კრისტალიზაცია

კრისტალიზაცია — პროცესი ნივთიერების ფაზური გადასვლისა თხევადი მდგომარეობიდან მყარ მდგომარეობაში, კრისტალების წარმოქმნით.

ყინულის კრისტალებით დაფარული ბუჩქი.

ფაზას უწოდებენ თერმოდინამიკური სისტემის ერთგვაროვან ნაწილს რომელიც გამოყოფილია სხვა სისტემის ნაწილებისგან (სხვა ფაზებს) გაყოფის ზედაპირით, მის გადასვლით ნივთიერების ქიმიური შემადგენლობა, სტრუქტურა და თვისებები იცვლება ნახტომით.

ან კრისტალიზაცია — ეს არის პროცესი მყარი ფაზების გამოყოფისა კრისტალების სახით ხსნარებიდან და ნადნობებიდან, ქიმიურ მრეწველობაში კრისტალიზაციის პროცესი გამოიყენება ნივთიერებების სუფთა სახით მისაღებად.

კრისტალიზაცია იწყება გარკვეული პირობების მიღწევისას, მაგალითად, სითხის მეტად გაცივებით ან ორთქლის გაჯერებით, რის დროსაც პრაქტიკულად იმწამსვე წარმოიქმნება ბევრი პატარა კრისტალი - კრისტალიზაციის ცენტრები. პატარა კრისტალები იზრდებიან, სითხიდან და ორთქლიდან მოლეკულებისა და ატომების შემოერთებით. კრისტალის წახნაგების ზრდა მიმდინარეობს ფენებად, დაუმთავრებელი ატომების ფენის (საფეხური) კიდეები ზრდისას მოძრაობენ წახნაგის გასწვრივ. ზრდის სიჩქარის დამოკიდებულება კრისტალიზაციის პირობებისაგან იწვევს ზრდის ფორმებისა და კრისტალების სტრუქტურის სხვადასხვაობას (მრავალწახნაგა, ფენოვნება, ნემსოვანი, ჩონჩხისებური, დენდრიტული და სხვა ფორმები, ფანქრისებური სტრუქტურები და ა.შ.). კრისტალიზაციის პროცესში აუცილებლად წარმოიქმნება სხვადასხვაგვარი დეფექტები.

კრისტალიზაციის ცენტრების რაოდენობაზე და ზრდის სიჩქარეზე მნიშვნელოვნად ზემოქმედებს გაცივების ხარისხი.

გაცივების ხარისხი — ეს არის თხევადი ლითონის გაცივების დონე, კრისტალურ (მყარი) მოდიფიკაციაზე გადასვლის ტემპერატურაზე დაბლა. გაცივების ხარისხი საჭიროა კრისტალიზაციის დაფარული ენერგიის კომპენსაციისთვის. პირველადი კრისტალიზაცია ეწოდება კრისტალების წარმოქმნას ლითონებში (და ნადნობებში) თხევადი მდგომარეობიდან მყარში გადასვლისას.

კრისტალიზაცია ბუნებაში

თოვლის ფიფქის ზრდისას განსხვავება ძნელი შესამჩნევია

ბუნებაში მრავალი პროცესი მიმდინარეობს რომლებიც კრისტალიზაციასაც შეიცავს.

გეოლოგიური პროცესები მაგალითად:

• ნატურალური კრისტალების (მინერალების) ფორმირება.
• სტალაგმიტებისა და სტალაქტიტების წარმოქმნა და ფორმირება.

ჩვეულებრივ დროს ასევე შესაძლებელია ნახვა:

• თოვლის (ყინულის) კრისტალების
• თაფლის კრისტალიზაციის პროცესი.

ხელოვნური ხერხები

კრისტალიზაციისათვის (ნახეთ ასევე რეკრისტალიზაცია) საჭიროა რომ ხსნარები იყვნენ გაჯერებულნი. ეს ნიშნავს, რომ ხსნარი უნდა შეიცავდეს უფრო მეტ გახსნილ ნაწილაკებს (მოლეკულებს ან იონებს), ვიდრე მას შეუძლია შეიცავდეს წონასწორობისას (გაჯერებული ხსნარი). ეს შეიძლება მიღწეული იქნას შემდეგი ხერხებით: 1) გაცივების სისტემით 2) მეორე გამხსნელის დამატება, ნივთიერების ხსნადობის შემცირება (ხერხი, ცნობილია როგორც ანტიხსნადობა - antisolvent ან ჩაძირვა) 3) ქიმიური რეაქცია, და 4) рН შეცვლა ყველაზე გავრცელებული ხერხია, რომელიც გამოიყენება მრეწველობაში და პრაქტიკაში. სხვა ხერხები, როგორებიცაა გამხსნელის აორთქლება, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას. სფერული კრისტალიზაციას აქვს ზოგი უპირატესობა (დინებადობა და ბიოხელმისაწვდომილია) ფარმაცევტული პრეპარატების დამუშავებისას

გამოყენება

არსებობს ორი ძრითადი გამოყენების ჯგუფი, რომლებიც გამოიყენებენ ხელოვნური კრისტალიზაციის პროცესს: ბროლისა და კრისტალების წარმოება, და გაწმენდა.

კრისტალების წარმოება

მრეწველობის თვალსაზრისით:

• მაკროსკოპიური კრისტალების წარმოება: ბუნებრივის მსგავსი კრისტალებაზე მოთხოვნის დაკმაყოფილება "დროის დაჩქარების " მეთოდით მასიური წარმოებისათვის ან კვლევებისათვის.
  • იონური კრისტალების წარმოება;
  • კოვალენტური კრისტალების წარმოება.
• მცირე ზომის კრისტალები:
  • ფხვნილი, ქვიშა და მცირე ზომის: ფხნილისმაგვარი და ფორმის მართვის (ნანოთექნოლოგიებით) მეთოდის დახმარებით.
    • მასიური წარმოება: ქიმიურ მრეწველობაში, მარილების ფხნილების წარმოება.
    • წარმოების მაგალითები: მცირე კრისტალების მცირე წარმოება მასალის დახასიათებისთვის. რეკრისტალიზაციის მართვა არის მნიშვნელოვანი მეთოდი განსაკუთრებული უჩვეულო კრისტალების მისაღებად რომლებიც საჭიროა მოლეკულური სტრუქტურის და კრისტალის ტიპური მოლეკულის შიდა ბირთული ძალის გამოსალენად. ბევრი მეთოდი, როგორიცაა რენდგენური კრისტალოგრაფია და NMR-სპექტროსკოპია, ფართოდ გამოიყენება ქიმიაში და ბიოქიმიაში, რათა განისაზღვროს სტრუქტურა მოლეკულათა უამრავი სხვაობა, მათ შორის არაორგანული შენაერთებისდა ბიოლოგიური მაკრომოლეკულების.
  • მგრძნობიარე ფირის წარმოება.

მასიური წარმოების მაგალითები:

• საჭმელი მარილის წარმოება;
• სილიკონის კრისალების ფენების წარმოება.
• შაქრის ჭარხლიდან შაქრის ცარმოება, სადაც წყლიანი ხსნარიდან შაქარი კრისტალიზდება.

გაწმენდა

გამოიყენება ნივთიერების გასაუმჯობესებლად (ძალიან სუფთა ნივთიერების მისაღებად) და/ან მათი სიწმინდის, სისუფთავის შესამოწმებლად.

კრისტალიზაცია ყოფს პროდუქტს თხევადი გამხსნელისაგან, ხშირად ძალიან წმინდა სახით, გაცივების ან გამხსნელის დამატებით რაც ამცირებს პროდუქტის ხსნადობას, რითაც წარმოქმნის კრისტალს.

კარგად ჩამოყალიბებული ფორმირებული კრისტალები როგორც წესი, არიან ძალიან სუფთა წმინდა, რადგან ყოველი მოლეკულა ან იონი იდეალურად უნდა ჩადგეს მესერში. მინარევები როგორც წესი არ გამოდგებიან, რადგან მათი მოლეკულები მესერში არ დგებიან, ამიტომაც უპირატესად რჩებიან ხსნარში გახსნილები. აქედან გამომდინარე მოლეკულური ცნობადობა ძევს კრისტალიზაციისას გაწმედის პრინციპში. მიუხედავად ამისა, არის შემთხვევები როცა მინარევების მოლეკულები დგებიან მესერში. რაც შესაბამისად იწვევს კრისტალის სიწმინდის, სისუფთავის დაქვეითებას. ამას გარდა, ზოგ შემთხვევაში, გამხსნელი ახერხებს ჩართოს მესერში, ამას გარდა გამხსნელი შეიძლება „მიტაცებულ“ იქნას (თხევად მდგომარეობაში) კრისტალიზაციის პროცესში, და ეს ცნობილია როგორც ჩანართები.

თერმოდინამიკა

კრისტალიზაციის პროცესის თვისება განისაზღვრება როგორც თერმოდინამიკური ისე კინეტიკური ფაქტორებით, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან, ის მეტად მრავალფეროვანი და ძნელად საკონტროლოა. ისეთი ფაქტორები როგორებიცაა, მინარევების დონე, არევის რეჟიმი, ჭურჭლის კონსტრუქცია, პროფილის გაცივება შეუძლიათ იქონიონ მნიშვნელოვანი გავლენა კრისტალების წარმოების ზომაზე, რაოდენობაზე და ფორმაზე. ახლა წარმოიდგინეთ თქვენი თავი წმინდა, სუფთა სრულყოფილი კრისტალის მოლეკულის ადგილას, რომელიც ხურდება გარე წყაროდან. რომელიღაც ზუსტად განსაზღვრულ ტემპერატურაზე ისმის ზარი, თქვენ უნდა დატოვოთ თქვენი მეზობლები და კრისტალის რთული არქიტექტურა იშლება და გადადის სითხეში

T(S_liquid − S_solid) > H_liquid − H_solid

G_liquid < G_solid

მოწყობილობები კრისტალიზაციისათვის

1. კრისტალიზაციის ტანკი. კრისტალიზაციის ტანკი ძველი მეთოდია, მაგრამ ახლაც გამოიყენება ზოგ შემთხვევაში. გაჯერებულ ხსნარებს კრისტალიზაციის ტანკებში ღია რეზერვუარებში აცივებენ. გარკვეული დროის შემდეგ დედასითხეს ასხამენ და კრიფავენ კრისტალებს. კრისტალების ჩასახვა და ზომები ძნელი საკონტროლოა. როგორც წესი მუშა ხელზე დანახარჯები ძალიან მაღალია.

2. კრისტალიზატორის ზედაპირის გაკაწვრა. კრისტალიზატორის ზედაპირის გაკაწვრის ერთი ტიპია სუენსონ-უოლკერ-კრისტალიზატორი, რომელიც შედგება ღია 0,6 მ-ის სიგანის ნახევარსფერული ფორმის გარედან ქვემოთ აქვს გაცივების პერანგი. სპირალური ნელსვლიანი შემრევი ბრუნავს და აჩერებს კრისტალების წარმოქმნას მოსახვევებში. დანის პირი გადის კიდეებთან ახლოს და ხლეჩს კრისტალების წარმონაქმნებს ცივ გვერდებზე.

3. ორმილიანი გაკაწვრის ზედაპირის კრისტალიზატორი. ასევე უწოდებენ votator, ამ ტიპის კრისტალიზატორები გამოიყენება კრისტალიზირებული ნაყინის და პლასტიცირებული მარგარინის წარმოებისას.

4. აორთლების -კრისტალიზატორი, ასევე უწოდებენ ოსლოს კრისტალიზატორი. აქ გაჯერებას აორთქლების შედეგად აღწევენ.

5. მაგმის ცირკულაციური ვაკუუმ-კრისტალიზატორი. მაგმა ანუ კრისტალების გავრცელების შეჩერება ვრცელდება ძირითადი სხეულისაგან ხრახნული ტუმბოს ცირკულირებადი მილებისაგან. სადაც ორთქლის ეჟექტორი უზრუნველყოფს ვაკუუმს.