Kristalizazio

Kristalizazioa edo kristaltzea egoera likidotik solidora igarotzean kristalak sortzeko prozesua da. Bi fasetan osatzen da: 1. Nukleoen sorrera. 2. Kristalen hazkundea. Kristalizazioa nahiko maiz erabiltzen dute kimikan substantzia solido bat garbitzeko.

Mineral eta molekula organiko gehienak erraz kristalizatzen dira, eta ondorioz sortzen diren kristalak kalitate onekoak izaten dira, hau da, ageriko akatsik gabeak. Aitzitik, partikula biokimiko handiagoak, proteinak kasu, zailak izaten dira kristalizatzen.

Disoluzio kontzentratuen hoztea 
Disoluzio kontzentratu bat tenperatura altuetan prestatu eta gero hoztu egiten bada, gainasetako disoluzio bat sortuko da, oreka egoeran eta tenperatura horretan disoluzioak onar dezakeena baino solutu disolbatu gehiago daukana. Ondoren, disoluzioa kristaltzea lor daiteke hozte kontrolatu baten bidez. Kristalak neurri ertainekoak izan daitezen egiten da hori; izan ere, kristalak oso txikiak badira, ezpurutasunak masa osoaren gainazalean geratzen dira, eta kristalak oso handiak badira, ezpurutasunak kristal-sareen barruan harrapatuta geratzen dira. Funtsean, konposatu nagusia kristalizatzen da. Horren ondorioz, disolbatzailea hasierako nahastean dauden ezpurutasunetan aberasten da, hauek beraien disolbagarritasun-mugara iristen ez direlako.

Purifikazio-metodo hori erabili ahal izateko, disolbagarritasuna tenperaturarekin nabarmen aldatu behar da, beti gertatzen ez dena. Itsasoko gatzak (NaCl), adibidez, ahalmen hori dauka.

Disolbatzaile-aldaketa 
Substantzia baten disoluzio kontzentratu bat disolbatzaile on batean prestatuz eta beste disolbatzaile bat gehituz (aurrekoarekin nahasgarria dena), disolbatutako solidoa hauspeatzen hasten da, ama-urak ezpurutasunetan aberastuz. Azido bentzoikoa, adibidez, azetona-disoluzio batetik bereiz daiteke ura gehituz.

Disolbatzailearen lurrunketa 
Era berean, disoluzio bateko disolbatzailea lurrunduz, disolbatuta zeuden solidoak kristalizatzen hastea lor daiteke, hauen disolbagarritasun-mugara iristean. Metodo hori gatzun edo itsas uretatik abiatuz gatz-fabrikaziorako erabili da milaka eta milaka urtetan.

Sublimazioa 
Konposatu batzuetan, solido baten lurrun-presioa nahiko handia izan daiteke konposatu horren kantitate handiak lurruntzeko, bere urtze-puntura iritsi gabe (sublimazioa). Eratutako lurrunak "hatz hotz" motako eremu hotzagoetan kondentsatzen dira, eta zuzenean igarotzen dira gas-egoeratik solidora (sublimazio erregresiboa); horrela, egon daitezkeen ezpurutasunetatik bereizten dira. Prozedura horri jarraituz, erraz sublimatzen diren substantzien solido puruak lor daitezke, hala nola kafeina, sufre elementala, azido salizilikoa edo iodoa.

Solido urtu baten hozte selektiboa 
Solido kristalino bat purifikatzeko, urtu egin daiteke. Lortutako likidotik, lehenik eta behin, solido purua kristalizatzen da, eta fase likidoa jatorrizko solidoan dauden ezpurutasunetan aberasten da. Metodo hori erdieroaleen industrian erabiltzen da, adibidez, silizio ultra purua lortzeko eta ondoren substratuak edo olatak fabrikatzeko. Material solidoari (aldez aurretik indukziozko labe elektriko batean lortzen den purifikatu gabeko silizioa) forma zilindrikoa ematen zaio. Ondoren, zilindroa urtzen hasten da eremuka. Lehendabizi, mutur bateko sekzio bat urtzen da eta zati hori hedatzen da zilindro osoan zehar, aurkako muturrera iritsi arte. Ezpurutasunak disolbagarriak direnez, solidotik bereizten dira eta aurkako muturrera eramaten dira. Fusio-prozesu hori hainbat alditan errepika daiteke, nahi den purutasun-maila lortu arte. Azkenik, ezpurutasunak pilatuta dauzkan muturra moztu eta gainontzekotik bereizten da. Prozesu horren abantaila da, urtze-sekzioa zilindroan zehar zer tenperaturatan eta abiaduratan mugitzen den behar bezala kontrolatuz, siliziozko monokristala lor daitekeela. Monokristal honetan, kristal-sarearen aurpegiak nahi den erara orientatuta daude.

Kristalen hazkundea 
Disolbagarritasun txikiko produktuen kristal handiak lortzeko, beste teknika batzuk garatu dira. Adibidez, jatorrizko bi konposatu matrize likatsu batean heda daitezke. Horrela, konposatua poliki-poliki eratzen doa eta kristal handiagoak sortzen ditu. Izan ere, kristalizazio-prozesua zenbat eta motelagoa izan, orduan eta hobea izaten da emaitza hasierako produktuen purutasunari dagokionez, eta orduan eta handiagoak izaten dira eratutako kristalak.

Kristalen forma eta tamaina alda daitezke disolbatzaileen edo konposatuen kontzentrazioen arabera, proteinak bezalako beste osagai batzuen aztarnak erantsiz (horrela lortzen dute moluskuek, diatomeoek edo koralek kaltzitazko zein kuartzozko maskorrak nahi den moduan ezartzea).

Fenomeno hori azaltzeko teoriarik onartuena da kristal-hazkundea geruza monomolekularrak eratuz gauzatzen dela, hasierako kristalito baten inguruan. Molekula berriak energia gehiago askatzen duen aurpegiari atxikitzen zaizkio. Desberdintasun energetikoak txikiak izaten dira, eta ezpurutasunen eraginez edo kristalizazio-baldintzak modifikatuz alda daitezke.

Bestalde, forma eta/edo tamaina jakin bateko kristalak lortu behar dira hainbat aplikazio emateko: egitura kimikoaren determinazioa X izpien difrakzioaren bidez, nanoteknologia, argi-iturriarekiko perpendikularki orientatutako zilar-gatzezko kristal lauez osatutako geruza bereziki sentikorren lorbidea edo botiken printzipio aktiboen prestakuntza.

Birkristalizazioa 
Kristalizazio-prozesua errepikatzen da jada prozesu hori burutu den disoluzio batean. Geratzen diren urek solutu disolbatua dute oraindik, berriro kristaliza daitekeena. Prozedura azkarragoa izateko, kristalizazio nukleo bat aplika daiteke.

            ⇒⇒⇒                        ⇒⇒⇒               

            ⇒⇒⇒                       ⇒⇒⇒             

            ⇒⇒⇒                       ⇒⇒⇒

Erreferentziak

Bibliografia 

 A. Mersmann, Crystallization Technology Handbook (2001) CRC; 2nd ed. ISBN 0-8247-0528-9
 Tine Arkenbout-de Vroome, Melt Crystallization Technology (1995) CRC ISBN 1-56676-181-6
 "Small Molecule Crystallization" (PDF) at Illinois Institute of Technology website
 Glynn P.D. and Reardon E.J. (1990) "Solid-solution aqueous-solution equilibria: thermodynamic theory and representation". Amer. J. Sci. 290, 164–201.
 Geankoplis, C.J. (2003) "Transport Processes and Separation Process Principles". 4th Ed. Prentice-Hall Inc.
 S.J. Jancic, P.A.M. Grootscholten: “Industrial Crystallization”, Textbook, Delft University Press and Reidel Publishing Company, Delft, The Netherlands, 1984.

Kanpo estekak 

  Cristalización rápida, experimento. Youtube

Prozesu kimikoak
Banaketa prozesuak
Laborategiko teknikak
Prozesu geologikoak