Descripción
Un cristal se puede definir como un sólido compuesto de átomos dispuestos en forma ordenada y repetida. Las distancias interatómicas en un cristal de cualquier material definido son constantes y características de ese material. Ya que el patrón o arreglo de los átomos se repite en todas direcciones, existen restricciones definidas sobre los tipos de simetría que pueden tener los cristales.
La cristalización consiste en la formación de partículas sólidas cristalinas en el seno de una fase homogénea. La condición principal para que se realice la cristalización de una sustancia es que su solubilidad en un determinado disolvente varíe considerablemente con la temperatura (soluble en caliente e insoluble en frío). Para cristalizar una sustancia partiendo de una disolución, ésta debe saturarse y después enfriarse. La cristalización ocurre cuando el sistema es enfriado por debajo del punto de fusión de la sustancia.
La cristalización persigue tres finalidades principales:
- Obtener un producto puro a partir de una muestra de menor pureza (purificar) por ejemplo: cristalización de sales inorgánicas o sustancias orgánicas.
- Separación de una mezcla compleja: mezcla de sales de distinta solubilidad como NaCl y KCl.
- Aislamiento de una sustancia contenida en una mezcla: mezclas de productos en química orgánica
En las mezclas de compuestos inorgánicos es fácil la obtención de cristales y se emplea el agua como único disolvente. Sin embargo, en mezclas de compuestos orgánicos es más difícil, teniendo gran importancia la elección del disolvente. Un disolvente adecuado para cristalización deberá llenar los siguientes requisitos:
a) a temperatura elevada disuelva fácilmente al compuesto (soluto).
b) a baja temperatura el soluto sea muy poco soluble.
c) no reaccione con el soluto.
d) se evapore fácilmente.
e) en frío, las impurezas sean más solubles que el soluto.
f) no sea tóxico ni de alto costo
La purificación de un producto químico por solidificación a partir de una mezcla líquida se conoce como cristalización de la solución o cristalización a partir de la fusión. La distinción entre estas dos operaciones es hasta cierto punto sutil.
Cristalización a partir de la fusión
El término cristalización a partir de la fusión se ha definido como la separación de los componentes de una mezcla binaria sin la adición de disolvente, pero esta definición es en cierta manera restrictiva.
En la cristalización a partir de la fusión no se agrega disolvente a la mezcla reactiva y la fase sólida se forma por enfriamiento directo o indirecto de la fusión. A menudo, el producto se mantiene cerca o por encima de la temperatura de congelación del componente puro, en la sección de refinación del equipo.
Hay muchas técnicas para efectuar la cristalización a partir de la fusión. Una lista abreviada incluye la congelación parcial y la recuperación de sólidos en sistemas de enfriamiento de cristalizador y centrífuga; la fusión parcial, o sea, la exudación; la congelación escalonada, la congelación normal, la fusión por zonas y la cristalización en columnas
Cristalización en columna
La realización de la cristalización dentro de una columna con flujo a contracorriente de los cristales y el líquido, puede dar lugar a un producto con mayor pureza que la cristalización o destilación convencionales.
El concepto de trabajo consiste en formar una fase sólida a través de un flujo a contracorriente de líquido enriquecido con reflujo. El problema para la práctica de esta tecnología es la dificultad para controlar el movimiento de la fase sólida. Los cristalizadores en columna se han sistematizado en los dispositivos con alimentación por el extremo o por el centro, dependiendo de si la ubicación de la alimentación es agua arriba o debajo de la sección de formación de los cristales.
Estos dispositivos se componen de tres secciones distintas: una sección de congelación o recuperación, en donde se congela el soluto a partir de licor impuro; la zona de purificación, donde se ponen en contacto a contracorriente las fases sólidas y líquidas, y la sección de fusión y reflujo de los cristales.
Cristalización a partir de solución
En la cristalización de la solución se agrega un disolvente a la mezcla y después, la solución se enfría en forma directa o indirecta, y/o se evapora el disolvente, para realizar la cristalización. Por lo general, la fase sólida se forma, y se mantiene por debajo de la temperatura de congelación del compuesto puro.
Los equipos para cristalización se pueden clasificar de acuerdo al medio de suspensión del producto en crecimiento:
- Cristalizadores de suspensión mezclada y de retiro de productos combinados
Este tipo de equipo, llamado a veces cristalizador de magma circulante, es el más importante de los que se utilizan en la actualidad. La mayoría de los usuarios prefiere los cristalizadores que emplean la vaporización de disolventes o de refrigerantes. La razón primordial para esta preferencia es que el calor transferido durante la etapa crítica de sobresaturación pasa por una superficie de líquido en ebullición-gas, evitando la sedimentación molesta de sólidos que se pueden formar en una superficie metálica de transferencia de calor.
BIBLIOGRAFÍA
- PERRY H, Robert. Manual del Ingeniero Químico. 6ª Ed. México: McGraw-Hill, 1992.