Шта је кристализација? Дефиниција процеса, температура, примјери процеса

Шта је кристализација, учи се у школи. Али, по правилу, концепт се разматра само у односу на једну науку - хемију. И овај процес има највећу важност за њега, иако то није разлог да се не обрати пажња на његово разматрање у другим индустријама. И сада је вредно поправити га. Али прво прво.

Дефиниција процеса

Шта је онда кристализација? То је процес у којем се кристали формирају од гасова, топљења, чаша и раствора. Сви знају шта су. Ако се изрази у научном језику, онда су кристали чврста тела са правилним распоредом атома (најмање честице хемијског елемента који носе његова својства). Они имају природни облик регуларних симетричних полиедара, што је због њихове унутрашње структуре.

На питање шта је кристализација може се одговорити на другачији начин. Тако се назива формирање ових крутина из кристала различите структуре. Ово се односи на полиморфне трансформације. Оне се објашњавају чињеницом да су исти атоми способни да формирају различите цристал латтицес.

Поред тога, кристализација се односи на процес преласка супстанце из течног у чврсто кристално стање.

Политхермиц процесс

Говорећи о томе шта је кристализација, треба напоменути да постоји неколико начина на који се она формира. Разликују се у техникама које се користе за постизање засићености отопине.

Први корак је говорити о политералној кристализацији, која се такође назива изохидрична. Може се десити само са константним садржајем воде у систему.

Принцип није толико сложен као што се чини. Презасићеним раствором настаје хлађење система. Процес се одвија само на варијабилној температури.

Политерални процес вођен расхладним засићеним растворима може се примијенити само на одређене твари. За оне чија се растворљивост побољшава са повећањем температуре.

Важно је напоменути да се понекад користи и метод политералног испаравања. Током овог процеса, супстанца се загрева и испарава. Након тога долази до вишеструке топлотне и масовне размене између парне фазе и течности.

Користи се још један полиетерни поступак када је у некој супстанци са различитим својствима растворљивости присутно више соли. Главни пример је истицање. калијум хлорид фром силвините.

Изотермни метод и сољење

И то би требало рећи. Процес изотермне кристализације карактерише испаравање воде из раствора на константној, непроменљивој температури. Овај метод се примењује на супстанце са садржајем соли, чија је растворљивост практично независна од топлоте.

Испаравање се може постићи довођењем течности до интензивног врења и одржавања у овом стању. То је "традиционална" метода. Још увек се може користити споро испаравање површине.

У неким случајевима, супстанце се убризгавају у течности које смањују њихову способност растварања. То се назива сољење. Такви "помоћници" су супстанце које садрже исти ион као ова со. Упечатљив пример: процес кристализације натријум хлорида из раствора са високом концентрацијом, у који се додаје магнезијум хлорид.

Треба напоменути да механизам сољења није увијек исти. Ако, да би се спровео овај процес, да се мешају два електролита, чија ће додатна количина бити са истим јоном, онда ће на крају бити могуће постићи такву концентрацију да производ растворљивости супстанце постане много већи. Шта то значи? Једноставним речима - појављује се вишак супстанце и он ће се издвојити у чврстој фази.

То се дешава на другачији начин. Да би се постигло сољење, неопходно је да се промени структура раствора заједно - да се промовише формирање хидратисаних шкољки око честица супстанце која се мора кристализовати. Како се то постиже? Кроз уништавање шкољки већ растворене супстанце.

Важно је научити: соли које формирају кристалне хидрате се сољу интензивније него оне које се формирају у безводном облику. Али неки "адитиви" само повећавају растворљивост. То доводи до солидификације.

Наношење супстанци реагенсима

Ово је најчешћи метод кристализације у хемији. То је најбржи и најједноставнији.

Ако се у процесу формира реакциони производ који је практично нерастворљив у води, онда се одмах исталожи из раствора. Шта још? Ако реакциони производ има карактеристичну растворљивост, тада се почетак кристализације јавља у тренутку када течност достигне захтевани ниво ситости. Процес се наставља све док га не уђе талог (реагенс).

Главни пример је добијање калцијум карбонат. То је нерастворљиво. Дакле, морате користити конверзију калцијум нитрата у алуминијум нитрат. Гледајући формулу, може се разумети како се приближно процес одвија: Ца (НО ₃ ) ₂ + (НХ ₄ ) ₂ ЦО3 = ЦаЦО ₃ + 2НХ ₄ НО ₃ .

У циљу добијања катализатора, долази до таложења метала као нерастворљивих супстанци. То укључује оксалате, хидроксиде, карбонате и друге соли. Оне се таложе јер се касније разлажу до оксида.

Замрзавање

Још један процес који треба обратити пажњу, говорећи шта је кристализација. Замрзавање је изолација у чврстом облику једне од компоненти гасне или течне смеше, што се постиже хлађењем смеше. Штавише, температура се постиже испод оне у којој обично почиње кристализација.

Основа овог процеса је ниска међусобна растворљивост компоненти које треба раздвојити. Пример: када су водени раствори замрзнути, раствор није део насталих кристала.

Ова метода је укључена у посебним случајевима. Замрзавање је ефикасно када је потребно одвојити смјесе, прочистити супстанце или концентрирати отопину.

Метода се активно користи у хемијској, микробиолошкој, фармаколошкој и прехрамбеној индустрији. Али у свакодневном животу постоје многи примјери овог процеса. Ради се о концентрацији смрзавања са ослобађањем леда. Намењен је очувању ароме, боје, као и љековитих и укусних својстава термолабилних производа. То су: биљни екстракти, сокови, пиво, вино, ензимски раствори. И такође лекови који су биолошки активни и лекови.

Често се кристализација супстанце замрзавањем прати, затим, сушењем замрзавањем. Овај метод се користи у производњи прашкастих производа намењених за растварање. Има много примера - сокови, чајеви, кафа, супе, млеко, павлака, пире кромпир, желе, сладолед ... сви знају ове прахове у кесицама или лименкама, ширећи их у води, можете добити готов производ.

Успут, још увек се замрзавање користи за чишћење канализација и десалинизација морских - да се очисти, без нечистоћа. Чак и ваздух, понекад, дели. На криогени начин, наравно. Замрзавањем уклања угљен диоксид и водену пару.

Специфична топлота кристализације

Укратко, вреди поменути пажњу и овај концепт. Познат је и као "специфична топлота топљења" и "енталпија". Имена су различита, али дефиниција је једна. То је количина топлоте која се мора дати једној јединици масе кристалне супстанце да би се из чврстог стања прешла у течност.

Означава се грчким словом λ. У хемији, формула за температуру кристализације је следећа: К: м = λ. Овде се подразумева да К означава количину топлоте коју производи супстанца током њеног топљења. А слово м означава његову масу.

Треба напоменути да је специфична топлота кристализације (топљења) увек позитивна. Једини изузетак је хелијум високог притиска. Занимљиво је да овај најједноставнији монатомски гас има најнижу тачку кључања међу свим тренутно познатим супстанцама. Овај хелијумски процес почиње да се одвија на -268,93 ° Ц.

Шта је са тачком топљења? Ево неколико примера наведених у кЈ у односу на један килограм супстанце: лед - 330, жива - 12, нафталин - 151, бели и сиви олово - 14 и 100.

Примери

Кристализација је веома темељно проучен процес у хемији, што је посебно занимљиво у пракси.

Као пример, размотрите процес формирања шећера. Суштина процеса је додељивање сахарозе која се налази у сирупу. Ово последње садржи и друге супстанце које се не уклањају у процесу чишћења сока и поново формирају током кондензације.

Када температура расте, почиње кристализација, ау њеном процесу формира се интеркристални раствор, који се назива массецуите. Сав вишак материје ће се нагомилати у њему. У ствари, они озбиљно ометају цео процес, јер присуство разних врста нечистоћа повећава вискозност раствора.

Још један светли пример кристализације у хемији повезан је са формирањем соли. Да би се то лично видјело, није ни неопходно проводити експерименте - овај процес постоји у природи. У хладној сезони, обала баца тоне соли на обалу. Она не нестаје. Зграбљена је у огромне гомиле, а онда, када дође врућина и суво, кристализациона вода испари из ње. Остао је само фини прах - сол коју конзумира индустрија.

Примјер соли је најједноставнији. Чак иу неким школама, деци се даје домаћи задатак као део лекције из хемије: растворити 1-2 кашике соли у веома малој количини воде и оставити посуду негде. За интензивнију кристализацију, температура се може повећати - нпр. Премјестити отопину на батерију. После неколико дана, вода ће испарити. Али кристали соли ће остати.

Метали

Они се такође кристализују. Штавише, сви чврсти метали које видимо и можемо да додирнемо су резултат овог процеса. Паралелне трансформације су од великог значаја, јер у великој мери одређују својства метала.

Кристализација као процес је веома занимљива у овом случају. Док је супстанца у течном стању - атоми у њој се стално крећу. Наравно, све ово време је одржавало одговарајућу високу температуру. Како се смањује, атоми се приближавају један другом, због чега се групишу у кристале. Тако настају “центри”. То јест, примарна група кристала. За њих, како се кретање преосталих атома успорава, спајају се секундарни.

У почетку, кристали расту несметано. А они који су се већ формирали, не губе исправност структуре. Али онда се кристали сударају са даљим покретима. Због њихове контакт форме је покварен. Међутим, унутар сваког кристала структура је још увијек исправна. Ове групе се, иначе, зову зрна. И нису увек формиране. Све зависи од услова кристализације, од температуре која је настала (стабилна или не), као и од природе самог метала.

О зрну

Изнад, много је речено о специфичној кристализацији, као ио различитим методама којима се тај процес изводи. У наставку теме метала, желео бих да говорим о злогласном зрну, чији су узроци описани у претходном параграфу.

Заправо, његов изглед је знак слабе кристализације. Гробни метал је крхак, готово не може да издржи заиста велики удар. У процесу ковања појављују се пукотине. Они се такође формирају у зони утицаја топлоте. Да би се смањила вјероватноћа њиховог формирања, у индустрији се користе различите мјере: оне модифицирају метал с титанијумским шавовима, на примјер. Они су у стању да спрече раст зрна.

За крупно зрнате метале постоје и други захтјеви за презентацију узорака. Њихова дебљина треба да буде најмање 1,5 цм, али само у овом случају могуће је упоредити резултате механичких и микромеханичких тестова.

Дакле, у производњи настоји се добити фино зрната метална структура. За то се стварају посебни услови - они под којима је могућа мала брзина раста кристала и максимални број злогласних центара, око којих се формирају њихове групе.

Колика је величина зрна зависи од броја честица нерастворљивих нечистоћа. Обично су то сулфиди, нитриди и оксиди - они играју улогу спремних центара за кристализацију.

Фино-зрната структура се може постићи модифицирањем - додавањем страних твари у метале. Подељени су у два типа:

• Супстанце које се не растварају у течном металу. Игра улогу додатних центара за кристализацију.
• Површински активни састојци. У металима се раствара. Након тога, они се таложе на површини растућих кристала и спречавају њихов раст.

Квалитет добијеног метала проучава се различитим методама. Проводити термалне, дилатометријске, магнетне анализе, структурне и физикалне студије. Само је један начин да сазнате информације о свим својствима метала немогућ.

Вода

Већ је речено о формирању соли и количини топлоте током кристализације и како се тај процес одвија у случају метала. Па, коначно можете говорити о води - најчудеснијем феномену на планети.

У природи постоје само три агрегатна стања - гасовита, чврста и течна. Вода се може налазити у било којој од њих, крећући се из једне у другу у природним условима.

Када је течна, њени молекули су лабаво повезани. Они су у сталном покрету, покушавајући да се групишу у једну структуру, али то није могуће због врућине. А када је вода изложена ниским температурама, молекули постају јачи. Они више не ометају топлоту, тако да добијају кристалну структуру шестерокутног облика. Свакако је сватко барем једном у свом животу видио њен живописан примјер. Пахуљица је прави шестерокут.

Вода, узимајући чврсту форму, може је задржати дуго времена - док се не почне топити.

Шта је са "топлотом" кристализације? Вода, као што сви знају из детињства, почиње да се смрзава на 0 ° Ц. Ако је Фахренхеит, онда ће та бројка бити 32 степена.

Али са овим ознакама процес тек почиње. Вода не кристализује увек на назначеним температурама. Чиста течност се чак може охладити на -40 ° Ц, и још се не смрзава. Зашто? Јер у чистој води нема нечистоћа које су основа за настанак кристалне структуре. То су обично растворене соли, честице прашине итд.

Још једна карактеристика воде: она се шири, замрзава. Док се друге супстанце компримирају током кристализације. Зашто? Јер када се вода креће из течности у чврсто стање, растојање између његових молекула се повећава.

Парадокс Мпемба

Треба напоменути пажњу, говорећи о кристализацији воде. Такав феномен, као што је парадокс Мпембе, интересантан је барем његовом формулацијом. Фраза звучи овако: "Врућа вода се смрзава брже него хладна." То интригира и загонетке. Како је то могуће? Уосталом, вода пре одласка у фазу кристализације мора проћи кроз "хладну" фазу - охладити се!

Контроверза први почетак термодинамике постоји. Али он је парадокс - нема логичног објашњења, али у пракси постоји. Иако се прво може расправљати. Постоје нека објашњења, а ево и неких од њих:

• Топла вода започиње процес испаравања. Међутим, на хладном ваздуху, он се претвара у лед и пада, формирајући ледену кору.
• Када топла вода испари из посуде, њен волумен се смањује. Што је течност мања, она се брже кристализује. Чаша кипуће воде кристализује брже од бочице воде на собној температури.
• Снег у замрзивачу. Посуда са кипућом водом га топи, успостављајући топлотни контакт са зидом коморе. Али испод контејнера са хладном водом снег се не топи.
• Врела вода се хлади од дна. И хладна вода - на врху, што нарушава конвекцију и топлотно зрачење. Ово се такође одражава у губитку топлоте.
• Удаљеност између молекула у врелој води је већа него на хладном. То се огледа у истезању водикових веза. Према томе, они похрањују више енергије. Она се, пак, ослобађа у процесу хлађења течности, а молекуле се спајају. Вјерује се да се тиме мијењају својства кипуће воде, те се стога брже смрзава.

Постоје неки занимљивији покушаји да се поткријепи парадокс Мпемба, али је недвосмислен разлог још увијек непознат. Можда ће једног дана научници спровести детаљно истраживање, чији ће резултат помоћи да се коначно схвати овај ефекат.