La cristallisation dans ce qu'elle contient, méthode de séparation, types et exemples

Lela cristallisation c'est un processus dans lequel un solide est formé avec des atomes ou des molécules dans des structures organisées, appelées réseaux cristallins. Les cristaux et les réseaux cristallins peuvent être formés par précipitation d'une solution, par fusion et, dans certains cas, par dépôt direct d'un gaz.

La structure et la nature de ce réseau cristallin dépendront des conditions dans lesquelles le processus se produit, y compris du temps écoulé pour atteindre ce nouvel état. La cristallisation en tant que procédé de séparation est extrêmement utile, car elle permet de garantir que seul le composé souhaité est obtenu.

De plus, ce procédé garantit que le passage d'autres espèces ne sera pas autorisé étant donné la nature ordonnée du cristal, faisant de cette méthode une excellente alternative pour la purification des solutions. Plusieurs fois en chimie et en génie chimique, il est nécessaire d'utiliser un procédé de séparation des mélanges.

Ce besoin est généré soit pour augmenter la pureté du mélange, soit pour en obtenir un composant spécifique, et pour cette raison, divers procédés peuvent être utilisés en fonction des phases dans lesquelles cette combinaison de substances est trouvée.

Index

• 1 Qu'est-ce que la cristallisation?
  • 1.1 Nucléation
  • 1.2 Croissance des cristaux
• 2 Comme méthode de séparation
  • 2.1 Recristallisation
  • 2.2 Dans le domaine industriel
• 3 types de cristallisation
  • 3.1 Cristallisation par refroidissement
  • 3.2 Cristallisation par évaporation
• 4 exemples
• 5 références

En quoi consiste la cristallisation?

La cristallisation nécessite deux étapes avant que le réseau cristallin puisse se former: premièrement, il doit y avoir suffisamment d’accumulation d’atomes ou de molécules au niveau microscopique pour que la soi-disant nucléation commence à se produire.

Cette étape de cristallisation ne peut se produire que dans des fluides surfondus (c'est-à-dire refroidis en dessous de leur point de congélation sans les rendre solides) ou des solutions sursaturées.

Après avoir commencé la nucléation dans le système, les noyaux peuvent être formés de manière suffisamment stable et suffisamment grande pour commencer la deuxième étape de la cristallisation: la croissance cristalline.

La nucléation

Dans cette première étape, les réseaux de particules qui formeront les cristaux sont déterminés et les effets des facteurs environnementaux sur les cristaux formés sont observés; par exemple, le temps qu'il faut au premier cristal pour apparaître, appelé temps de nucléation.

Il y a deux étapes de nucléation: la nucléation primaire et secondaire. Dans le premier cas, de nouveaux noyaux se forment lorsqu'il n'y a pas d'autres cristaux au milieu ou lorsque les autres cristaux existants n'ont aucun effet sur la formation de ceux-ci.

La nucléation primaire peut être homogène, sans influence des solides présents dans le milieu; ou il peut être hétérogène, où les particules solides de substances externes provoquent une augmentation de la vitesse de nucléation qui normalement ne se produirait pas.

Dans la nucléation secondaire, de nouveaux cristaux se forment sous l'influence d'autres cristaux existants; Cela peut se produire en raison des forces de cisaillement qui font que des segments de cristaux existants deviennent de nouveaux cristaux qui se développent également à leur propre rythme.

Ce type de nucléation profite aux systèmes de haute énergie ou de flux, où le fluide impliqué génère des collisions entre les cristaux.

Croissance de cristal

C'est le processus dans lequel le cristal augmente sa taille par l'agrégation de plus de molécules ou d'ions aux positions interstitielles de son réseau cristallin.

Contrairement aux fluides, les cristaux ne se développent que lorsque les molécules ou les ions entrent dans ces positions, bien que leur forme dépende de la nature du composé en question. Toute disposition irrégulière de cette structure est appelée défaut cristallin.

La croissance d'un cristal dépend d'une série de facteurs, parmi lesquels la tension superficielle de la solution, la pression, la température, la vitesse relative des cristaux dans la solution et le nombre de Reynolds, entre autres.

Le moyen le plus simple de s'assurer que le cristal grandit et qu'il est de grande pureté est un refroidissement contrôlé et lent qui empêche les cristaux de se former rapidement et les substances étrangères piégées à l'intérieur. eux

En outre, il est important de noter que les petits cristaux sont beaucoup plus difficiles à manipuler, à stocker et à déplacer, et qu’il en coûte plus cher de les filtrer d’une solution que les plus grands. Dans la grande majorité des cas, les plus gros cristaux seront les plus recherchés, pour ces raisons et d’autres encore.

Comme méthode de séparation

La nécessité de purifier les solutions est courante en chimie et en génie chimique, car il peut être nécessaire d'obtenir un produit mélangé de manière homogène à une autre ou à d'autres substances dissoutes.

C'est pourquoi des équipements et des méthodes ont été développés pour réaliser la cristallisation en tant que procédé de séparation industrielle.

En fonction des besoins, il existe différents niveaux de cristallisation et peuvent être réalisés à petite ou grande échelle. Pour cette raison, il peut être divisé en deux classifications générales:

Recristallisation

C'est ce qu'on appelle la recristallisation à la technique utilisée pour purifier les produits chimiques à plus petite échelle, généralement en laboratoire.

Ceci est effectué avec une solution du composé désiré avec ses impuretés dans un solvant approprié, cherchant ainsi à précipiter certaines des deux espèces sous la forme de cristaux et à les éliminer ensuite.

Il existe plusieurs manières de recristalliser les solutions, parmi lesquelles la recristallisation avec un solvant, avec plusieurs solvants ou avec une filtration à chaud.

-Un solvant unique

Lorsqu'un seul solvant est utilisé, une solution du composé "A", de l'impureté "B" et de la quantité minimale requise de solvant (à haute température) est préparée pour former une solution saturée.

La solution est ensuite refroidie, provoquant la chute de la solubilité des deux composés et la recristallisation du composé "A" ou de l'impureté "B". Ce qui est idéalement désiré, c'est que les cristaux sont du composé "A" pur. L'ajout d'un noyau peut être nécessaire pour commencer ce processus, qui peut même être un fragment de verre.

-Divers solvants

Lors de la recristallisation de plusieurs solvants, deux solvants ou plus sont utilisés et le même processus est effectué avec un solvant. Ce procédé présente l'avantage que le composé ou l'impureté précipitera alors que le second solvant est ajouté, car ils ne sont pas solubles dans celui-ci. Dans ce procédé de recristallisation, il n'est pas nécessaire de chauffer le mélange.

-Filtrer chaud

Enfin, la recristallisation par filtration à chaud est utilisée lorsqu'il y a de la matière insoluble "C" qui est éliminée avec un filtre à haute température après avoir effectué la même procédure de recristallisation d'un seul solvant.

Dans le domaine industriel

Dans le domaine industriel, il est souhaitable de mettre en œuvre un procédé appelé cristallisation fractionnée, qui affine les substances en fonction de leurs différences de solubilité.

Ces processus ressemblent à ceux de la recristallisation, mais utilisent des technologies différentes pour traiter de plus grandes quantités de produits.

Deux méthodes sont appliquées, lesquelles seront mieux expliquées dans l’énoncé suivant: cristallisation par refroidissement et cristallisation par évaporation.

À grande échelle, ce procédé génère des déchets, mais ceux-ci sont généralement recyclés par le système pour garantir la pureté absolue du produit final.

Types de cristallisation

Il existe deux types de cristallisation à grande échelle, comme indiqué ci-dessus: par refroidissement et par évaporation. Des systèmes hybrides ont également été créés, où les deux phénomènes se produisent simultanément.

Cristallisation par refroidissement

Dans cette méthode, la solution est refroidie pour diminuer la solubilité du composé désiré, ce qui provoque sa précipitation au taux souhaité.

En génie chimique (ou process), les cristallisoirs sont utilisés sous forme de réservoirs avec des mélangeurs, qui font circuler les fluides caloporteurs dans les compartiments entourant le mélange, de sorte que les deux substances n'entrent pas en contact avec la solution.

Pour enlever les cristaux, on utilise des racleurs qui poussent les fragments solides dans une fosse.

Cristallisation par évaporation

C’est l’autre option pour obtenir la précipitation des cristaux de soluté, en utilisant un procédé d’évaporation du solvant (à une température constante, contrairement à la méthode précédente), afin que la concentration en soluté dépasse le niveau de solubilité.

Les modèles les plus courants sont les modèles à circulation forcée, qui maintiennent la liqueur des cristaux en suspension homogène dans le réservoir, en contrôlant leur débit et leur vitesse, et génèrent généralement des cristaux de taille moyenne supérieure à celle formée lors de la cristallisation. par refroidissement.

Des exemples

La cristallisation est un processus fréquemment utilisé dans l’industrie et plusieurs exemples peuvent être cités:

- Dans l'extraction du sel de l'eau de mer.

- Dans la production de sucre.

- Dans la formation du sulfate de sodium (Na₂SO₄).

- Dans l'industrie pharmaceutique.

- Dans la fabrication du chocolat, de la crème glacée, du beurre et de la margarine, en plus de nombreux autres aliments.

Références

1. Cristallisation (s.f.) Récupéré de en.wikipedia.org
2. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). ThoughtCo. Récupéré de thoughtco.com
3. Boulder, C. (s.f.). Université du Colorado à Boulder. Récupéré de orgchemboulder.com
4. Britannica, E. (s.f.). Encyclopédie Britannica. Récupéré de britannica.com
5. Chimiste, Y. M. (s.f.). Votre mère était chimiste. Récupéré de kitchenscience.sci-toys.com