Cristallisation
La cristallisation est le processus (normal ou artificiel) de la formation des cristaux pleins de a < ! -- homogène --solution de >uniform. La cristallisation est également une technique de séparation chimique de solide-liquide, dans laquelle le transfert de masse d'un corps dissous à partir de la solution liquide à une phase cristalline pleine pure se produit.
Processus
Le processus de cristallisation se compose de deux grands événements, nucléations de de et cristallogénèses du cristal de de . < ! -- La nucléation de est le début d'une transition de phase dans une petite mais stable région. La transition de phase peut être la formation d'une bulle ou d'un cristal d'un liquide. La création des gouttelettes liquides en vapeur saturée est également caractérisée par nucléation (voir les noyaux de condensation de nuage). --> La nucléation de est l'étape où les molécules du corps dissous ont dispersé dans le début du dissolvant pour recueillir dans des faisceaux, sur l'échelle du nanomètre (élevant la concentration en corps dissous dans une petite région), qui devient stable dans les conditions de fonctionnement courantes. Ces faisceaux stables constituent les noyaux. Cependant quand les faisceaux ne sont pas stables, ils redissolvent. Par conséquent, les faisceaux doivent atteindre une taille critique afin de devenir les noyaux stables. Une telle taille critique est dictée par les conditions de fonctionnement (la température , sursaturation , etc. Elle est à l'étape de la nucléation que les atomes arrangent dans définie et de la façon périodique du qui définit la structure cristalline - noter ce " ; structure" en cristal ; est une limite spéciale qui se rapporte à l'arrangement relatif des atomes, pas les propriétés macroscopiques du cristal (taille et forme), bien que tels soient un résultat de la structure cristalline interne.La cristallogénèse du cristal de est la croissance suivante des noyaux qui réussissent à réaliser la taille critique de faisceau. La nucléation et la croissance continuent à se produire simultanément tandis que la sursaturation existe. La sursaturation est la force d'entraînement de la cristallisation, par conséquent le taux de nucléation et de croissance est conduit par la sursaturation existante dans la solution. Selon les conditions, la nucléation ou la croissance peut être prédominante au-dessus de l'autre, et en conséquence, des cristaux avec différentes tailles et des formes sont obtenues (la commande de la taille et de la forme en cristal constitue un des défis principaux à la fabrication industrielle, comme pour des pharmaceutiques). Une fois que la sursaturation est épuisée, le système de solide-liquide atteint l'équilibre et la cristallisation est complète, à moins que les conditions de fonctionnement soient modifiées du supersaturate d'équilibre la solution encore.
Beaucoup de composés ont la capacité de se cristalliser avec différentes structures cristallines, un phénomène appelé le polymorphisme . Chaque polymorphe est en fait un différent à semi-conducteur thermo-dynamique et les polymorphes en cristal des mêmes différentes propriétés physiques d'objet exposé composé, telles que le taux de dissolution, forment (les angles entre les facettes et facettent des taux de croissance), point de fusion, etc. Pour cette raison, le polymorphisme est d'importance majeure dans la fabrication industrielle des produits cristallins.
Cristallisation en nature
Il y a beaucoup d'exemples du processus normal qui impliquent la cristallisation.
Les exemples de processus géologiques de l'échelle de temps incluent :
Formation en cristal du (minéral) normal (voir également la pierre gemme ) ;
Stalactite /Stalagmite , formation de d'anneaux.
Les exemples habituels de procédé d'échelle de temps incluent :
Formation de flocons de neige de (voir également le flocon de neige de Koch de ) ;
Cristallisation du miel (presque tous les types de miel se cristallisent).
Méthodes artificielles
Pour que la cristallisation se produise la solution doit être le sursaturé. Ceci signifie que la solution doit contenir plus d'entités du corps dissous (les molécules ou les ions dissous qu'elle contiendraient sous l'équilibre (solution saturée). Ceci peut être réalisé par de diverses méthodes, avec 1) la solution se refroidissant, 2) l'addition d'un deuxième dissolvant pour réduire la solubilité du corps dissous (technique connue sous le nom d'anti-dissolvant ou se noyer-dehors), 3) la réaction chimique et 4) le changement du pH étant les méthodes les plus communes employées dans la pratique industrielle. D'autres méthodes, telles que l'évaporation dissolvante, peuvent également être employées. < ! -- MOIGNON de == de cristallisation de protéine de == d'abord à la page ou à la note sensible d'entretien -->Applications de :
Il y a deux groupes importants de demandes de processus artificiel de la cristallisation de : production en cristal de et purification .
Production en cristal
D'une perspective matérielle de l'industrie :Production en cristal macroscopique, pour l'approvisionnement la demande de normal-comme des cristaux avec les méthodes qui " ; accélérer le temps-scale" ; pour la perfection massive de production et/ou de :
production de cristal ionique de ;
production en cristal covalente .
Cristal minuscule s de taille de :
Poudre , sable et plus petites tailles : suivre des méthodes pour la poudre et (fruits de nanotechnologie) les formes de commandées par .
Production en série de : sur l'industrie chimique , comme la production de sel-poudre.
Production d'échantillon de : production faible des cristaux minuscules pour la caractérisation des matériaux . La recristallisation commandée par est une méthode importante pour fournir les cristaux peu communs, cela sont nécessaire pour indiquer la structure moléculaire et les forces nucléaires à l'intérieur d'une molécule typique d'un cristal. Beaucoup de techniques, comme la cristallographie de rayon X de et la spectroscopie RMN , sont employées couramment en chimie et biochimie pour déterminer les structures d'une immense variété de molécules, y compris les composés inorganiques et les bio-macromolécules .
Production de la couche mince .
Exemples massifs de production :
" de ; Sel de poudre pour le food" ; industrie ;
Production de la gaufrette en cristal de silicium de .
Production de sucrose de la betterave de sucre, où le sucrose est cristallisé dehors d'un soluté.
Purification
RecristallisationOn s'attend à ce que des cristaux bien formés soient purs parce que chaque molécule ou ion doit s'insérer parfaitement dans le trellis pendant qu'il part de la solution. Les impuretés ne s'adapteraient pas normalement aussi bien dans le trellis, et demeurent ainsi en solution préférentiellement. Par conséquent, l'identification moléculaire est le principe de la purification dans la cristallisation. Cependant, il y a des exemples quand les impuretés incorporent au trellis, par conséquent, diminuant le niveau de la pureté du produit en cristal final. En outre, dans certains cas, le dissolvant peut incorporer au trellis formant un solvate de . En outre, le dissolvant peut « être emprisonné » (dans l'état liquide) dans le cristal formé, et ce phénomène est connu comme inclusion de . < ! -- il pas est au sujet de " ; Purification" ; , est comme le texte de copie/pâte sans relation… est au sujet de les genres de cristaux et PAS au sujet de la purification sous la cristallisation :
Selon la nature du système en cristal, les cristaux se composent de seulement un énantiomère . La résolution spontanée de l'acide tartrique racémique dans les cristaux enantiomeric a permis au Louis Pasteur de découvrir le chirality . -->
Vue thermo-dynamique < ! -- MOIGNON ! ! svp une INTRODUCTION au " ; View" thermo-dynamique ; -->
La nature d'un processus de cristallisation est régie par les facteurs thermo-dynamiques et cinétiques, qui peuvent le rendre fortement variable et difficile à commander. Les facteurs tels que le niveau d'impureté, le profil de mélange de régime, de conception de navire, et de refroidissement peuvent avoir un impact important sur la taille, le nombre, et la forme de cristaux produits. < ! -- Voir Glynn et Reardon (1990), et d'autres. -->Maintenant mis au lieu d'une molécule dans un cristal parfait pur et de , étant chauffé par une source extérieure. À une certaine température brusquement définie , une cloche sonne, vous devez laisser vos voisins, et l'architecture compliquée du cristal s'effondre à celle d'un liquide. La thermodynamique de manuel indique que la fonte se produit parce que l'entropie , S, gain de dans votre système par la randomisation spatiale des molécules a surmonté l'enthalpie , H, perte de due à casser les forces d'emballage de cristal :
{plein}
Mais liquides qui se comportent de cette façon sur se refroidir sont l'exception plutôt que la règle ; malgré le deuxième principe de la thermodynamique, la cristallisation se produit habituellement à de plus basses températures (surgélation). Ceci peut seulement signifier qu'un cristal plus facilement est détruit qu'il est formé. De même, il est habituellement beaucoup plus facile de dissoudre un cristal parfait dans un dissolvant que pour élever encore un bon cristal de la solution en résultant. La nucléation et la croissance d'un cristal sont sous cinétique, plutôt que thermo-dynamiques, commande.
Équipement pour la cristallisation
1. Crystalliseurs de réservoir de . La cristallisation de réservoir est une vieille méthode toujours utilisée dans quelques cas spécialisés. On permet aux des solutions saturées, dans la cristallisation de réservoir, de se refroidir dans les réservoirs ouverts. Après qu'une période où le liquide de mère est vidangé et les cristaux est enlevés. Il est difficile commander nucléation et taille des cristaux. Typiquement, les coûts de la main-d'oeuvre de la main-d'oeuvre sont très hauts. Crystalliseurs extérieurs éraflés par . Un type de crystalliseur extérieur éraflé est le crystalliseur de Swenson-Marcheur, qui se compose d'une cuvette ouverte 0.6m au loin avec un fond semi-circulaire ayant une veste de refroidissement dehors. Un agitateur en spirale à basse vitesse tourne et suspend les cristaux croissants sur la rotation. Les lames passent près du mur et interrompent tous les dépôts des cristaux sur le mur refroidi. Le produit a généralement une distribution quelque peu large de cristal-taille. crystalliseur extérieur éraflé parpipe de . A également appelé un votateur de , ce type de crystalliseur est employé en cristallisant la crème glacée glacée et en plastifiant la margarine . L'eau de refroidissement passe dans l'espace annulaire du . Un agitateur interne est équipé des racleurs à ressort qui essuient le mur et fournissent bon chaleur-transfèrent des coefficients. vaporisateur-crystalliseur de Circuler-liquide de . Crystalliseur également appelé d'Oslo de . Ici la sursaturation est atteinte par évaporation. Le liquide de circulation est baissé par la pompe de vis à l'intérieur du côté de tube du réchauffeur de condensation de jet. Le liquide heated coule alors dans l'espace de vapeur, où l'évaporation à basse température se produit, donnant de la sursaturation . Partir de vapeur est condensé. Le liquide sursaturé passe en bas du tube de downflow et puis vers le haut par le lit des cristaux fluidisés et agités, qui se développent dans la taille. Le liquide saturé partant retourne alors comme jet de réutilisation au réchauffeur , où il est joint par le fluide entrant. Les cristaux plus grands se précipitent et la boue de cristaux et de liquide de mère est retirée comme produit. crystalliseur de vide de Circuler-magma de . Le magma ou la suspension des cristaux est distribué hors du corps principal par une pipe de circulation par une pompe de vis . Le magma coule bien qu'un réchauffeur, où sa température est augmentée 2-6 K. La boisson alcoolisée heated se mélange alors à la boue de corps et le bouillant se produit sur la surface liquide. Ceci cause à la sursaturation dans le proche liquide de tourbillonnement la surface, qui dépose dans les cristaux suspendus de tourbillonnement jusqu'à ce qu'elles partent encore par l'intermédiaire de la pipe de circulation. Les vapeurs partent par le dessus. Un éjecteur de jet de vapeur fournit le vide .
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