Cristalização: Método, Tipos e Exemplos de Separação

A cristalização é um processo em que um sólido com átomos ou moléculas de é formado estruturas organizadas que são chamadas redes cristalinas. Cristais e redes cristalinas podem ser formados através da precipitação de uma solução, por fusão e, em alguns casos, por deposição direta de um gás.

A estrutura e a natureza dessa rede cristalina dependerão das condições sob as quais o processo ocorre, incluindo o tempo decorrido para atingir esse novo estado. A cristalização como um processo de separação é extremamente útil, pois garante que as estruturas sejam obtidas apenas do composto desejado.

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Além disso, esse processo garante que a passagem de outras espécies não seja permitida, dada a natureza ordenada do cristal, tornando este método uma excelente alternativa para a purificação de soluções. Muitas vezes em química e engenharia química é necessário usar um processo de separação de misturas.

Essa necessidade é gerada para aumentar a pureza da mistura ou para obter um componente específico da mesma, e por esse motivo existem vários métodos que podem ser utilizados, dependendo das fases em que essa combinação de substâncias é encontrada.

O que é cristalização?

A cristalização requer duas etapas que devem ocorrer antes que possa haver formação de redes cristalinas: primeiro, deve haver acúmulo suficiente de átomos ou moléculas no nível microscópico para que a chamada nucleação comece a ocorrer.

Este estágio de cristalização pode ocorrer apenas em fluidos super-resfriados (isto é, resfriados sob seu ponto de congelamento sem torná-los sólidos) ou soluções supersaturadas.

Após iniciar a nucleação no sistema, eles podem ou não se tornar núcleos estáveis ​​o suficiente e grandes o suficiente para iniciar o segundo estágio da cristalização: crescimento cristalino.

Nucleação

Nesta primeira etapa, os arranjos das partículas que formarão os cristais são determinados e os efeitos dos fatores ambientais nos cristais formados são observados; por exemplo, o tempo que leva para o primeiro cristal aparecer, chamado tempo de nucleação.

Existem dois estágios de nucleação: nucleação primária e secundária. No primeiro, novos núcleos são formados quando não há outros cristais no meio ou quando os outros cristais existentes não têm efeito sobre sua formação.

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A nucleação primária pode ser homogênea, na qual não há influência da parte dos sólidos presentes no meio; ou pode ser heterogêneo, onde partículas sólidas de substâncias externas causam um aumento na taxa de nucleação que normalmente não ocorreria.

Na nucleação secundária, novos cristais são formados devido à influência de outros cristais existentes; Isso pode ocorrer devido às forças de cisalhamento que fazem com que os segmentos de cristal existentes se tornem novos cristais que também crescem à sua própria taxa.

Esse tipo de nucleação se beneficia em sistemas de alta energia ou fluxo, onde o fluido envolvido gera colisões entre cristais.

Crescimento de cristal

É o processo no qual o cristal aumenta seu tamanho adicionando mais moléculas ou íons às posições intersticiais de sua rede cristalina.

Ao contrário dos fluidos, os cristais crescem uniformemente quando as moléculas ou íons entram nessas posições, embora sua forma dependa da natureza do composto em questão. Qualquer arranjo irregular nessa estrutura é chamado de defeito cristalino.

O crescimento de um cristal depende de vários fatores, entre os quais a tensão superficial da solução, pressão, temperatura, velocidade relativa dos cristais na solução e número de Reynolds, entre outros.

A maneira mais fácil de garantir que um cristal cresça em tamanhos maiores e seja de alta pureza é através de um resfriamento lento e controlado, que impede a formação de cristais em pouco tempo e que substâncias estranhas ficam presas no interior eles.

Além disso, é importante denotar que pequenos cristais são muito mais difíceis de manusear, armazenar e mover, e é mais difícil filtrá-los de uma solução do que para cristais maiores. Na grande maioria dos casos, os maiores cristais serão os mais desejados, por essas e mais razões.

Como método de separação

A necessidade de purificar soluções é comum na química e na engenharia química, pois pode ser necessário obter um produto homogeneamente misturado com outra ou outras substâncias dissolvidas.

É por isso que equipamentos e métodos foram desenvolvidos para realizar a cristalização como um processo de separação industrial.

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Existem diferentes níveis de cristalização, dependendo dos requisitos, e podem ser realizados em pequena ou grande escala. Portanto, pode ser dividido em duas classificações gerais:

Recristalização

A técnica usada para purificar substâncias químicas em menor escala, geralmente em laboratório, é chamada de recristalização.

Isto é feito com uma solução do composto desejado juntamente com suas impurezas em um solvente adequado, buscando assim precipitar qualquer uma das duas espécies na forma de cristais e depois ser removida.

Existem várias maneiras de recristalizar as soluções, entre as quais a recristalização com um solvente, com vários solventes ou com filtração a quente.

-Um único solvente

Quando é utilizado um único solvente, é preparada uma solução do composto “A”, impureza “B” e a quantidade mínima de solvente necessária (a alta temperatura) para formar uma solução saturada.

A solução é então resfriada, fazendo com que a solubilidade de ambos os compostos caia e o composto “A” ou a impureza “B” recristalize. O que é idealmente desejado é que os cristais sejam de composto “A” puro. Pode ser necessário adicionar um núcleo para iniciar esse processo, que pode até ser um fragmento de vidro.

-Vários solventes

Na recristalização de vários solventes, dois ou mais solventes são usados ​​e o mesmo processo é realizado como com um solvente. Este processo tem a vantagem de o composto ou impureza precipitar enquanto o segundo solvente é adicionado, uma vez que não são solúveis nele. Neste método de recristalização, não é necessário aquecer a mistura.

– Filtragem a quente

Finalmente, a recristalização com filtração a quente é usada quando existe matéria insolúvel “C”, que é removida com filtro de alta temperatura após o mesmo procedimento de recristalização de um único solvente.

No campo industrial

No campo industrial, é desejado realizar um processo chamado cristalização fracionada, que é um método que refina as substâncias de acordo com suas diferenças de solubilidade.

Esses processos se assemelham aos da recristalização, mas usam tecnologias diferentes para lidar com grandes quantidades de produto.

Dois métodos são aplicados, que serão melhor explicados na declaração a seguir: cristalização por resfriamento e cristalização por evaporação.

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Como esse processo é em larga escala, gera desperdício, mas geralmente é recirculado pelo sistema para garantir a pureza absoluta do produto final.

Tipos de cristalização

Existem dois tipos de cristalização em larga escala, como declarado acima: por resfriamento e por evaporação. Sistemas híbridos também foram criados, onde ambos os fenômenos ocorrem simultaneamente.

Cristalização por resfriamento

Neste método, a solução é arrefecida para diminuir a solubilidade do composto desejado, fazendo com que comece a precipitar na velocidade desejada.

Na engenharia química (ou processo), os cristalizadores são usados ​​na forma de tanques com misturadores, que circulam fluidos refrigerantes em compartimentos que cercam a mistura, para que ambas as substâncias não entrem em contato durante a transferência de calor do refrigerante para a solução.

Raspadores são usados ​​para remover os cristais, que empurram os fragmentos sólidos para dentro de um poço.

Cristalização por evaporação

Esta é a outra opção para obter a precipitação de cristais de soluto, usando um processo de evaporação de solvente (a uma temperatura constante, diferente do método anterior), de modo que a concentração de soluto exceda o nível de solubilidade.

Os modelos mais comuns são os chamados modelos de circulação forçada, que mantêm o licor de cristais em uma suspensão homogênea através do tanque, controlando seu fluxo e velocidade, e geralmente geram cristais médios maiores do que aqueles que se formam na cristalização por refrigeração

Exemplos

A cristalização é um processo freqüentemente usado na indústria e vários exemplos podem ser citados:

– Na extração de sal da água do mar.

– Na produção de açúcar.

– Na formação de sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ).

– Na indústria farmacêutica.

– Na preparação de chocolate, sorvete, manteiga e margarina, além de muitos outros alimentos.

Referências

  1. Cristalização. (sf). Obtido em en.wikipedia.org
  2. Anne Marie Helmenstine, P. (sf). ThoughtCo. Obtido em thoughtco.com
  3. Boulder, C. (sf). Universidade do Colorado em Boulder. Obtido em orgchemboulder.com
  4. Britannica, E. (sf). Enciclopédia Britânica. Obtido em britannica.com
  5. Químico, YM (sf). Sua mãe era química. Obtido em kitchenscience.sci-toys.com

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