INSTITUTO TECNOLOGICO DE CAMPECHE Asignatura: PROCESOS DE SEPARACIN II TEMA: Cristalizacin Alumnos: Senz Lpez Jess David De Lima Murgua Rodrigo

MK6 29 de Marzo de 2014

Cristalizacin La cristalizacin es una operacin de transferencia de materia en la que se produce la formacin de un slido (cristal o precipitado) a partir de una fase homognea (soluto en disolucin o en un fundido). Destaca sobre otros procesos de separacin por su potencial para combinar purificacin y produccin de partculas en un solo proceso. Comparado con otras operaciones de separacin la cristalizacin en disolucin presenta varias VENTAJAS: El factor de separacin es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes ocasiones se puede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una nica etapa de cristalizacin, separacin y lavado. Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto slido constituido por partculas discretas de tamao y forma adecuados para ser directamente empaquetado y vendido (el mercado actual reclama productos con propiedades especficas). Precisa menos energa para la separacin que la destilacin u otros mtodos empleados habitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas. Sus principales DESVENTAJAS son: En general, ni se puede purificar ms de un componente ni recuperar todo el soluto en una nica etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres. La operacin implica el manejo de slidos, con los inconvenientes tecnolgicos que esto conlleva. En la prctica supone una secuencia de procesado de slidos, que incluye equipos de cristalizacin junto con otros de separacin slido-lquido y de secado (ver esquema general).

La cristalizacin es un proceso por el cual a partir de un gas, un lquido o una

disolucin los iones, tomos o molculas establecen enlaces hasta formar

una red cristalina, la unidad bsica de un cristal. La cristalizacin se emplea

con bastante frecuencia en Qumica para purificar una sustancia slida.

Mtodo de separacin de sistemas materiales homogneos

Permite separar sustancias que forman un sistema material homogneo por

ejemplo: el agua potable es una solucin formada por agua y sales disueltas

en ella. Los tres mtodos ms conocidos son: Evaporacin o capitalizacin,

cromatografa y destilacin. La operacin de cristalizacin es el proceso por

medio del cual se separa un componente de una solucin lquida

transfirindolo a la fase slida en forma de cristales que precipitan. Es una

operacin necesaria para todo producto qumico que se presenta

comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azcar o sacarosa, la

sal comn o cloruro de sodio.

Enfriamiento de una disolucin concentrada

Si se prepara una disolucin concentrada a altas temperatura y se enfra, se

forma una disolucin sobre saturada, que es aquella que tiene,

momentneamente, ms soluto disuelto que el admisible por la disolucin a

esa temperatura en condiciones de equilibrio. Posteriormente, se puede

conseguir que la disolucin cristalice mediante un enfriamiento controlado.

Esencialmente cristaliza el compuesto principal, y las que se enriquecen con

las impurezas presentes en la mezcla inicial al no alcanzar su lmite de

solubilidad. Para que se pueda emplear este mtodo de purificacin debe

haber una variacin importante de la solubilidad con la temperatura, lo que

no siempre es el caso. La sal marina (NaCl), por ejemplo, tiene este efecto.

Cambio de disolvente

Preparando una disolucin concentrada de un sustancia en un buen

disolvente y aadiendo un disolvente peor que es miscible con el primero, el

principal del slido disuelto empieza a precipitar, y las aguas madres se

enriquecen relativamente en las impurezas. Por ejemplo, puede separarse

cido benzoico de una disolucin de ste en acetona agregando agua.

Evaporacin del disolvente

De manera anloga, evaporando el disolvente de una disolucin se puede

conseguir que empiecen a cristalizar los slidos que estaban disueltos cuando

se alcanzan los lmites de sus solubilidades. Este mtodo ha sido utilizado

durante milenios en la fabricacin de sal a partir de salmuera o agua marina,

etc.

Sublimacin

En algunos compuestos la presin de vapor de un slido puede llegar a ser lo

bastante elevada como para evaporar cantidades notables de este

compuesto sin alcanzar su punto de fusin (sublimacin). Los vapores

formados condensan en zonas ms fras ofrecidas por ejemplo en forma de

un "dedo fro", pasando habitualmente directamente del estado gaseoso al

slido, (sublimacin regresiva) separndose, de esta manera, de las posibles

impurezas. Siguiendo este procedimiento se pueden obtener slidos puros

de sustancias que subliman con facilidad como la cafena, el azufre

elemental, el cido saliclico, el yodo, etc.

Enfriamiento selectivo de un slido fundido

Para purificar un slido cristalino ste puede fundirse. Del lquido obtenido

cristaliza, en primer lugar, el slido puro, enriquecindose, la fase lquida, de

las impurezas presentes en el slido original. Por ejemplo, este es el mtodo

que se utiliza en la obtencin de silicio ultra puro para la fabricacin de

sustratos u obleas en la industria de los semiconductores. Al material slido

(silicio sin purificar que se obtiene previamente en un horno elctrico de

induccin) se le da forma cilndrica.

Luego se lleva a cabo una fusin por zonas sobre el cilindro. Se comienza

fundiendo una franja o seccin del cilindro por un extremo y se desplaza

dicha zona a lo largo de este hasta llegar al otro extremo. Como las

impurezas son solubles en elfundido se van separando del slido y

arrastrndose hacia el otro extremo. Este proceso de fusin zonal puede

hacerse varias veces para asegurarse que el grado de pureza sea el deseado.

Finalmente se corta el extremo en el que se han acumulado las impurezas y

se separa del resto. La ventaja de este proceso es que controlando

adecuadamente la temperatura y la velocidad a la que la franja de fundido se

desplaza por la pieza cilndrica, se puede obtener un material que es un

mono cristal de silicio que presenta las caras de la red cristalina orientadas en

la manera deseada.

Crecimiento cristalino

Para obtener cristales grandes de productos poco solubles se han

desarrollado otras tcnicas. Por ejemplo, se puede hacer difundir dos

compuestos de partida en una matriz gelatinosa. As el compuesto se forma

lentamente dando lugar a cristales mayores. Sin embargo, por lo general,

cuanto ms lento es el proceso de cristalizacin tanto mejor suele ser el

resultado con respecto a la limpieza de los productos de partida y tanto

mayor suelen ser los cristales formados. La forma y el tamao de los cristales

pueden ser influenciados a aparte por condicionantes como el disolvente o la

concentracin de los compuestos, aadiendo trazas de otros componentes

como protenas (esta es la manera con que los moluscos, las diatomeas, los

corales, etc., consiguen depositar sus conchas o esqueletos de calcita o

cuarzo en la forma deseada.)

La teora ms aceptada para este fenmeno es que el crecimiento cristalino

se realiza formando capas monomoleculares alrededor de germen de

cristalizacin o de un cristalito inicial. Nuevas molculas se adhieren

preferentemente en la cara donde su adhesin libera ms energa. Las

diferencias energticas suelen ser pequeas y pueden ser modificadas por la

presencia de dichas impurezas o cambiando las condiciones de cristalizacin.

En multitud de aplicaciones se puede necesitar la obtencin de cristales con

una determinada forma y/o tamao como: la determinacin de la estructura

qumica mediante difraccin de rayos X, la nanotecnologa, la obtencin de

pelculas sensibles constituidas por cristales de sales de plata planos

orientados perpendicularmente a la luz de incidencia, la preparacin de los

principios activos de los frmacos, etc.

Recristalizacin

Se repite el proceso de cristalizacin en una disolucin que ya se haba hecho

dicho proceso. Las aguas que quedan an contienen soluto disuelto que

puede cristalizarse. Para un proceso de cristalizacin ms rpido, aplicar un

ncleo de cristalizacin.