde ne kadar çözünen çözündüğü, çözeltinin hangi sıcaklıkta ısıtılması gerektiği, soğutmanın ne kadar sürmesi gerektiği, sonik ajitasyona başvurmanın ya da olmamanın ne kadar gerekli olduğu, diğerleri arasında. yönleri.

Moleküler ve termodinamik dinamikleri içeren karmaşık bir fenomenden daha fazlası olan kristalleşme süreci, laboratuvarda veya endüstride mükemmelleşene kadar sürekli öğrenme, deneme ve yanılma gerektiren bir sanattır.

Kristalleşme süreci

Kristalleşme temelde iki süreçten oluşur: çekirdeklenme ve kristal büyümesi.

Her iki aşama da her zaman kristalleşme sırasında gerçekleşir, ancak ilk aşama hızla gerçekleştiğinde, ikincisinin gelişmesi için neredeyse hiç zamanı olmayacaktır. Bu arada, çekirdeklenme yavaşsa, kristaller büyümek için daha fazla zamana sahip olacak ve bu nedenle daha büyük olma eğiliminde olacaklar. İkincisi, mor altıgenlerle görüntüde varsayılan durumdur.

çekirdeklenme

Kristallerin başlangıçta düzenli yapılara sahip katılar olduğu söyleniyordu. Çözünen maddenin düzensiz bir şekilde dağıldığı çözümden, parçacıklarının, etkileşimleri, ister iyonik ister Van der Walls türü olsun, ilk çözünen parçacık grubunun yerleşmesine izin verecek kadar yaklaşması gerekir: bir küme.

Bu küme, kararlı ve kristal olana kadar gerektiği kadar çözülebilir ve yeniden biçimlenebilir. İlk çekirdeğin daha sonra ortaya çıktığı söylenir. Çekirdek hiçbir yerden, yani ortamın soğuması sırasında homojenliğinden ortaya çıkarsa, homojen bir çekirdeklenme olacaktır.

Öte yandan, söz konusu çekirdek başka bir çözünmeyen katı parçacık tarafından sağlanan yüzey sayesinde veya kabın kusurları nedeniyle gerçekleşirse, o zaman heterojen bir çekirdeklenmeye sahip oluruz. İkincisi, özellikle kristalize etmek istediğimiz türlerden daha önce elde edilen küçük bir kristal çözeltiye eklendiğinde en yaygın kullanılan ve bilinendir.

Kristaller önce çekirdeklenme olmadan asla ince havadan oluşamazlar.

Kristal büyüme

Çözeltide hala çok sayıda çözünmüş çözünen vardır, ancak bu çekirdeklerdeki çözünen madde konsantrasyonu çevrelerindekinden daha yüksektir. Çekirdekler, daha fazla çözünen partikülün büyüyen yapıları arasına yerleştirilmesi ve "sığması" için destek görevi görür. Bu şekilde geometrileri korunur ve kademeli olarak büyür.

Örneğin, görüntüdeki ilk çekirdekler mor altıgenlerdir; bu senin geometrindir. Çözünen parçacıklar dahil edildikçe, çekirdekler sağlam altıgen kristaller halinde büyür ve çözelti bir buz banyosuna batırılırsa daha da büyümeye devam eder.

Kristalleşme türleri

Şimdiye kadar anlatılanlar, çözücünün soğutulmasıyla kristalleştirilmesidir.

Çözücü uzaklaştırma kristalizasyonu

Diğer kristalizasyon türleri, çözücünün buharlaştırma yoluyla uzaklaştırılmasına dayanır, bunun için çok fazla hacim kullanmak gerekli değildir; yani, onu sadece çözünen madde ile doyurmak ve onu aşırı doyurmak için ısıtmak ve sonra biraz daha bekletmek yeterlidir, böylece çözünen sonunda kristalleşir.

Solvent ilaveli kristalizasyon

Benzer şekilde, çözünen maddenin çözünmez olduğu (antisolvent) karışıma bir çözücünün eklenmesinin neden olduğu kristalleşmeye sahibiz. Bu nedenle, çözünen parçacıkların çok çözünür olduğu bölgelere göre daha konsantre olacağı hareketli ve sıvı bölgeler olduğu için çekirdeklenme tercih edilecektir.

Sonifikasyon ile kristalizasyon

Öte yandan, ultrasonun yeniden çekirdeklenmeyi teşvik eden küçük kabarcıklar ürettiği ve kırdığı, aynı zamanda kristal boyutlarının daha eşit bir şekilde dağıtılmasına yardımcı olduğu sonifikasyon yoluyla kristalizasyon vardır.

Ve son olarak, soğuk yüzeylerde buhar birikiminden kristalleşme vardır; yani katıların süblimleşmesine ters bir fenomen.

Kristalizasyon ayırma yöntemi

Kristalizasyon, katıların elde edilmesi ve saflaştırılmasında vazgeçilmez bir tekniktir. Organik bileşiklerin sentezinde çok tekrarlanır ve ürünün saflığını ve kalitesini garanti etmek için son aşamalardan birini temsil eder.

Boya örneği

Örneğin, bir boyanın kristallerinin elde edildiğini ve bunların zaten filtrelenmiş olduğunu varsayalım. Bu boya başlangıçta bir sentezde çökeltilerek elde edildiğinden, katı, emilmiş ve moleküler kristalleri arasında sıkışmış birçok safsızlığa sahip olduğundan, amorf görünümü gösterir.

Bu nedenle, boyanın biraz çözünür olduğu bir çözücünün ısıtılmasına karar verilir, böylece ilave edildiğinde nispeten daha kolay çözülür. Biraz daha çözücü ekledikten sonra çözüldükten sonra çözelti ısı kaynağından ayrılır ve dinlenmeye bırakılır. Sıcaklık düştükçe çekirdekleşme gerçekleşir.

Böylece, boya kristalleri oluşacak ve daha belirgin görünecek (göze mutlaka kristal olması gerekmez). İşte tam bu anda kap (genellikle bir Erlenmeyer şişesi veya bir beher) bir buz banyosuna daldırılır. Bu banyonun soğuğu, kristallerin çekirdeklenmenin üzerinde büyümesine neden olur.

Boyanın kristalleri daha sonra vakumla süzülür, içinde çözülmediği bir çözücü ile yıkanır ve bir saat camında kurumaya bırakılır.

Kristalleşme sıcaklığı

Kristalleşmenin meydana geldiği sıcaklık, çözünen maddenin çözücü ortamında ne kadar çözünmez olduğuna bağlıdır. Aynı şekilde çözücünün kaynama noktasına da bağlıdır, çünkü çözünen madde henüz kaynama sıcaklığında çözülmemişse, bunun nedeni daha uygun başka bir çözücünün kullanılması gerektiğidir.

Örneğin, sulu ortamda kristalleşebilen katılar, su sıcaklığını düşürürken (yani 100'den 50ºC'ye) veya buharlaşırken bunu yapacaktır. Kristalleşme buharlaşma ile meydana gelirse, oda sıcaklığında gerçekleştiği söylenir.

Öte yandan, metallerin veya bazı iyonik katıların kristalleşmesi çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir, çünkü erime noktaları çok yüksektir ve erimiş sıvı, parçacıklarını çekirdeklendirecek kadar soğutulduğunda bile akkor haldedir ve kristallerinizi büyütün.

Kristalleşme oranı

Prensip olarak, bir katının kristalleşme oranını kontrol etmenin iki doğrudan yolu vardır: süperdoyma derecesi (veya süperdoyma) veya sıcaklıktaki ani değişiklikler.

Süper doygunluk derecesi

Süperdoyma derecesi, ısı uygulamasıyla ne kadar fazla çözünen maddenin çözünmeye zorlandığı anlamına gelir. Bu nedenle, çözelti ne kadar aşırı doyurulursa, çekirdeklenme süreci o kadar hızlı olur, çünkü çekirdeklerin oluşma olasılığı daha yüksektir.

Kristalleşme bu şekilde hızlansa da, elde edilen kristaller daha düşük derecede süperdoyma ile elde edilenlere kıyasla daha küçük olacaktır; yani, büyümeleri çekirdeklenme değil tercih edildiğinde.

Sıcaklık değişiklikleri

Sıcaklık keskin bir şekilde düşürülürse, çekirdeklerin büyümek için neredeyse hiç zamanı olmayacak ve sadece bu değil, aynı zamanda daha yüksek seviyelerde safsızlık tutacaklar. Sonuç, kristalizasyonun yavaş soğutmadan daha hızlı gerçekleşmesine rağmen, kristallerin kalitesi, boyutu ve saflığının daha düşük olmasıdır.

Ani sıcaklık düşüşü nedeniyle hızlı kristalleşme. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Yukarıdaki görüntü, ilkiyle kontrast oluşturmaya hizmet ediyor. Sarı noktalar, çekirdeklerin ani büyümesi nedeniyle içlerinde hapsolmuş olan safsızlıkları temsil eder.

Bu safsızlıklar, daha fazla mor altıgen eklemeyi zorlaştırır ve sonuçta büyük, saf kristaller yerine çok sayıda küçük, saf olmayan kristallere neden olur.

Uygulamalar

Dondurmanın kristalleşmesi, endüstriyel veya zanaatkar üretimi sırasında en önemli hususlardan biridir. Kaynak: Pixabay.

Kristalizasyon ve yeniden kristalleştirme, yüksek kaliteli, saf katılar elde etmek için hayati önem taşır. İlaç endüstrisi için bu özellikle doğrudur çünkü ürünleri, tıpkı gıda endüstrisinde kullanılan koruyucular gibi olabildiğince saf olmalıdır.

Ayrıca nanoteknoloji, sağlam kristal katılardan ziyade nanopartikülleri veya nanokristalleri sentezleyebilmeleri için bu sürece büyük ölçüde bağımlıdır.

Kristalleşmenin büyük bir katılımının olduğu günlük örneklerden biri de dondurma üretimidir. Suya dikkat etmezseniz, lipit içeriğinden ayrı bir fazda (buz) kristalleşir, böylece dokusunu ve tadını etkiler; Başka bir deyişle, daha çok traşlanmış bir dondurma ya da dondurma gibi olacaktır.

Bu nedenle, dondurmanın tadı ve dokunuşu için pürüzsüz olması için buz kristalleri olabildiğince küçük olmalıdır. Bu buz kristalleri biraz büyük olduklarında, dondurmaya buzlu bir yüzey verdikleri için ışıkta tespit edilebilirler.

Kristalizasyon örnekleri

Son olarak, hem doğal hem de yapay olan bazı yaygın kristalleşme örneklerinden bahsedilecektir:

Kar taneleri

Kar taneleri, doğal bir kristalleşme süreciyle oluşturulur. Her kar kristalinin benzersiz olduğu bilinmektedir. Bu, kristalizasyonun (büyüme) ikinci aşamasında meydana gelen koşullardan kaynaklanmaktadır.

Kar kristallerinin sunduğu farklı geometrik şekiller, kristal büyümesi sırasında karşılaşmaları gereken koşullardan kaynaklanmaktadır.

Tuz

Tuz, kristalleşmenin en yaygın örneğidir. Bu hem doğal olarak (deniz tuzu gibi) hem de yapay olarak (sofra tuzunda olduğu gibi) oluşturulabilir.

Şeker

Tuzdan sonra şeker en yaygın kristallerden biridir. Şeker kamışı suyunun alındığı ve yapay bir kristalizasyon işlemine tabi tutulduğu bir dizi karmaşık endüstriyel işlemle oluşturulur.

Elmas

Elmas, saf karbonun kristalleşmesinden oluşan bir değerli taştır. Bu, gezegende bilinen en zor malzemedir. Madencilik yataklarında bulunan elmaslarda olduğu gibi oluşumu doğal veya sentetik olabilir.

yakut

Yakut, alüminyum oksidin (koridon) kristalleşmesinden oluşan kırmızımsı bir kristaldir.

dikitler

Dikitler mağaralarda, özellikle topraklarda (yukarı doğru büyüyen) bulunabilen yapılardır. Kalsiyum bileşiklerinden oluşurlar ve mağaraların tavanlarından düşen suda bulunan kalsiyum tuzlarının kristalleşmesinden oluşurlar.

Damlataşlar

Sarkıtlar, dikitler gibi kalsiyumdan yapılır ve mağaralarda bulunur. İkincisinden farklılar çünkü tavandan sarkıyorlar. Mağaralara sızan suda bulunan kalsiyum tuzlarının kristalleşmesi ile oluşurlar.

Kuvars

Kuvars, silisik anhidritin kristalleşmesinden oluşan bir mücevherdir. Kayalarda en bol bulunan minerallerden biridir ve rengi değişkendir.

Peridot

Olivin olarak da adlandırılan bu değerli taş, demir ve magnezyumun kristalleşmesi sayesinde oluşur. Yeşilimsi renktedir ve genellikle elmas şeklindedir.

silikatlar

Silikatlar, silika ve diğer elementlerin (demir, alüminyum, kalsiyum, magnezyum) kristalleşmesi ile oluşturulan malzemelerdir. Tüm kayalarda bulunurlar.

şekerler

Şekerler şeker kristalleri ile yapılır, bu nedenle iki kristalleşme işleminin devreye girdiği söylenebilir: Birincisi şeker oluşumu ve ikincisi pekmez oluşumu.

Kremalı dondurma

Kremalı dondurma, ona son pürüzsüz dokuyu veren bir dizi kristal içerir. Kremalı dondurmanın içerdiği kristaller arasında lipid kristalleri (yağdan oluşan) ve buz kristalleri öne çıkıyor. Bazı dondurmaların laktoz kristalleri de içerdiği unutulmamalıdır.

Bu anlamda dondurma, çeşitli yapay kristalizasyon işlemleriyle (biri lipitler, biri buz ve diğeri laktoz için) elde edilir.

Diğerleri

-Bir iplik veya ip etrafındaki şeker kristallerinin ve aşırı doymuş bir tatlı solüsyonun hazırlanması

- Kavanozlarının dibinde biriken ballardan şeker kristallerinin oluşumu

-Kalsiyum oksalat kristallerinin özünden oluşan böbrek taşlarının büyümesi

-Şekil ve kenarları düzenli iç yapılarının bir yansıması olan değerli taşlar ve elmaslar dahil olmak üzere minerallerin yıllar içinde kristalleşmesi

-Sıcak metal buharlarının kristallerinin büyümesi için destek olarak soğuk çubuklar üzerinde birikmesi.

Referanslar

1. Day, R. ve Underwood, A. (1989). Kantitatif Analitik Kimya. (beşinci baskı). PEARSON Prentice Salonu.
2. Vikipedi. (2019). Kristalleşme. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (23 Mayıs 2019). Kristalleşme Tanımı. Kurtarıldı: thinkco.com
4. Colorado Üniversitesi. (Sf). Kristalleşme. Organik Kimya. Orgchemboulder.com'dan kurtarıldı
5. Syrris. (2019). Kristalleşme nedir? Kurtarıldı: syrris.com