CRISTALIZADOR: Definición, Uso, Función y Características

Definición de Cristalizador de Laboratorio

La cristalización es una técnica que utilizan los químicos para purificar compuestos sólidos. Es uno de los procedimientos fundamentales que cada químico debe dominar para dominar el laboratorio. La cristalización se basa en los principios de solubilidad: los compuestos (solutos) tienden a ser más solubles en líquidos calientes (solventes) que en líquidos fríos.

Si una solución caliente saturada se deja enfriar, el soluto ya no es soluble en el disolvente y forma cristales de compuesto puro. Las impurezas se excluyen de los cristales en crecimiento y los cristales sólidos puros se pueden separar de las impurezas disueltas por filtración.

Historia y Origen del Cristalizador

La cristalización es una tecnología muy antigua, y la información relacionada con la cristalización de sal y azúcar se remonta al comienzo de la civilización. En los últimos 30 años, se han desarrollado los medios técnicos para medir la nucleación en los equipos operativos.

Esto ha dado una nueva perspectiva sobre el diseño de equipos de cristalización con el resultado de que los diseños modernos de cristalización son mucho más flexibles en términos de su apacidad para controlar el tamaño y la distribución del tamaño de los productos de cristal que los equipos anteriores. La cristalización se ha considerado durante mucho tiempo un arte más que una ciencia, aunque los descubrimientos teóricos recientes y las nuevas técnicas analíticas han producido un cambio en esta posición histórica.

Jabir Bin Hayyan realizó sus grandes experimentos en ciencia y química en octavo siglo durante el califato abasí de Haroon al-Rashid Jabir introdujo investigación experimental en ciencia que rápidamente cambió su carácter en química moderna. Su contribución de fundamental importancia para la química incluye la perfección de las técnicas científicas, tales como cristalización, destilación, calcinaciones, sublimación y evaporación y desarrollo de varios instrumentos para el mismo.

El alambique es su gran invento, que hizo fácil y sistemático el proceso de destilación. Jabir puso gran énfasis en la experimentación y la precisión en su trabajo basado en sus propiedades, él ha descrito Tres tipos distintos de sustancias.

Uso del Cirstalizador de Laboratorio

Caliente un poco de disolvente hasta que hierva.
Coloque el sólido a recristalizar en un matraz Erlenmeyer.
Vierta una pequeña cantidad del solvente caliente en el matraz que contiene el sólido.
Agite el matraz para disolver el sólido.
Coloque el matraz en el baño de vapor para mantener la solución caliente.
Si el sólido aún no se disuelve, agregue una pequeña cantidad más de disolvente y agite nuevamente.
Cuando el sólido esté todo en solución, colóquelo en la mesa. ¡No lo molestes!
Después de un tiempo, deberían aparecer cristales en el matraz.
Ahora puede colocar el matraz en un baño de hielo para finalizar el proceso de cristalización.
Ahora está listo para filtrar la solución para aislar los cristales.
Retire el papel de filtro del embudo Buchner cuando haya terminado.
Después de que los cristales se hayan filtrado de la solución, colóquelos en un reloj de vidrio.
Deje que el cristal termine de secarse en el reloj.
Para cristalizar un compuesto sólido impuro, agregue suficiente solvente caliente para disolverlo por completo.
El matraz contiene una solución caliente, en la cual las moléculas de soluto, tanto el compuesto deseado como las impurezas, se mueven libremente entre las moléculas de solvente caliente.
A medida que la solución se enfría, el solvente ya no puede contener todas las moléculas de soluto, y comienzan a salir de la solución y formar cristales sólidos.
Durante este enfriamiento, cada molécula de soluto se acerca a un cristal en crecimiento y descansa sobre la superficie del cristal. Si la geometría de la molécula se ajusta a la del cristal, será más probable que permanezca en el cristal que volver a la solución.
Por lo tanto, cada cristal en crecimiento consta de un solo tipo de molécula, el soluto. Una vez que la solución ha alcanzado la temperatura ambiente, se coloca cuidadosamente en un baño de hielo para completar el proceso de cristalización.
La solución enfriada se filtra luego para aislar los cristales puros y los cristales se enjuagan con disolvente enfriado.

Precio en Euros y Dólares del Cristalizador de Laboratorio

Platos Cristalizadores Reutilizables De Vidrio De 60mm, Borosilicato: Precio: 7,23
Modo de uso: lave y seque los platos cristalizados y ponga el líquido madre en los platos cristalizados para cristalizar
Hecho de vidrio de borosilicato, buena resistencia al calor
Reutilizable y perfecto para almacenamiento y cristalización.

Tipos de Cristalizador de Laboratorio

Existe una amplia variedad de equipos utilizados para llevar a cabo el proceso de cristalización, llamados cristalizadores.

Dicho equipo se puede clasificar en cuatro tipos generales:

Cristalizadores de solución a granel. Los cristales se suspenden en solución durante un tiempo significativo mientras se produce la nucleación y el crecimiento.
Recipientes de recipientes. Las corrientes de alimentación que ingresan al recipiente generan altos niveles de sobresaturación (por reacción química, ahogamiento o salado), formando muy rápidamente grandes cantidades de pequeños cristales.
Cristalizadores de fusión que forman múltiples cristales. El volumen (típicamente> 90%) de la solución o masa fundida forma cristales en suspensión o en una superficie enfriada. Las impurezas permanecen en la pequeña cantidad de licor madre no cristalizado.
Cristalizadores de fusión que forman grandes cristales individuales de alta pureza. Los cristales se forman muy lentamente a partir de fundidos de alta pureza, produciendo cristales grandes, puros y sin defectos. Estos se usan típicamente para la fabricación de semiconductores.

Todos estos tipos de equipos tienen aspectos en común:

Una región donde se genera la sobresaturación para impulsar la cristalización.
Una región donde los cristales están en contacto con una solución sobresaturada para el crecimiento de cristales.
En algunos casos, los cristales están presentes en todo el vaso, suspendidos por alguna forma de agitación; En otros casos, los cristales ocupan solo una parte del vaso, típicamente como un lecho fluidizado.

Cristalizador de Vidrio

El cristalizador de vidrio es generalmente hecho de borosilicato este es un vidrio con alta resistencia térmica y muy buena resistencia química al agua, soluciones salinas, ácidos, bases y solventes orgánicos.

Cristalizador Industrial

Los procesos de cristalización industrial tienen como objetivo la producción a gran escala de productos cristalinos mediante la formación de una suspensión de partículas en crecimiento en una solución. La calidad del producto se define por el tipo de fase cristalina producida, la distribución del tamaño del cristal, la morfología del cristal y la pureza del producto.

Estos aspectos de calidad del producto están determinados por los subprocesos de cristalización, de los cuales la nucleación y el crecimiento de los cristales son generalmente de mayor importancia. La fuerza impulsora de estos subprocesos generalmente se establece evaporando el solvente para aumentar la concentración o enfriando la solución para disminuir la solubilidad.

El reciente interés de la investigación farmacéutica en los procesos de cristalización continua se ve reforzado por las afirmaciones de una mejor calidad del producto, el uso eficiente de los materiales y los recursos energéticos, y la reducción de la corriente de residuos. Las mejoras en la comprensión de los aspectos fundamentales de la cristalización han llevado a la solución exitosa de problemas encontrados en la práctica industrial. Una reducción en la variabilidad del proceso y mejoras en la calidad del producto (forma del cristal, manejo del producto, rendimiento del procesamiento posterior, etc.).

Cristalizador de Química

La cristalización es una de las tecnologías más utilizadas en la industria química, y la robustez del proceso gobierna la productividad y la economía del proceso. En particular, los sectores farmacéutico y alimentario están utilizando la cristalización para una separación, purificación y selección de forma sólida optimizadas.

Por ejemplo, la cristalización es el método más común de formación de sólidos farmacéuticos para el desarrollo de ingredientes farmacéuticos activos (API). La optimización de las propiedades de las partículas, como el tamaño de partícula y la distribución de la forma, es primordial, ya que la forma física determina la calidad y la eficacia del medicamento.

Muchas drogas farmacéuticas tienen perfiles fisioquímicos pobres, como la baja solubilidad en fluidos biológicos. Se han realizado importantes esfuerzos de investigación y desarrollo para desarrollar un paisaje de forma sólida que cubra todas las estructuras sólidas posibles, incluidos polimorfos, solvatos, cocristales, sales y la fase amorfa para mejorar el desarrollo del ingrediente farmacéutico activo (API).

¿ Qué es la Cristalización y Para Qué se Utiliza ? Su Definición

La cristalización puede verse como una técnica para obtener productos sólidos, donde el proceso de cristalización debe controlarse cuidadosamente para cumplir con las demandas cada vez mayores del cliente sobre las propiedades de las partículas.
Como la distribución del tamaño de las partículas, la forma del cristal, el grado de aglomeración, comportamiento de apelmazamiento y pureza.
Dado que las partículas también deben separarse fácilmente de las aguas madres, se pueden formular demandas adicionales de capacidad de filtración y lavabilidad.
Debido a la estructura mayormente rígida de la fase sólida, la formación de partículas sólidas es un proceso bastante lento, y generalmente se necesitan vasos grandes para alcanzar una tasa de producción aceptable.
Esta estructura rígida, por otro lado, impide la incorporación de sustancias extrañas o moléculas de disolvente, y en solo una etapa de separación se obtiene un producto sólido puro.
La cristalización se usa a menudo como un término genérico para la cristalización por evaporación o enfriamiento, precipitación y cristalización por fusión.
Sin embargo, existen diferencias considerables entre los tres tipos de cristalización en lo que respecta al método de procesamiento y el equipo correspondiente.
En la precipitación, el abandono de la fase sólida se logra mezclando dos corrientes de alimentación que son dos reactivos o un disolvente que contiene el soluto y un antidisolvente.
La hidrodinámica del proceso, por lo tanto, juega un papel predominante en la precipitación con respecto a las propiedades del producto obtenido.
En la cristalización por fusión, el potencial de cristalización para producir un producto puro se utiliza principalmente, y la fase sólida se remolten para obtener el producto final.
Las aplicaciones son principalmente en la ultrapurificación de compuestos orgánicos o para producir agua pura como técnica de concentración.
Un material puede cristalizar de forma natural o artificial y rápidamente o en escalas de tiempo geológicas.

Ejemplos de Cristalización Natural

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: Cultivo de cristales de azúcar en una jarra Producción de gemas sintéticas.

¿ Quién Creó la Cristalización y en Que Año ?

Jabir bin Hayyan nació en 721 d. C. en la ciudad persa de Tus. Obtuvo excelencia en los campos de Alquimia, Astronomía, Física, Farmacia, Filosofía, Astrología y Geografía. Se ha descubierto que reconoce los primeros trabajos de Platón, Sócrates, Aristóteles y Pitágoras, así como el conocimiento del destacado jurista musulmán Imam Jafar as-Sadiq sobre alquimia, química, filosofía y astronomía.

Jabir bin Hayyan preparó productos químicos, descubrió muchos ácidos y preparó, así como, mejoró muchos procesos químicos. Hizo hincapié en la importancia de experimentar la teoría de uno, y es por eso que vemos muchos inventos y descubrimientos realizados por él. De hecho, él fue quien introdujo técnicas experimentales en el campo de la química.

Descubrió procedimientos químicos tan significativos como la cristalización, fusión, destilación, calcinación, reducción, liquidación y sublimación. El teñido de tela y cuero, así como la preparación de acero también están asociados con este gran científico islámico.

Dio una descripción detallada del ácido acético, ácido tartárico y ácido cítrico. El descubrimiento de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y ácido nítrico son algunas de las mayores contribuciones hechas por Jabir bin Hayyan. Combinó el ácido nítrico con el ácido clorhídrico e inventó otro ácido denominado hoy como “Aqua Regia”. Este último es lo suficientemente fuerte como para disolver el oro. Su división de la sustancia en tres clases diferentes funcionó como la base para la clasificación moderna de metales y no metales.

Para Qué Sirve la Cristalización

La cristalización es el proceso de separación mediante el cual la transferencia de calor y masa elimina los sólidos de una solución en forma de estructuras cristalinas de alta pureza.
El proceso de dos partes de nucleación asociada y crecimiento de cristales depende de la velocidad relativa de cada paso para controlar el tamaño y la población de los cristales.
Encontrado en una variedad de procesos y operaciones de gestión de residuos, la cristalización también reduce la escorrentía de residuos líquidos, ya que el líquido restante, también purificado, puede ser reciclado a través del sistema, liberado al medio ambiente o transferido a otra operación.
La cristalización es un proceso dirigido por el tamaño y las formas de las moléculas involucradas y sus propiedades químicas.
Los cristales se pueden formar a partir de una sola especie de átomo, diferentes especies de iones o incluso moléculas grandes como las proteínas.
Algunas moléculas grandes tienen más dificultades para someterse al proceso de cristalización, porque su química interna no es muy simétrica o interactúa consigo misma para evitar la cristalización.
La unidad más pequeña de un cristal se llama celda unitaria.
Esta es la formación base de átomos o moléculas sobre las cuales se pueden unir unidades adicionales. Puede pensar en esto como un bloque de construcción para niños, al que se pueden unir otros bloques.
La cristalización procede como si estuviera uniendo estos bloques en todas las direcciones. Algunos materiales forman cristales de diferentes formas, lo que explica la gran variación en la forma, el tamaño y el color de varios cristales.

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.
Si los grupos se vuelven estables y suficientemente grandes, puede producirse el crecimiento de cristales.
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, como 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 que 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 Métodos de Cristalización

El proceso de cristalización produce un cambio físico en los objetos. Conduce a la formación de estructuras cristalinas. No es posible distinguir claramente entre procesos de cristalización. Pero podemos identificar dos categorías de procesos de cristalización, a saber, cristalización por enfriamiento y cristalización por evaporación.

Cristalización de Enfriamiento: Muchas sustancias, cuando se disuelven en disolvente, forman cristales al enfriarse en condiciones favorables en este proceso. Sin embargo, este método no es muy común y tiene muchas limitaciones. Por lo general, la sustancia se calienta y luego se deja enfriar en este método.

Cristalización por evaporación es más común que la cristalización de enfriamiento. La evaporación del agua de mar deja sal detrás. Los cristales puros de sustancia se depositan después de la evaporación de las soluciones. Pero este método requiere una alta concentración de la sustancia en la solución. Por lo tanto, su relación de masa soluto / solvente debe ser alta.

Experimentos simples para demostrar cristalización:

Experimento 1

En primer lugar, tome un poco de agua en un vaso de precipitados. Agregue unas gotas de ácido sulfúrico diluido (H2SO4).
Caliente la mezcla en un quemador. Agregue polvo de sulfato de cobre cuando comience a hervir.
Siga revolviendo la solución. Siga agregando polvo de sulfato de cobre a la solución hasta que sea soluble.
Ahora filtre la solución y permita que se enfríe.
Verá cristales de sulfato de cobre suspendidos en la solución.

Experimento 2

Ponga 160 gramos de acetato de sodio en un matraz y agregue 30 ml de agua.
Caliente el matraz en un quemador o placa caliente hasta que comience a hervir.
Agite la solución a menos que los cristales de acetato de sodio se disuelvan.
Ahora retire el matraz del fuego y deje que se enfríe por un tiempo.
Finalmente, coloque uno o dos cristales de acetato de sodio en una superficie y vierta la solución encima.
Intente mantener constante el flujo de solución.
La solución se solidificará y formará una estructura vertical.

Cristalización por Enfriamiento

La cristalización por enfriamiento es atractiva cuando la solubilidad del producto aumenta significativamente con el aumento de la temperatura. En un proceso de cristalización por enfriamiento, la alimentación se enfría en un intercambiador de calor, que puede ubicarse dentro del cristalizador o en un circuito externo.

La pared del cristalizador se puede usar como intercambiador de calor interno, pero el intercambiador de calor también se puede integrar en el cristalizador en forma de tubos o placas enfriados. La cristalización puede tener lugar cuando el líquido se enfría a una temperatura inferior a la solubilidad de equilibrio. La temperatura más baja en el sistema está en la superficie del intercambiador de calor.

Por lo tanto, el enfriamiento debe realizarse con cuidado para evitar la nucleación en la superficie fría del intercambiador de calor, lo que provocará incrustaciones. Por lo general, las medidas para prevenir este fenómeno no deseado son reducir la diferencia de temperatura entre el refrigerante y la solución de cristalización.

Aumentar la velocidad del líquido a lo largo de la superficie del intercambiador de calor para nivelar la diferencia de temperatura a lo largo del intercambiador de calor o usar un raspador para mantener la superficie del intercambiador de calor libre de sólidos. Los métodos alternativos de enfriamiento que no requieren un intercambiador de calor son el enfriamiento instantáneo que implica la evaporación (parcial) del solvente o el enfriamiento directo mediante la inserción de un gas o refrigerante frío.

Cristalización Fraccionada

Cristalización fraccionada es un término que se utiliza para describir un proceso en el que se utilizan pasos de cristalización repetidos para aumentar la pureza del producto y / o aumentar el rendimiento del proceso.

Las aplicaciones se pueden encontrar en metal, refinación de metales, petróleo y gas, por ejemplo, desparafinado de aceite, alimentos, por ejemplo, fraccionamiento de aceite de palma y concentración de congelación y en industrias químicas, por ejemplo, desengrasado con cera de parafina o ultra- purificación de productos químicos.

En un proceso de cristalización fraccionada, los cristales formados en la primera etapa se separan de las aguas madres con dispositivos como filtros, centrifugadoras o columnas de lavado y se vuelven a enrollar para usarse como alimentación en una segunda etapa de cristalización.

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