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

The kristalisasi adalah proses fisik di mana struktur secara alami atau buatan kristal padat, yaitu memerintahkan terbentuk dari medium cair atau gas. Ini berbeda dari presipitasi dalam kenyataan bahwa yang terakhir berkembang tanpa kontrol ketat dari parameter proses, dan juga dapat menghasilkan padatan amorf dan agar-agar.

Tujuan kristalisasi, seperti yang diindikasikan secara sederhana dan jelas oleh namanya, adalah untuk menghasilkan kristal. Ini tidak hanya ditandai dengan keteraturan, tetapi juga dengan menjadi padatan murni. Oleh karena itu, dalam sintesis senyawa padat, diusahakan untuk mendapatkan produk dengan kemurnian tinggi, kristal yang semurni mungkin.

Kristalisasi zat terlarut berwarna ungu hipotetis dalam larutan air. Sumber: Gabriel Bolívar.

Gambar di atas menunjukkan kristalisasi umum dan hipotetis dari zat terlarut ungu dalam larutan air.

Perhatikan bahwa bilah merah berfungsi sebagai termometer. Jika suhu tinggi, larutan mengandung zat terlarut yang tetap larut dalam kondisi ini. Namun, seiring suhu turun secara bertahap, kristal ungu pertama mulai muncul.

Saat suhu terus menurun, kristal akan membesar untuk membentuk segi enam ungu yang kuat. Perubahan warna larutan menunjukkan bahwa zat terlarut berubah dari larut menjadi dimasukkan ke dalam kristal yang tumbuh. Semakin lambat kristalisasi, semakin murni padatan kristal yang diperoleh.

Ada variabel lain yang harus dipertimbangkan selama proses ini: berapa banyak zat terlarut yang dilarutkan dalam pelarut yang ditentukan, pada suhu berapa larutan harus dipanaskan, berapa lama pendinginan harus bertahan, seberapa perlu menggunakan atau tidak agitasi sonik, antara lain. aspek.

Proses kristalisasi, lebih dari sekadar fenomena kompleks yang melibatkan dinamika molekuler dan termodinamika, adalah seni yang menuntut pembelajaran, uji coba, dan kesalahan terus-menerus, hingga disempurnakan di dalam laboratorium atau di industri.

Proses kristalisasi

Kristalisasi pada dasarnya terdiri dari dua proses: nukleasi dan pertumbuhan kristal.

Kedua tahap selalu berlangsung selama kristalisasi, tetapi ketika tahap pertama terjadi dengan cepat, tahap kedua hampir tidak punya waktu untuk berkembang. Sedangkan jika nukleasi lambat, kristal akan memiliki lebih banyak waktu untuk tumbuh, sehingga cenderung lebih besar. Yang terakhir adalah situasi yang diasumsikan pada gambar dengan segi enam ungu.

Nukleasi

Kristal awalnya dikatakan padat dengan struktur teratur. Dari larutan di mana zat terlarut terdispersi secara tidak teratur, partikel-partikelnya harus cukup dekat sehingga interaksinya, baik itu tipe ionik atau Van der Walls, memungkinkan penyelesaian kelompok pertama partikel terlarut: sebuah gugus.

Gugus ini dapat larut dan terbentuk kembali sebanyak yang diperlukan hingga stabil dan berbentuk kristal. Inti pertama kemudian dikatakan muncul. Jika inti muncul entah dari mana, yaitu dari media yang sangat homogen selama pendinginannya, itu akan menjadi nukleasi yang homogen.

Di sisi lain, jika inti tersebut terjadi berkat permukaan yang disediakan oleh partikel padat lain yang tidak larut, atau karena ketidaksempurnaan wadah, maka kita akan memiliki nukleasi yang heterogen. Yang terakhir adalah yang paling banyak digunakan dan dikenal, terutama ketika kristal kecil, yang diperoleh sebelumnya, dari spesies yang ingin kita kristalisasi ditambahkan ke larutan.

Kristal tidak akan pernah bisa terbentuk dari udara tipis tanpa nukleasi terlebih dahulu.

Pertumbuhan kristal

Masih banyak zat terlarut dalam larutan, tetapi konsentrasi zat terlarut di dalam inti atom lebih tinggi daripada di sekitarnya. Inti bertindak sebagai penopang agar lebih banyak partikel terlarut menempel dan "pas" di antara struktur mereka yang sedang tumbuh. Dengan cara ini, geometri mereka dipertahankan dan tumbuh secara bertahap.

Misalnya, inti pertama pada gambar adalah segi enam ungu; ini adalah geometri Anda. Saat partikel zat terlarut dimasukkan, nuklei tumbuh menjadi kristal heksagonal yang kuat, yang akan terus tumbuh lebih lanjut jika larutan direndam dalam penangas es.

Jenis kristalisasi

Apa yang telah dijelaskan sejauh ini terdiri dari kristalisasi dengan mendinginkan pelarut.

Kristalisasi penghilangan pelarut

Jenis kristalisasi lainnya didasarkan pada penghilangan pelarut dengan penguapan, yang tidak perlu menggunakan terlalu banyak volume; yaitu, cukup dengan hanya menjenuhkannya dengan zat terlarut dan memanaskannya hingga membuatnya jenuh dan kemudian sedikit lagi, kemudian membiarkannya diam, sehingga zat terlarut akhirnya mengkristal.

Kristalisasi penambahan pelarut

Demikian juga, kami memiliki kristalisasi yang disebabkan oleh penambahan pelarut ke campuran di mana zat terlarut tidak larut (antisolvent). Oleh karena itu, nukleasi akan lebih disukai karena terdapat daerah bergerak dan cair di mana partikel zat terlarut akan lebih pekat daripada di daerah yang sangat larut.

Kristalisasi dengan sonifikasi

Di sisi lain, terdapat kristalisasi melalui sonifikasi, di mana ultrasound menghasilkan dan memecah gelembung kecil yang kembali mendorong nukleasi, pada saat yang sama membantu mendistribusikan ukuran kristal secara lebih merata.

Dan terakhir, ada kristalisasi dari deposisi uap pada permukaan dingin; Artinya, fenomena kebalikan dari sublimasi padatan.

Metode pemisahan kristalisasi

Kristalisasi adalah teknik yang sangat diperlukan saat memperoleh padatan dan memurnikannya. Ini sangat berulang dalam sintesis senyawa organik, dan merupakan salah satu tahap terakhir untuk menjamin kemurnian dan kualitas produk.

Contoh pewarna

Misalkan, misalnya, kristal pewarna diperoleh dan telah disaring. Karena pewarna ini awalnya diperoleh dengan pengendapan dalam sintesis, padatannya menunjukkan tampilan amorf, karena memiliki banyak pengotor yang diserap dan terperangkap di antara kristal molekulernya.

Oleh karena itu, diputuskan untuk memanaskan pelarut yang zat pewarna agak larut, sehingga bila ditambahkan zat warna tersebut relatif mudah larut. Setelah larut setelah menambahkan sedikit pelarut lagi, larutan dipisahkan dari sumber panas dan dibiarkan diam. Saat suhu turun, nukleasi terjadi.

Dengan demikian, kristal zat warna akan terbentuk dan tampak lebih jelas (tidak harus berbentuk kristal pada mata). Tepat pada saat inilah wadah (biasanya labu Erlenmeyer atau gelas kimia) dibenamkan ke dalam penangas es. Dinginnya bak mandi ini akhirnya mendukung pertumbuhan kristal di atas nukleasi.

Kristal pewarna kemudian disaring secara vakum, dicuci dengan pelarut yang tidak larut, dan dibiarkan mengering dalam gelas arloji.

Suhu kristalisasi

Suhu di mana kristalisasi terjadi tergantung pada seberapa tidak larutnya zat terlarut dalam media pelarut. Demikian juga tergantung pada titik didih pelarut, karena bila zat terlarut belum larut pada temperatur didih, hal tersebut dikarenakan harus digunakan pelarut lain yang lebih tepat.

Misalnya, padatan yang dapat mengkristal dalam media berair akan terjadi saat air menurunkan suhunya (yaitu, dari 100 menjadi 50 ºC), atau saat menguap. Jika kristalisasi terjadi melalui penguapan, maka dikatakan terjadi pada suhu kamar.

Di sisi lain, kristalisasi logam atau beberapa padatan ionik terjadi pada suhu yang sangat tinggi, karena titik lelehnya sangat tinggi, dan cairan lelehnya berpijar, bahkan jika sudah cukup dingin untuk nukleasi partikelnya dan tumbuhkan kristal Anda.

Laju kristalisasi

Pada prinsipnya ada dua cara langsung untuk mengontrol laju kristalisasi zat padat: dengan derajat kejenuhan (atau kejenuhan), atau dengan perubahan suhu yang tiba-tiba.

Derajat kejenuhan

Derajat kejenuhan berarti seberapa banyak kelebihan zat terlarut yang dipaksa untuk larut dengan penerapan panas. Oleh karena itu, semakin jenuh larutannya, semakin cepat proses nukleasi, karena ada kemungkinan lebih besar inti terbentuk.

Meskipun kristalisasi dipercepat dengan cara ini, kristal yang diperoleh akan lebih kecil dibandingkan dengan yang diperoleh dengan derajat kejenuhan yang lebih rendah; yaitu, ketika pertumbuhannya disukai dan bukan nukleasi.

Perubahan suhu

Jika suhu diturunkan secara tajam, inti atom tidak akan memiliki waktu untuk tumbuh dan, tidak hanya itu, tetapi juga akan mempertahankan tingkat pengotor yang lebih tinggi. Hasilnya adalah meskipun kristalisasi terjadi lebih cepat daripada pendinginan lambat, kualitas, ukuran dan kemurnian kristal menjadi lebih rendah.

Kristalisasi cepat karena penurunan suhu secara tiba-tiba. Sumber: Gabriel Bolívar.

Gambar di atas berfungsi sebagai kontras yang pertama. Titik kuning melambangkan ketidakmurnian, yang karena pertumbuhan tiba-tiba inti terperangkap di dalamnya.

Kotoran ini menyulitkan untuk memasukkan lebih banyak segi enam ungu, menghasilkan banyak kristal kecil yang tidak murni pada akhirnya, bukan yang besar dan murni.

Aplikasi

Kristalisasi es krim adalah salah satu aspek terpenting selama produksi industri atau pengrajinnya. Sumber: Pixabay.

Kristalisasi, serta rekristalisasi, sangat penting untuk mendapatkan padatan murni berkualitas tinggi. Untuk industri farmasi, hal ini terutama berlaku karena produknya harus semurni mungkin, seperti bahan pengawet yang digunakan dalam industri makanan.

Selain itu, nanoteknologi sangat bergantung pada proses ini sehingga mereka dapat mensintesis nanopartikel atau kristal nano, daripada padatan kristal yang kuat.

Salah satu contoh keseharian di mana kristalisasi memiliki partisipasi yang besar adalah dalam produksi es krim. Jika Anda tidak berhati-hati dengan air, air mengkristal dalam fase terpisah (es) dari kandungan lipidnya, sehingga memengaruhi tekstur dan rasanya; Dengan kata lain, itu akan lebih seperti es krim serut atau es krim.

Oleh karena itu, ukuran kristal es harus sekecil mungkin, agar es krim halus sesuai selera dan sentuhan. Ketika kristal es ini agak besar, mereka dapat dideteksi dalam cahaya karena memberikan permukaan beku pada es krim.

Contoh kristalisasi

Terakhir, akan disebutkan beberapa contoh umum kristalisasi, baik alami maupun buatan:

Kepingan salju

Kepingan salju terbentuk melalui proses kristalisasi alami. Diketahui bahwa setiap kristal salju itu unik. Hal ini disebabkan kondisi yang terjadi selama fase kedua kristalisasi (pertumbuhan).

Bentuk geometris yang berbeda yang terdapat pada kristal salju disebabkan oleh kondisi yang harus mereka hadapi selama pertumbuhan kristal.

Garam

Garam adalah contoh kristalisasi yang paling umum. Ini dapat dibentuk secara alami (seperti garam laut) dan secara artifisial (seperti halnya garam meja).

Gula

Setelah garam, gula adalah salah satu kristal yang paling umum. Ini dibentuk melalui serangkaian proses industri yang kompleks di mana jus tebu diambil dan mengalami proses kristalisasi buatan.

berlian

Intan adalah batu permata yang terbentuk dari kristalisasi karbon murni. Ini adalah bahan terkeras yang dikenal di planet ini. Pembentukannya bisa alami, seperti halnya berlian yang ditemukan di endapan pertambangan, atau sintetis.

Rubi

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

Stalagmit

Stalagmit adalah struktur yang dapat ditemukan di gua, khususnya di tanah (tumbuh mengarah ke atas). Mereka tersusun dari senyawa kalsium dan terbentuk dari kristalisasi garam kalsium yang ditemukan di air yang jatuh dari langit-langit gua.

Stalaktit

Stalaktit, seperti stalagmit, terbuat dari kalsium dan ditemukan di gua. Mereka berbeda dari yang terakhir karena menggantung di langit-langit. Mereka dibentuk oleh kristalisasi garam kalsium yang ada di air yang menyusup ke dalam gua.

Kuarsa

Kuarsa adalah permata yang terbentuk dari kristalisasi anhidrida silikat. Ini adalah salah satu mineral paling melimpah di batuan dan warnanya bervariasi.

Peridot

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

Silikat

Silikat adalah bahan yang dibuat dari kristalisasi silika dan elemen lainnya (besi, aluminium, kalsium, magnesium). Mereka ada di semua bebatuan.

Permen

Permen dibuat dengan kristal gula, sehingga dapat dikatakan bahwa dua proses kristalisasi campur tangan: yang pertama untuk pembentukan gula dan yang kedua untuk pembentukan molase.

Es krim krim

Es krim krim mengandung serangkaian kristal yang memberikan tekstur halus akhir. Di antara kristal yang mengandung es krim krim, kristal lipid (terbentuk dari lemak) dan kristal es menonjol. Perlu diperhatikan bahwa beberapa es krim juga mengandung kristal laktosa.

Dalam pengertian ini, es krim diperoleh melalui berbagai proses kristalisasi buatan (satu untuk lipid, satu untuk es dan satu lagi untuk laktosa).

Lainnya

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

-Pembentukan kristal gula dari madu disimpan di dasar toples mereka

-Pertumbuhan batu ginjal, yang terdiri dari inti kristal kalsium oksalat

-Kristalisasi mineral, termasuk permata dan berlian, selama bertahun-tahun, yang bentuk dan tepinya merupakan cerminan dari struktur internalnya yang teratur

-Deposisi uap logam panas pada batang dingin sebagai penunjang pertumbuhan kristalnya.

Referensi

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