La Cristalizacion

Conceptos Básicos de cristalización.

La cristalización consiste en la formación de sustancias sólidas cristalinas a partir de sus disoluciones en un disolvente adecuado. Gran parte de los sólidos se presentan en estado cristalino, con una estructura geométrica regular y ordenada. El tamaño y perfección de los cristales depende de las condiciones en que éstos se han formado. Es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal.

La cristalización se emplea con bastante frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida. La cristalización es un método eficaz y accesible de purificación de sustancias sólidas. Si se efectúa varias veces la disolución y posterior cristalización de una sustancia, ésta será cada vez más pura.

El conocimiento de los cristales se inició a través del estudio de su composición mineralógica y de su estructura cristalográfica. Así, las bases científicas de la cristalografía fueron establecidas por Bravais en el siglo XIX. Sin embargo, el proceso de formación del cristal se ignoró durante mucho más tiempo y, aunque los primeros conocimientos sobre el tema datan del siglo XIX, cuando científicos como Löwitz, Marc, Ostwald, Gibas y otros realizaron trabajos pioneros, el auténtico desarrollo del conocimiento sobre esta materia no tuvo lugar hasta mediados del siglo XX, publicándose en la actualidad aproximadamente unos 2.000 trabajos anuales que tratan sobre diferentes aspectos de la cristalización (Grases y col., 2000).

La cristalización se puede dividir en muchos subgrupos, sin embargo, todos ellos están gobernados por los mismos principios y procesos: nucleación, crecimiento y otros cambios secundarios. Los procesos individuales, prestando especial atención a la cristalización desde soluciones, que además de tratarse del tipo de cristalización más ampliamente difundida, permitirá situar los conceptos nombrados a lo largo de la discusión de los resultados obtenidos.

Fuerza impulsora de la cristalización: la sobresaturación.

La cristalización es un proceso en el que se realiza un cambio de fase, pasando el sistema de un estado de desequilibrio al estado de equilibrio. En este proceso, el sistema aumenta el orden ya que pasa de un sistema relativamente desordenado, la disolución, a un sistema mucho más ordenado, el cristal.

De acuerdo a las leyes de la termodinámica, para que el proceso sea espontáneo, debe producirse un descenso de energía para que se compense el incremento de orden de acuerdo al 2º principio de la termodinámica. Así, esta acción debe ir acompañada de un descenso de la función termodinámica de estado, que a temperatura y presión constantes es la energía de Gibbs.

G = H − TS

donde G es la energía libre de Gibbs, H la entalpía, T la temperatura y S la entropía.

La variación de la energía libre de Gibbs depende de la dimensión del sistema que cristaliza, con el fin de eliminar dicha restricción, se introduce una nueva magnitud relacionada con DG. Esta magnitud es la variación del potencial químico Dμ, la cual a su vez, es una función de la sobresaturación (Grases y col., 2000).

Así, cuanto mayor sea la disminución de la energía de Gibbs, mayor será también la fuerza impulsora de la cristalización.

El potencial químico, μ, se define en términos del potencial estándar, μ0, y de la actividad, a, a través de la ecuación:

μ = μ + R.T.lna

donde R es la constante de los gases y T es la temperatura (Mullin, 1993):

Como la fuerza impulsora de la cristalización es la variación del potencial químico Δμ=μ1-μ2, dicha fuerza impulsora puede ser expresada como:

∆μ/RT=ln⁡〖(a/a^* )=ln⁡S 〗

donde a* es la actividad de la disolución sobresaturada y S la sobresaturación.

Nucleación

La cristalización a partir de disoluciones se desarrolla en de dos etapas. La primera de ellas es la separación de fases, o «nacimiento» de nuevos cristales. La segunda etapa es el crecimiento de dichos cristales. Estos dos procesos se conocen como nucleación

...