PENGHABLURAN: PROSES, JENIS, CONTOH, PEMISAHAN - KIMIA - 2025

The penghabluran adalah satu proses fizikal di mana secara semula jadi atau buatan yang kukuh kristal, iaitu lebih awal struktur terbentuk daripada medium cecair atau gas. Ini berbeza dengan pengendapan pada hakikat bahawa yang terakhir berkembang tanpa kawalan ketat proses parameter, dan juga bahawa ia dapat menghasilkan pepejal amorf dan gelatin.

Objektif penghabluran, seperti namanya secara sederhana dan jelas, adalah untuk menghasilkan kristal. Ini bukan hanya dicirikan dengan tertib, tetapi juga menjadi pepejal tulen. Oleh itu, dalam sintesis sebatian pepejal diusahakan untuk mendapatkan produk dengan ketulenan tinggi, kristal yang semurni mungkin.

Penghabluran zat terlarut berwarna ungu hipotesis dalam larutan berair. Sumber: Gabriel Bolívar.

Gambar di atas menunjukkan penghabluran umum dan hipotetis zat terlarut ungu dalam larutan berair.

Perhatikan bahawa bar merah bertindak sebagai termometer. Apabila suhu tinggi, larutan mengandungi zat terlarut terlarut, yang tetap larut dalam keadaan ini. Namun, ketika suhu secara beransur-ansur turun, kristal ungu pertama mula muncul.

Oleh kerana suhu terus menurun, kristal akan bertambah besar untuk membentuk heksagon ungu yang kuat. Perubahan warna larutan ini menunjukkan bahawa zat terlarut itu dilarutkan hingga dimasukkan ke dalam kristal yang sedang tumbuh. Semakin lambat penghabluran, semakin bersih pepejal kristal yang diperoleh.

Terdapat pemboleh ubah lain yang perlu dipertimbangkan semasa proses ini: seberapa banyak zat terlarut dilarutkan dalam pelarut yang diberikan, pada suhu berapa larutan mesti dipanaskan, berapa lama penyejukan mesti bertahan, seberapa pentingnya untuk mengambil jalan keluar atau tidak dengan pergolakan sonik, antara lain. aspek.

Proses penghabluran, lebih daripada fenomena kompleks yang melibatkan dinamika molekul dan termodinamik, adalah seni yang menuntut pembelajaran, percubaan dan kesalahan berterusan, sehingga disempurnakan di dalam makmal atau di industri.

Proses penghabluran

Penghabluran pada dasarnya terdiri daripada dua proses: nukleasi dan pertumbuhan kristal.

Kedua-dua peringkat selalu berlaku semasa penghabluran, tetapi apabila yang pertama berlaku dengan cepat, yang kedua hampir tidak mempunyai masa untuk berkembang. Sementara itu, jika nukleasi lambat, kristal akan mempunyai lebih banyak masa untuk tumbuh, dan oleh itu, mereka cenderung lebih besar. Yang terakhir adalah keadaan yang diandaikan dalam gambar dengan segi enam ungu.

Nukleasi

Kristal pada asalnya dikatakan pepejal dengan struktur teratur. Dari larutan di mana zat terlarut tersebar dalam keadaan tidak teratur, zarah-zarahnya mesti cukup dekat sehingga interaksinya, sama ada jenis ionik atau Van der Walls, memungkinkan penyelesaian kumpulan pertama zarah zat terlarut: gugus.

Kluster ini dapat larut dan terbentuk semula seberapa banyak yang diperlukan sehingga stabil dan berkristal. Nukleus pertama kemudian dikatakan telah muncul. Sekiranya nukleus muncul entah dari mana, iaitu dari homogenitas medium semasa penyejukannya, ia akan menjadi inti nukleus homogen.

Sebaliknya, jika nukleus tersebut berlaku berkat permukaan yang disediakan oleh zarah pepejal tidak larut yang lain, atau ketidaksempurnaan wadah, maka kita akan mempunyai nukleasi yang heterogen. Yang terakhir adalah yang paling banyak digunakan dan diketahui, terutama apabila kristal kecil, yang sebelumnya diperoleh, dari spesies yang ingin kita kristalisasi ditambahkan ke dalam larutan.

Kristal tidak boleh terbentuk dari udara nipis tanpa nukleasi terlebih dahulu.

Pertumbuhan kristal

Masih banyak zat terlarut terlarut dalam larutan, tetapi kepekatan zat terlarut di inti ini lebih tinggi daripada di sekitarnya. Nukleus bertindak sebagai penyokong agar zarah-zarah terlarut lebih banyak tersusun dan "sesuai" di antara strukturnya yang tumbuh. Dengan cara ini, geometri mereka dikekalkan dan berkembang secara beransur-ansur.

Contohnya, inti pertama dalam gambar adalah segi enam ungu; ini adalah geometri anda. Oleh kerana zarah zat terlarut digabungkan, nukleus tumbuh menjadi kristal heksagon yang kuat, yang akan terus tumbuh lebih jauh jika larutan itu direndam dalam mandi es.

Jenis penghabluran

Apa yang telah dijelaskan setakat ini terdiri daripada penghabluran dengan menyejukkan pelarut.

Penghabluran penyingkiran pelarut

Jenis penghabluran lain didasarkan pada penyingkiran pelarut dengan penyejatan, yang mana tidak perlu menggunakan jumlah yang banyak; iaitu, cukup untuk jenuh dengan zat terlarut dan panaskan hingga menjadi lebih tinggi dan kemudian sedikit lagi, kemudian diamkan, sehingga zat terlarut akhirnya berkristal.

Penghabluran penambahan pelarut

Begitu juga, kita mempunyai penghabluran yang disebabkan oleh penambahan pelarut pada campuran di mana zat terlarut tidak larut (antisolvent). Oleh itu, nukleasi akan disukai kerana terdapat kawasan bergerak dan cair di mana zarah zat terlarut akan lebih pekat daripada di tempat di mana ia sangat larut.

Penghabluran dengan sonifikasi

Sebaliknya, terdapat kristalisasi dengan sonifikasi, di mana ultrasound menghasilkan dan memecahkan gelembung kecil yang sekali lagi mendorong penumpukan, pada masa yang sama ia membantu mengagihkan saiz kristal dengan lebih sekata.

Dan akhirnya, terdapat penghabluran dari pemendapan wap pada permukaan sejuk; iaitu fenomena terbalik kepada pemejalan pepejal.

Kaedah pemisahan penghabluran

Penghabluran adalah teknik yang sangat diperlukan semasa mendapatkan pepejal dan membersihkannya. Ini sangat berulang dalam sintesis sebatian organik, dan merupakan salah satu peringkat terakhir untuk menjamin kesucian dan kualiti produk.

Contoh pewarna

Anggaplah, misalnya, bahawa kristal pewarna telah diperolehi dan ia telah disaring. Oleh kerana pewarna ini pada mulanya diperolehi oleh pemendakan dalam sintesis, padatannya menunjukkan rupa amorf, kerana ia mempunyai banyak kekotoran yang diserap dan terperangkap di antara kristal molekulnya.

Oleh itu, diputuskan untuk memanaskan pelarut di mana pewarna sedikit larut, sehingga apabila ditambahkan ia larut dengan mudah. Setelah larut setelah menambahkan sedikit pelarut, larutan dipisahkan dari sumber haba dan dibiarkan berehat. Apabila suhu turun, nukleasi berlaku.

Oleh itu, kristal pewarna akan terbentuk dan kelihatan lebih jelas (tidak semestinya kristal ke mata). Pada saat inilah wadah (biasanya termos Erlenmeyer atau bikar) direndam dalam mandian ais. Sejuk mandi ini akhirnya mendorong pertumbuhan kristal di atas inti.

Kristal pewarna kemudian disaring secara vakum, dicuci dengan pelarut di mana ia tidak larut, dan dibiarkan kering dalam gelas jam tangan.

Suhu penghabluran

Suhu di mana penghabluran berlaku bergantung pada seberapa larut zat terlarut dalam medium pelarut. Begitu juga, ia bergantung pada titik didih pelarut, kerana jika zat terlarut belum larut pada suhu didih, itu kerana pelarut lain yang lebih sesuai mesti digunakan.

Sebagai contoh, pepejal yang boleh mengkristal dalam media berair akan berlaku apabila air menurunkan suhunya (iaitu, dari 100 hingga 50 ºC), atau semasa menguap. Sekiranya penghabluran berlaku dengan penyejatan, maka dikatakan berlaku pada suhu bilik.

Sebaliknya, penghabluran logam atau sebilangan pepejal ionik berlaku pada suhu yang sangat tinggi, kerana titik leburnya sangat tinggi, dan cairan lebur adalah pijar, walaupun ketika ia cukup disejukkan untuk menetralkan zarah-zarahnya dan kembangkan kristal anda.

Kadar penghabluran

Pada prinsipnya terdapat dua cara langsung untuk mengawal kadar penghabluran suatu pepejal: mengikut tahap kepenuhan (atau supersaturasi), atau oleh perubahan suhu secara tiba-tiba.

Tahap supersaturasi

Tahap supersaturasi bermaksud berapa banyak zat terlarut yang dipaksa untuk larut dengan penggunaan haba. Oleh itu, semakin larutan lebih jenuh, semakin cepat proses nukleasi, kerana kemungkinan besar inti akan terbentuk.

Walaupun penghabluran dipercepat dengan cara ini, kristal yang diperoleh akan lebih kecil dibandingkan dengan kristal yang diperoleh dengan tahap kepenuhan yang lebih rendah; iaitu apabila pertumbuhan mereka disukai dan bukan inti.

Suhu berubah

Sekiranya suhu diturunkan dengan mendadak, nukleus hampir tidak mempunyai masa untuk tumbuh dan, bukan hanya itu, tetapi mereka juga akan mengekalkan tahap kekotoran yang lebih tinggi. Hasilnya adalah bahawa walaupun penghabluran berlaku lebih cepat daripada penyejukan perlahan, kualiti, ukuran dan kesucian kristal akhirnya menjadi lebih rendah.

Penghabluran cepat disebabkan penurunan suhu secara tiba-tiba. Sumber: Gabriel Bolívar.

Gambar di atas berfungsi untuk membezakan yang pertama. Titik-titik kuning mewakili kekotoran, yang disebabkan oleh pertumbuhan inti yang tiba-tiba terperangkap di dalamnya.

Kekotoran ini menjadikannya sukar untuk memasukkan lebih banyak heksagon ungu, yang menghasilkan banyak kristal kecil dan tidak murni pada akhirnya, daripada yang besar dan murni.

Permohonan

Penghabluran ais krim adalah salah satu aspek terpenting semasa pengeluaran perindustrian atau pengrajinnya. Sumber: Pixabay.

Penghabluran, dan juga penghabluran semula, sangat penting untuk mendapatkan pepejal berkualiti tinggi. Bagi industri farmaseutikal, hal ini benar kerana produknya mestilah sejernih mungkin, sama seperti pengawet yang digunakan dalam industri makanan.

Selanjutnya, nanoteknologi sangat bergantung pada proses ini sehingga mereka dapat mensintesis nanopartikel atau nanokristal, bukan pepejal kristal yang kuat.

Salah satu contoh sehari-hari di mana penghabluran mempunyai penyertaan yang besar adalah dalam pembuatan ais krim. Sekiranya anda tidak berhati-hati dengan air, ia akan mengkristal dalam fasa yang terpisah (ais) dari kandungan lipidnya, sehingga mempengaruhi tekstur dan rasanya; Dengan kata lain, ia lebih seperti ais krim atau ais krim yang dicukur.

Oleh itu, kristal ais harus sekecil mungkin, supaya ais krim itu sesuai dengan rasa dan sentuhan. Apabila kristal ais ini agak besar, ia dapat dikesan dalam cahaya kerana mereka memberikan ais krim permukaan beku.

Contoh penghabluran

Akhirnya, penyebutan akan dibuat mengenai beberapa contoh penghabluran umum, baik secara semula jadi dan buatan:

Kepingan salji

Kepingan salji terbentuk melalui proses penghabluran semula jadi. Telah diketahui bahawa setiap kristal salji adalah unik. Ini disebabkan oleh keadaan yang berlaku semasa fasa kedua penghabluran (pertumbuhan).

Bentuk geometri yang berbeza yang terdapat pada kristal salji adalah disebabkan oleh keadaan yang mesti mereka hadapi semasa pertumbuhan kristal.

Garam

Garam adalah contoh penghabluran yang paling biasa. Ini boleh dibentuk secara semula jadi (seperti garam laut) dan buatan (seperti halnya dengan garam meja).

Gula

Selepas garam, gula adalah salah satu kristal yang paling biasa. Ia dibentuk melalui serangkaian proses industri yang kompleks di mana jus tebu diambil dan menjalani proses penghabluran buatan.

Berlian

Berlian adalah batu permata yang terbentuk dari penghabluran karbon tulen. Ini adalah bahan paling sukar yang diketahui di planet ini. Pembentukannya dapat semula jadi, seperti halnya berlian yang terdapat di simpanan perlombongan, atau sintetik.

Ruby

Ruby adalah kristal kemerahan yang terbentuk dari penghabluran aluminium oksida (coridon).

Stalagmit

Stalagmit adalah struktur yang dapat dijumpai di gua, khususnya di tanah (tumbuh menunjuk ke atas). Mereka terdiri daripada sebatian kalsium dan terbentuk dari penghabluran garam kalsium yang terdapat di dalam air yang jatuh dari siling gua.

Stalaktit

Stalaktit, seperti stalagmit, terbuat dari kalsium dan terdapat di dalam gua. Mereka berbeza dengan yang terakhir kerana mereka tergantung dari siling. Mereka terbentuk oleh penghabluran garam kalsium yang terdapat di dalam air yang menyusup ke dalam gua.

Kuarza

Kuarza adalah permata yang terbentuk daripada penghabluran silikat anhidrida. Ini adalah salah satu mineral yang paling banyak terdapat di batu dan warnanya berubah-ubah.

Peridot

Juga disebut olivine, batu permata ini terbentuk berkat penghabluran besi dan magnesium. Warnanya kehijauan dan biasanya berbentuk berlian.

Silikat

Silikat adalah bahan yang dihasilkan oleh penghabluran silika dan unsur-unsur lain (besi, aluminium, kalsium, magnesium). Mereka terdapat di semua batu.

Gula-gula

Gula-gula dibuat dengan kristal gula, sehingga dapat dikatakan bahawa dua proses penghabluran campur tangan: yang pertama untuk pembentukan gula dan yang kedua untuk pembentukan molase.

Aiskrim berkrim

Aiskrim berkrim mengandungi rangkaian kristal yang memberikan tekstur halus terakhir. Di antara kristal yang mengandungi ais krim, kristal lipid (terbentuk dari lemak) dan kristal ais menonjol. Perlu diingatkan bahawa sebilangan ais krim juga mengandungi kristal laktosa.

Dalam pengertian ini, ais krim diperoleh melalui pelbagai proses penghabluran buatan (satu untuk lipid, satu untuk ais dan satu untuk laktosa).

Yang lain

-Penyediaan kristal gula di sekitar benang atau tali dan larutan manis jenuh

-Pembentukan kristal gula dari madu yang disimpan di bahagian bawah balang mereka

-Pertumbuhan batu ginjal, yang terdiri daripada pati kristal kalsium oksalat

-Kristalisasi mineral, termasuk permata dan berlian, selama bertahun-tahun, yang bentuk dan tepinya adalah cerminan struktur dalaman mereka yang teratur

-Pendapan wap logam panas pada bar sejuk sebagai penyokong pertumbuhan kristal mereka.

Rujukan

1. Day, R., & Underwood, A. (1989). Kimia Analitik Kuantitatif. (edisi kelima.) Dewan Prentice PEARSON.
2. Wikipedia. (2019). Penghabluran. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (23 Mei 2019). Definisi Penghabluran. Dipulihkan dari: thinkco.com
4. Universiti Colorado. (sf). Penghabluran. Kimia organik. Dipulihkan dari: orgchemboulder.com
5. Syrris. (2019). Apa itu penghabluran? Dipulihkan dari: syrris.com