La cristalización es la solidificación de átomos o moléculas en una forma altamente estructurada llamada cristal. Por lo general, esto se refiere a la lentitud precipitación de cristales de una solución de una sustancia. Sin embargo, los cristales pueden formarse a partir de una fusión pura o directamente de la deposición de la fase gaseosa. La cristalización también puede referirse a la técnica de separación y purificación sólido-líquido en la que se produce transferencia de masa desde la solución líquida a una fase cristalina sólida pura.
Aunque la cristalización puede ocurrir durante la precipitación, los dos términos no son intercambiables. La precipitación simplemente se refiere a la formación de un insoluble (sólido) a partir de una reacción química. Un precipitado puede ser amorfo o cristalino.
El proceso de cristalización
Deben ocurrir dos eventos para que ocurra la cristalización. Primero, los átomos o las moléculas se agrupan en la escala microscópica en un proceso llamado nucleación
. A continuación, si los grupos se vuelven estables y suficientemente grandes, crecimiento cristalino puede ocurrir.Los átomos y compuestos generalmente pueden formar más de una estructura cristalina (polimorfismo). La disposición de las partículas se determina durante la etapa de nucleación de la cristalización. Esto puede estar influenciado por múltiples factores, que incluyen la temperatura, la concentración de las partículas, la presión y la pureza del material.
En una solución en la fase de crecimiento de cristales, se establece un equilibrio en el cual las partículas de soluto se disuelven nuevamente en la solución y precipitan como un sólido. Si la solución está sobresaturada, esto impulsa la cristalización porque el solvente no puede soportar la disolución continua. A veces, tener una solución sobresaturada es insuficiente para inducir la cristalización. Puede ser necesario proporcionar un cristal semilla o una superficie rugosa para comenzar la nucleación y el crecimiento.
Ejemplos de cristalización
Un material puede cristalizar de forma natural o artificial y rápidamente o en escalas de tiempo geológicas. Los ejemplos de cristalización natural incluyen:
- Formación de copo de nieve
- Cristalización de miel en un tarro
- Formación de estalactitas y estalagmitas
- Deposición de cristales de piedras preciosas
Los ejemplos de cristalización artificial incluyen:
- Creciente cristales de azucar en un frasco
- Producción de gemas sintéticas.
Métodos de cristalización.
Hay muchos métodos utilizados para cristalizar una sustancia. En gran medida, esto depende de si el material de partida es un compuesto iónico (por ejemplo, sal), un compuesto covalente (por ejemplo, azúcar o mentol) o un metal (por ejemplo, plata o acero). Las formas de hacer crecer cristales incluyen:
- Enfriar una solución o derretir
- Evaporando un solvente
- Agregar un segundo solvente para reducir la solubilidad del soluto
- Sublimación
- Capas de solvente
- Agregar un catión o anión
El proceso de cristalización más común es disolver el soluto en un disolvente en el que es al menos parcialmente soluble. A menudo, la temperatura de la solución se incrementa para aumentar la solubilidad, por lo que la cantidad máxima de soluto entra en solución. A continuación, la mezcla tibia o caliente se filtra para eliminar el material no disuelto o las impurezas. La solución restante (el filtrado) se deja enfriar lentamente para inducir la cristalización. Los cristales pueden retirarse de la solución y dejarse secar o pueden lavarse usando un disolvente en el que son insolubles. Si el proceso se repite para aumentar la pureza de la muestra, se llama recristalización.
La velocidad de enfriamiento de la solución y la cantidad de evaporación del solvente pueden afectar en gran medida el tamaño y la forma de los cristales resultantes. Generalmente, una evaporación más lenta da como resultado una evaporación mínima.