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Cristalización

Cristalización
La Cristalización
La cristalización es un proceso químico por el cual, a partir de un gas, líquido o solución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se utiliza a menudo en química para purificar una sustancia sólida.

Permite separar sustancias que forman un sistema de material homogéneo, por ejemplo: el agua potable es una solución compuesta de agua y sales disueltas en ella. La operación de cristalización es el proceso por el cual se separa un componente de una solución líquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales precipitantes. Es una operación necesaria para cualquier producto químico que se presente comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea azúcar o sacarosa, sal común o cloruro de sodio.

Si se prepara una solución concentrada a altas temperaturas y se enfría, se forma una solución sobresaturada, que es la que tiene, momentáneamente, más solución disuelta que la admisible por la solución a esa temperatura en condiciones de equilibrio. Posteriormente, la solución puede cristalizarse mediante enfriamiento controlado. Esto se hace para que los cristales tengan un tamaño medio, ya que si los cristales son muy pequeños las impurezas se depositan en la superficie de toda la masa, y si los cristales son muy grandes las impurezas quedan atrapadas dentro de las redes cristalinas. Esencialmente cristaliza el compuesto principal, y los que se enriquecen con las impurezas presentes en la mezcla inicial al no alcanzar su límite de solubilidad.

Para que este método de purificación sea utilizado debe haber una variación significativa en la solubilidad con la temperatura, lo que no siempre es el caso. La sal marina (NaCl), por ejemplo, tiene este efecto.

Cristalización

La cristalización es un proceso químico en el que un gas, líquido o solución se transforma en un conjunto de cristales sólidos. Estos cristales consisten en un conjunto ordenado de enlaces moleculares rígidos, puros en su naturaleza elemental, de modo que la cristalización puede ser utilizada para separar los ingredientes de alguna mezcla homogénea.

La cristalización puede llevarse a cabo por varios métodos, que van desde la alteración selectiva de las condiciones físicas de temperatura o presión, hasta la adición de ciertos productos químicos. La forma, el tamaño y la calidad de los cristales así obtenidos dependerán de las condiciones específicas en las que ocurra el proceso y del tiempo durante el cual se permita que ocurra.

Los cristales obtenidos por este método son formaciones sólidas, dotadas de un patrón de difracción muy bien definido. Dependiendo del elemento y de las condiciones en las que se produzca la cristalización, tendrán una forma u otra, y pueden tener color, transparencia y otras propiedades químicas.

Los cristales son comunes en la naturaleza mineral y se clasifican según sus propiedades en: cristales sólidos, cristales luminosos, cristales iónicos, cristales covalentes, cristales moleculares y cristales metálicos.

Cristalización ejemplos

  • Formación de heladas. En ciertas condiciones de humedad, el vapor de agua del aire puede cristalizarse directamente en superficies frías como vidrio o metales, formando estructuras parecidas a la nieve llamadas escarcha. Algunos congeladores tienden a formarlo también. Son cristales de agua, cuya constitución es muy regular y muy bien formada.
  • Congelación de agua. El hielo es agua congelada, y como tal no es un cristal. Pero durante las primeras etapas de congelación de este líquido, se puede ver cómo emergen la dendrita y otras estructuras cristalinas sumergidas.
  • Evaporación del agua de mar. Para obtener cristales de sal, así como agua desalinizada, se suele hervir el agua del mar. De esta manera, el líquido se convierte en gas (vapor de agua) dejando las sales disueltas en el recipiente. Las moléculas se juntan para formar cristales de solución salina perfectos.
  • Cristales de plata para fotografía. Los cristales de plata son útiles para ciertos artefactos de la industria cinematográfica o de la fotografía antigua (no la digital, obviamente), ya que al ser sensibles a la luz, estos cristales reacomodan frente a la luz, copiando así la impresión lumínica. Para su obtención se utilizan compuestos como bromuro, cloruro o yoduro de plata.
  • Cristales de oxalato de calcio. Formados por la acumulación de sales y calcio en los riñones, estos cristales suelen ser dolorosos y a veces incluso requieren una intervención quirúrgica, ya que dificultan la expulsión normal de la orina. Tienen la forma de pequeños cálculos oscuros, conocidos como cálculos renales, o también “piedra” o “gravilla” en los riñones.

Tipos de cristalización

  • La cristalización es un proceso por el cual, a partir de un gas, un líquido o una solución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina.
  • La operación de cristalización es el proceso de separar un componente de una solución líquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que presipitan.
  • Una solución concentrada a altas temperaturas y que se enfría si se forma una solución sobresaturada, que es la que tiene momentáneamente más solución disuelta que la admisible por la solución a esa temperatura en condiciones de equilibrio.

CRECIMIENTO CRISTALINO

  • Monocristal de lizosima para estudio por difracción de rayos equis.
  • Para obtener grandes criaturas se desarrollan dos copuestos de partida en una matriz gelatinosa.
  • Cuanto más lento es el proceso de cristalización, mejor es generalmente el resultado con respecto a la limpieza de los productos de partida y mayor es la formación de cristales.
  • La teoría es que el crecimiento cristalino se realiza formando capas monomoleculares alrededor del germen de cristalización o de un cristalino inicial.
  • La elección de cristales con una forma y tamaño determinados como la determinación de la estructura química por difracción de rayos X.
  • Es el proceso por el cual se obtienen sólidos cristalinos de sus mezclas.

CRISTALIZACIÓN HÚMEDA

  • Prepara una solución saturada con un cierto sólido que se dice que cristaliza, por ejemplo la sal común. El disolvente, el agua por ejemplo, se vaporiza y los sólidos cristalinos se disuelven poco a poco.
  • Se prepara una solución saturada, el disolvente caliente después de dejar que se enfríe, se obtiene una solución en saturado y pronto los cristales desaparecen.

CRISTALIZACIÓN EN SECO

El sólido se funde a alta temperatura. Luego se enfría y se forman cristales cuando los cristales se salidifican.
Los sólidos entran en contacto con una superficie fría y se forman cristales en ella.

Para qué sirve la cristalización

  • Enfriamiento de una solución concentrada
    Si se prepara una solución concentrada a altas temperaturas y se enfría, se forma una solución sobresaturada, que es la que tiene, momentáneamente, más solución disuelta que la admisible por disolución a esa temperatura en condiciones de equilibrio. Posteriormente, la solución puede cristalizarse mediante enfriamiento controlado. Esto se hace para que los cristales tengan un tamaño medio, ya que si los cristales son muy pequeños las impurezas se depositan en la superficie de toda la masa, y si los cristales son muy grandes las impurezas quedan atrapadas dentro de las redes cristalinas. Esencialmente cristaliza el compuesto principal, y los que se enriquecen con las impurezas presentes en la mezcla inicial al no alcanzar su límite de solubilidad. Para que este método de purificación sea utilizado debe haber una variación significativa en la solubilidad con la temperatura, lo que no siempre es el caso. La sal marina (NaCl), por ejemplo, tiene este efecto.
  • Cambio de disolvente
    Preparando una disolución concentrada de una sustancia en un buen disolvente y añadiendo un disolvente que sea miscible con el primero, el principal del sólido disuelto comienza a precipitarse, y las aguas madre están relativamente enriquecidas en impurezas. Por ejemplo, el ácido benzoico puede separarse de una disolución de ácido benzoico en acetona añadiendo agua.
  • Evaporación del disolvente
    Del mismo modo, al evaporar el disolvente de una solución, es posible empezar a cristalizar los sólidos que se disolvieron cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. Este método se ha utilizado durante milenios en la fabricación de sal de salmuera o agua de mar, etc.
  • Sublimación
    En algunos compuestos la presión de vapor de un sólido puede ser lo suficientemente alta como para evaporar cantidades significativas de este compuesto sin alcanzar su punto de fusión (sublimación). Los vapores formados se condensan en las zonas más frías ofrecidas, por ejemplo, en forma de “dedo frío”, que suele pasar directamente del estado gaseoso al sólido (sublimación regresiva), separándose así de posibles impurezas. Siguiendo este procedimiento, se pueden obtener sólidos puros de sustancias que se subliman fácilmente como la cafeína, el azufre elemental, el ácido salicílico, el yodo, etc.
  • Refrigeración selectiva de un sólido fundido
    Para purificar un sólido cristalino, se puede fundir. Del líquido obtenido, el sólido puro cristaliza primero, enriqueciendo la fase líquida de las impurezas presentes en el sólido original. Por ejemplo, este es el método utilizado para obtener silicio ultrapuro para la fabricación de sustratos u obleas en la industria de los semiconductores. El material sólido (silicio no purificado obtenido previamente en un horno de inducción eléctrica) recibe una forma cilíndrica. A continuación, se lleva a cabo una fusión de zonas en el cilindro. Comienza por fundir una tira o sección del cilindro en un extremo y desplaza esta área a lo largo del mismo hasta llegar al otro extremo. Como las impurezas son solubles en el fundido, se separan del sólido y se arrastran hasta el otro extremo. Este proceso de fusión zonal se puede hacer varias veces para asegurar que el grado de pureza sea el deseado. Finalmente, se corta el extremo en el que se han acumulado las impurezas y se separa del resto. La ventaja de este proceso es que al controlar adecuadamente la temperatura y la velocidad a la que se mueve la franja de fusión a través de la parte cilíndrica, es posible obtener un material que es un monocristal de silicio que presenta las caras de la red cristalina orientadas de la forma deseada.

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