Cristalizacion. Importancia de la cristalización en la industria

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ALIMENTO

AGENTE DE SEPARACIÓN

PRODUCTO

PRINCIPIO DE SEPARACIÓN

EJEMPLO

Líquido

Enfriamiento o calor, causando evaporación simultánea

Líquido + sólido

Diferencia de tendencias a la cristalización, participación preferencial de la estructura del cristal

Obtención de azúcar de remolacha

La cristalización se puede dividir en muchos subgrupos, tales como preparación de cristales individuales (mono cristales), cristalización en masa, producción de capas delgadas, cristalización de azúcares, solidificación de metales, bio mineralización, etc. Sin embargo, todos ellos están gobernados por los mismos principios y procesos nucleación, crecimiento cristalino, cambios secundarios), que son básicamente idénticos.[3]

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Características:

Las características que una sustancia debe cumplir para formar cristales son:

- Su estado natural debe ser sólido.

- Un cristal es una estructura tridimensional de forma geométrica que está formado por una sola molécula de sustancia, por ejemplo: el cristal de sal está formado por una molécula de cloruro de sodio.

Los cubos de hielo no forman cristales porque:

- El estado natural del agua es líquido.

- Los cubos están formados por varias moléculas de agua.

La cristalización consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible de disolvente caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. El proceso de cristalización es un proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red cristalina excluye la participación de impurezas en la misma. Para ello, es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina.

Mecanismos para que un sólido forme una solución con un solvente:

- Formación de puentes de hidrógeno.

- Solvatación (asociación de los iones).

Además influyen:

- Transferencia de movimiento: agitación

- Transferencia de calor: temperatura

- Transferencia de masa: gradientes de concentración

Existen 4 tipos de soluciones:

- Diluida

- Concentrada

- Saturada

- Sobresaturada

- Sobresaturación:

Al hablar de cristalización lo más importante es el concepto de sobresaturación, ya que si no existe, la cristalización no se puede dar.

La sobresaturación es la diferencia de concentración entre la disolución sobresaturada en la que el cristal está creciendo y la de la disolución en equilibrio con el cristal.

El concepto de solución saturada está relacionado con el llamado límite de solubilidad.

La sobresaturación se define como: Ac = C – Cs

Ac = sobresaturación molar, moles por unidad de volumen

C = concentración molar de soluto en disolución.

Cs = concentración molar de soluto en la disolución saturada.

[pic 1]

Sin sobresaturación no hay cristalización, para alcanzar la sobresaturación se tiene que realizar:

- Enfriamiento: Si se enfría la solución, ésta pierde solubilidad y pasa de estar concentrada a saturada y finalmente sobresaturada.

- Calentamiento: Si se calienta la solución se quita solvente y pasa de estar concentrada a saturada y finalmente sobresaturada. Cuando se incrementa la temperatura la solubilidad puede disminuir o aumentar dependiendo del sólido, por ejemplo en sólidos orgánicos como la úrea se disminuye la solubilidad.

- Evaporación: Se evapora una parte del disolvente, hasta que la cantidad de sustancia disuelta en la solución restante supere la de saturación. Esta operación básica se emplea en los casos en que la solubilidad depende poco de la T. Un ejemplo aplicado es el la industria para formar sal.

- Precipitación: Al colocar una sustancia adicional en la solución para que se aglomeren los sólidos y formar cristales.

- Al vacío: Combinación de efectos. En un evaporador al vacío se evapora una parte del disolvente, la eliminación del calor necesario enfría además la solución. Ventajosa para sustancias sensibles a la °T.

Para la elección de un disolvente de cristalización la regla “lo semejante disuelve a lo semejante” suele ser muy útil. Los disolventes más usados, en orden de polaridad creciente son el éter de petróleo, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua.

Es mejor utilizar un disolvente con un punto de ebullición que sobrepase los 60°C, pero que a su vez sea por lo menos 10°C más bajo que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar. En muchos casos se necesita usar una mezcla de disolventes y conviene probar diferentes mezclas para encontrar aquella que proporciona la cristalización más efectiva.

En la siguiente tabla aparecen los disolventes más empleados en la cristalización de las clases más comunes de compuestos orgánicos:

Clases