Cristalización método de separación

La mezcla es la unión física de dos o más sustancias (elementos o compuestos) que al hacerlo conservan sus propiedades individuales y que existen mezclas homogéneas y heterogéneas. La composición de las mezclas es variable y sus componentes pueden separarse por medios físicos o mecánicos.

• DECANTADO. Es un método utilizado para separar un sólido insoluble de grano grueso de un líquido. Consiste en esperar a que el sólido se asiente para vaciar el líquido en otro recipiente.
• DECANTACIÓN DE LÍQUIDOS. Este método se utiliza para separar dos líquidos no miscibles de diferentes densidades, utilizando un embudo de separación. Este método se aplica en la extracción de petróleo en depósitos marinos que separan el petróleo, siendo menos denso, quedando en la parte superior del agua. El petróleo se almacena y el agua se devuelve al mar.
• FILTRACIÓN. Con este método, un sólido insoluble de grano relativamente fino puede separarse de un líquido. En este método, un medio de filtración poroso es indispensable, permitiendo que el líquido pase a través y reteniendo el sólido. Los filtros más comunes son: papel de filtro, redes metálicas, fibra de amianto, fibra de vidrio, algodón, fibras vegetales y tierras especiales.
• FILTRACIÓN AL VACÍO. La filtración al vacío es una técnica para separar mezclas sólido-líquido. La mezcla se coloca en un embudo plano con el papel de filtro pegado al fondo. Desde el fondo del embudo se aplica un vacío con una bomba que aspira la mezcla, dejando el sólido atrapado entre los poros del filtro. El resto de la mezcla pasa a través del filtro y se deposita en el fondo del recipiente. Esta técnica es más rápida que la filtración por gravedad habitual y está indicada cuando los procesos de filtración son muy lentos.
• CENTRIFUGACIÓN. Es un método utilizado para separar un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de un líquido. Esta operación se realiza en un dispositivo llamado centrífuga, en el que la fuerza gravitacional aumenta, provocando la sedimentación del sólido. El plasma sanguíneo se puede separar por este método.
• DESTILACIÓN. Este método permite separar mezclas de líquidos miscibles, aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Un ejemplo sencillo es separar una mezcla de agua y alcohol que no puede ser decantada y es más apropiado destilarla, colocando la mezcla en un matraz de destilación, que se conectará a un refrigerante (con circulación de agua) y todo este sistema sujetado a los soportes universales. En la parte superior del frasco un termómetro para controlar la temperatura y en la parte inferior un anillo con un paño con amianto para homogeneizar la temperatura que tendrá en la parte inferior el quemador bunsen.
  Al calentar de manera controlada el alcohol se evaporará primero y al pasar a través del refrigerante se condensará y volverá a estado líquido para recuperarlo al final del recipiente en un vaso de precipitados. Otro ejemplo es la destilación fraccionada y en grandes torres se realiza la separación de hidrocarburos del petróleo. Por destilación por vapor, el disolvente que extrae el aceite de las semillas se separa, por ejemplo, el hexano que extrae el aceite de sésamo. Esencias como el anís o el orégano también se extraen de esta manera.
• CRISTALIZACIÓN. Este método provoca la separación de un sólido que se disuelve en una solución dejando el sólido como cristal y este proceso implica cambios de temperatura, agitación, eliminación de disolvente, etc. Por este método se obtienen azúcar, productos farmacéuticos, reactivos de laboratorio (sales), etc.
• EVAPORACIÓN. Con este método, un sólido disuelto en un líquido se separa y consiste en aplicar un aumento de temperatura hasta que el líquido hierve y pasa del estado líquido al estado vapor, dejando el sólido como residuo en forma de polvo seco. El líquido puede o no recuperarse.
• SUBLIMACIÓN. Método utilizado en la separación de sólidos, aprovechando el hecho de que algunos de ellos son sublimables, pasa directamente del estado sólido al estado gaseoso debido a un aumento de la temperatura.
• CROMATOGRAFÍA. Este método consiste en separar mezclas de gases o líquidos, pasando la solución o muestra a través de un medio poroso y adecuado, con la ayuda de un disolvente específico.
  El equipo para esta operación puede ser tan simple como una columna llena, un papel o un plato que contenga el medio poroso, o un cromatógrafo. Este proceso analiza mezclas como el aire, productos extraídos de plantas y animales, productos acabados como tintas, lápices labiales, etc… Un ejemplo simple puede ser hecho con tiza y agua. En la parte central de la tiza, se hace una marca de tinta (hacia abajo) y luego la tiza se coloca en el agua sin que el agua alcance la marca. Después de un rato verá los componentes de la tinta.
• MAGNET. Con este método se utiliza la propiedad de un material para ser atraído por un campo magnético. Los materiales ferrosos pueden separarse de otros componentes mediante un electroimán para su posterior tratamiento.
• DIFERENCIA DE SOLUBILIDAD. Permite separar los sólidos de los líquidos o líquidos de los líquidos en contacto con un disolvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla. Este componente es soluble en el disolvente adecuado y se arrastra para su separación ya sea por decantación, filtración, vaporización, destilación, etc., dejándolo en estado puro. Es muy común en la preparación y análisis de productos farmacéuticos.

Cristalización método de separación

La cristalización es un proceso en el que se forma un sólido con átomos o moléculas en estructuras organizadas, que se denominan redes cristalinas. Los cristales y las redes cristalinas pueden formarse a través de la precipitación de una solución, por fusión y, en algunos casos, por deposición directa de un gas.

La estructura y naturaleza de esta red cristalina dependerá de las condiciones bajo las cuales ocurra el proceso, incluyendo el tiempo que transcurra para alcanzar este nuevo estado. La cristalización como proceso de separación es extremadamente útil, ya que asegura que sólo se obtengan las estructuras compuestas deseadas.

Además, este proceso asegura que no se permitirá el paso de otras especies dada la naturaleza ordenada del cristal, haciendo de este método una excelente alternativa para purificar las soluciones. Muchas veces en química e ingeniería química es necesario utilizar un proceso de separación de mezclas.

Esta necesidad se genera bien para aumentar la pureza de la mezcla o bien para obtener un componente específico de la misma, por lo que existen varios métodos que pueden utilizarse en función de las fases en las que se encuentre esta combinación de sustancias.

Métodos de cristalización 

La cristalización requiere dos pasos que deben ocurrir antes de que pueda haber formación de redes cristalinas: primero, debe haber suficiente acumulación de átomos o moléculas a nivel microscópico para que la llamada nucleación comience a ocurrir.

Esta etapa de cristalización sólo puede ocurrir en fluidos sobreenfriados (es decir, enfriados bajo su punto de congelación sin convertirlos en sólidos) o en soluciones sobresaturadas.

Después de iniciar la nucleación en el sistema, pueden o no formar núcleos suficientemente estables y grandes para que comience la segunda etapa de cristalización: el crecimiento cristalino.

La necesidad de purificar soluciones es común en química e ingeniería química, ya que puede ser necesario obtener un producto que se mezcle homogéneamente con otras sustancias disueltas.

Es por ello que se han desarrollado equipos y métodos para llevar a cabo la cristalización como proceso de separación industrial.

Existen diferentes niveles de cristalización, dependiendo de las necesidades, y se puede realizar a pequeña o gran escala. Por esta razón, se puede dividir en dos clasificaciones generales:

Recristalización

La recristalización es la técnica utilizada para purificar sustancias químicas a menor escala, generalmente en un laboratorio.

Esto se hace con una disolución del compuesto deseado junto con sus impurezas en un disolvente adecuado, buscando este que precipita en forma de cristales cualquiera de las dos especies para ser removido posteriormente.

Hay varias maneras de recristalizar las soluciones, entre ellas la recristalización con un disolvente, con varios disolventes o con filtración en caliente.

Disolvente simple

Cuando se utiliza un solo disolvente, se prepara una solución de compuesto «A», impureza «B» y la cantidad mínima de disolvente requerida (a alta temperatura) para formar una solución saturada.

A continuación, la solución se enfría, lo que provoca la caída de la solubilidad de ambos compuestos, y la recristalización del compuesto «A» o impureza «B». Lo que se desea idealmente es que los cristales sean de compuesto puro «A». Puede ser necesario añadir un núcleo para iniciar este proceso, que puede incluso ser un fragmento de vidrio.

Diversos disolventes

En la recristalización de varios disolventes se utilizan dos o más disolventes y se lleva a cabo el mismo proceso que con un disolvente. Este proceso tiene la ventaja de que el compuesto o impureza se precipitará mientras se añade el segundo solvente, ya que no son solubles en él. En este método de recristalización no es necesario calentar la mezcla.

Filtración en caliente

Por último, la recristalización con filtración en caliente se utiliza cuando hay materia insoluble «C», que se elimina con un filtro de alta temperatura después del mismo procedimiento de recristalización de un solo disolvente.

Cristalización por enfriamiento

Este método enfría la solución para disminuir la solubilidad del compuesto deseado, haciendo que comience a precipitarse a la velocidad deseada.

En la ingeniería química (o ingeniería de procesos) se utilizan cristalizadores en forma de tanques con mezcladores, que hacen circular fluidos refrigerantes en los compartimentos que rodean la mezcla, de modo que ambas sustancias no entran en contacto mientras se produce la transferencia de calor del refrigerante a la solución.

Los raspadores se utilizan para extraer los cristales, que empujan los fragmentos sólidos hacia una fosa.

Cristalización por evaporación 

Esta es la otra opción para lograr la precipitación de cristales de soluto, utilizando un proceso de evaporación de solvente (a temperatura constante, a diferencia del método anterior), para hacer que la concentración de soluto exceda el nivel de solubilidad.

Los modelos más comunes son los llamados modelos de circulación forzada, que mantienen el licor de cristal en una suspensión homogénea a través del tanque, controlando su flujo y velocidad, y suelen generar cristales de un tamaño medio mayor que los que se forman en la cristalización en frío.

Características de cristalización

 

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