क्रिस्टलीकरण: प्रक्रिया, प्रकार, उदाहरण, अलगाव - रसायन विज्ञान - 2025

क्रिस्टलीकरण एक शारीरिक प्रक्रिया है जिसमें प्राकृतिक रूप से या कृत्रिम रूप से एक क्रिस्टलीय ठोस, यानी आदेश दिया संरचना एक तरल या गैसीय मध्यम से बना है। यह इस तथ्य से वर्षा में भिन्न होता है कि बाद में प्रक्रिया मापदंडों के कठोर नियंत्रण के बिना विकसित होती है, और यह भी कि यह अनाकार और जिलेटिनस ठोस का उत्पादन कर सकता है।

क्रिस्टलीकरण का उद्देश्य, जैसा कि इसका नाम बस और स्पष्ट रूप से इंगित करता है, क्रिस्टल उत्पन्न करना है। ये न केवल सुव्यवस्थित होने से, बल्कि शुद्ध ठोस होने के कारण भी हैं। इसलिए, ठोस यौगिकों के संश्लेषण में, उच्च शुद्धता, क्रिस्टल के उत्पादों को प्राप्त करने की मांग की जाती है जो यथासंभव शुद्ध होते हैं।

जलीय घोल में एक काल्पनिक बैंगनी रंग का घोल का क्रिस्टलीकरण। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

ऊपर की छवि जलीय घोल में एक बैंगनी विलेय के सामान्यीकृत और काल्पनिक क्रिस्टलीकरण को दिखाती है।

ध्यान दें कि लाल पट्टी थर्मामीटर के रूप में कार्य करती है। जब तापमान अधिक होता है, तो घोल में विलेय विलेय होता है, जो इन परिस्थितियों में घुलनशील रहता है। हालांकि, जैसा कि तापमान धीरे-धीरे गिरता है, पहले बैंगनी क्रिस्टल दिखाई देने लगते हैं।

जैसे-जैसे तापमान में गिरावट जारी है, क्रिस्टल मजबूत बैंगनी हेक्सागोन्स बनाने के लिए आकार में बढ़ेंगे। समाधान के रंग में परिवर्तन यह संकेत देता है कि विलेय को बढ़ते हुए क्रिस्टल में शामिल होने से भंग कर दिया गया था। क्रिस्टलीकरण धीमा, शुद्ध क्रिस्टलीय ठोस प्राप्त किया।

इस प्रक्रिया के दौरान ध्यान में रखने के लिए अन्य चर हैं: निर्धारित विलायक में कितना विलेय घुल जाता है, किस तापमान पर घोल को गर्म किया जाना चाहिए, शीतलन कितने समय तक रहना चाहिए, दूसरों के बीच ध्वनि-विद्या का सहारा लेना या न करना कितना आवश्यक है। पहलुओं।

क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया, एक जटिल घटना से अधिक जिसमें आणविक गतिशीलता और ऊष्मागतिकी शामिल होती है, एक कला है जो प्रयोगशाला या उद्योग में पूर्ण होने तक निरंतर सीखने, परीक्षण और त्रुटियों की मांग करती है।

क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया

क्रिस्टलीकरण में अनिवार्य रूप से दो प्रक्रियाएँ होती हैं: न्यूक्लिएशन और क्रिस्टल की वृद्धि।

दोनों चरण हमेशा क्रिस्टलीकरण के दौरान होते हैं, लेकिन जब पहला तेजी से होता है, तो दूसरा शायद ही विकसित होने का समय होगा। इस बीच, अगर न्यूक्लियेशन धीमा है, तो क्रिस्टल को बढ़ने में अधिक समय लगेगा, और इसलिए, वे बड़े होते जाएंगे। बाद की स्थिति छवि में बैंगनी हेक्सागोन्स के साथ ग्रहण की गई स्थिति है।

केंद्रक

क्रिस्टल को मूल रूप से आदेशित संरचनाओं के साथ ठोस कहा गया था। समाधान से जहां विलेय को अव्यवस्था में फैलाया जाता है, उसके कणों को पर्याप्त रूप से पास आना चाहिए ताकि उनके इंटरैक्शन, चाहे आयनिक या वैन डेर वाल्स प्रकार हों, विलेय कणों के पहले समूह के निपटान की अनुमति दें: एक क्लस्टर।

यह क्लस्टर स्थिर और क्रिस्टलीय होने तक कई बार आवश्यक रूप से भंग कर सकता है और फिर से बना सकता है। कहा जाता है कि पहले नाभिक दिखाई दिया है। यदि नाभिक कहीं से भी बाहर दिखाई देता है, अर्थात, शीतलन के दौरान माध्यम की बहुत समरूपता से, यह एक सजातीय उपद्रव होगा।

दूसरी ओर, अगर कहा जाता है कि नाभिक एक अन्य अघुलनशील ठोस कण, या कंटेनर की खामियों के कारण सतह के लिए धन्यवाद देता है, तो हमारे पास एक विषम उपद्रव होगा। उत्तरार्द्ध सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया और जाना जाता है, खासकर जब एक छोटा क्रिस्टल, पहले प्राप्त किया जाता है, उस प्रजाति का जिसे हम क्रिस्टलाइज़ करना चाहते हैं, को समाधान में जोड़ा जाता है।

पहले बिना न्यूक्लियेशन के पतली हवा से क्रिस्टल कभी नहीं बन सकते।

क्रिस्टल की वृद्धि

अभी भी घोल में बहुत अधिक विलेय है, लेकिन इन नाभिकों में विलेय की सांद्रता उनके परिवेश की तुलना में अधिक है। नाभिक और अधिक विलेय कणों को लॉज करने और उनकी बढ़ती संरचनाओं के बीच "फिट" होने का समर्थन करता है। इस तरह, उनके ज्यामितीय बनाए रखा जाता है और धीरे-धीरे बढ़ता है।

उदाहरण के लिए, छवि में पहला नाभिक बैंगनी हेक्सागोन्स हैं; यह आपकी ज्यामिति है। जब तक विलेय कणों को शामिल किया जाता है, नाभिक मजबूत हेक्सागोनल क्रिस्टल में विकसित होता है, जो कि बर्फ के स्नान में डुबोए जाने पर आगे बढ़ता रहेगा।

क्रिस्टलीकरण के प्रकार

अब तक जो समझाया गया है वह विलायक को ठंडा करके क्रिस्टलीकरण का है।

विलायक हटाने क्रिस्टलीकरण

अन्य प्रकार के क्रिस्टलीकरण वाष्पीकरण द्वारा विलायक को हटाने पर आधारित होते हैं, जिसके लिए इसकी इतनी मात्रा का उपयोग करना आवश्यक नहीं है; यही है, यह केवल इसे विलेय के साथ संतृप्त करने के लिए पर्याप्त है और इसे सुपरसैचुरेट करने के लिए गर्म करें और फिर थोड़ा अधिक, फिर इसे आराम से छोड़ दें, ताकि विलेय अंत में क्रिस्टलीकृत हो जाए।

विलायक इसके अलावा क्रिस्टलीकरण

इसी तरह, हमारे पास मिश्रण के घोल के कारण क्रिस्टलीकरण होता है, जिसमें विलेय अघुलनशील (एंटिसोलवेंट) होता है। इसलिए, न्यूक्लिएशन का पक्ष लिया जाएगा क्योंकि मोबाइल और तरल क्षेत्र हैं जहां विलेय कण उन लोगों की तुलना में अधिक केंद्रित होंगे जहां यह बहुत घुलनशील है।

Sonification द्वारा क्रिस्टलीकरण

दूसरी ओर, पुत्रीकरण द्वारा क्रिस्टलीकरण होता है, जहां अल्ट्रासाउंड उत्पन्न होता है और छोटे बुलबुले को तोड़ता है जो फिर से न्यूक्लियेशन को बढ़ावा देते हैं, उसी समय यह क्रिस्टल आकारों को अधिक समान रूप से वितरित करने में मदद करता है।

और अंत में, ठंडी सतहों पर वाष्प जमाव से क्रिस्टलीकरण होता है; यह कहना है, ठोस के उच्च बनाने की क्रिया के लिए उलटा घटना।

क्रिस्टलीकरण पृथक्करण विधि

क्रिस्टलीकरण एक अनिवार्य तकनीक है जब ठोस प्राप्त करके उन्हें शुद्ध किया जाता है। यह कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में बहुत आवर्तक है, और उत्पाद की शुद्धता और गुणवत्ता की गारंटी के लिए अंतिम चरणों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है।

डाई का उदाहरण

मान लीजिए, उदाहरण के लिए, एक डाई के क्रिस्टल प्राप्त होते हैं और उन्हें पहले ही फ़िल्टर किया जा चुका होता है। क्योंकि इस डाई को शुरू में एक संश्लेषण में वर्षा द्वारा प्राप्त किया गया था, इसका ठोस अनाकार होने की उपस्थिति को दर्शाता है, क्योंकि इसमें कई अशुद्धियां अवशोषित होती हैं और अपने आणविक क्रिस्टल के बीच फंस जाती हैं।

इसलिए, एक विलायक को गर्म करने का निर्णय लिया जाता है जहां डाई थोड़ा घुलनशील होती है, ताकि जब इसे जोड़ा जाए तो यह अपेक्षाकृत आसानी से घुल जाए। एक बार थोड़ा और विलायक जोड़ने के बाद भंग कर दिया जाता है, समाधान गर्मी स्रोत से अलग हो जाता है और आराम करने के लिए छोड़ दिया जाता है। जैसे ही तापमान गिरता है, न्यूक्लिएशन होता है।

इस प्रकार, डाई क्रिस्टल बनेंगे और अधिक परिभाषित दिखाई देंगे (जरूरी नहीं कि आंख के लिए क्रिस्टलीय)। यह इस सटीक क्षण पर है कि कंटेनर (आमतौर पर एक एर्लेनमेयर फ्लास्क या बीकर) को बर्फ के स्नान में डुबोया जाता है। इस स्नान की ठंड समाप्त हो जाती है और न्यूक्लियेशन के ऊपर क्रिस्टल के विकास के पक्ष में है।

डाई के क्रिस्टल तब वैक्यूम फ़िल्टर किए जाते हैं, एक विलायक के साथ धोया जाता है जिसमें यह अघुलनशील होता है, और एक घड़ी के गिलास में सूखने के लिए छोड़ दिया जाता है।

क्रिस्टलीकरण तापमान

जिस तापमान पर क्रिस्टलीकरण होता है, वह इस बात पर निर्भर करता है कि विलायक के माध्यम में विलेय कितना अघुलनशील है। इसी तरह, यह विलायक के क्वथनांक पर निर्भर करता है, क्योंकि यदि विलेय अभी तक उबलते तापमान पर नहीं घुलता है, तो ऐसा इसलिए है क्योंकि एक और अधिक उपयुक्त विलायक का उपयोग किया जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, ठोस पदार्थ जो जलीय मीडिया में क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं, ऐसा तब होगा जब पानी अपने तापमान को कम कर देता है (यानी 100 से 50)C तक), या जबकि यह वाष्पित होता है। यदि वाष्पीकरण द्वारा क्रिस्टलीकरण होता है, तो यह कमरे के तापमान पर होने के लिए कहा जाता है।

दूसरी ओर, धातुओं या कुछ आयनिक ठोस पदार्थों का क्रिस्टलीकरण बहुत अधिक तापमान पर होता है, क्योंकि उनके पिघलने के बिंदु बहुत अधिक होते हैं, और पिघला हुआ तरल गरमागरम होता है, तब भी जब यह अपने कणों को कुतरने के लिए पर्याप्त ठंडा होता है और अपने क्रिस्टल उगाओ।

क्रिस्टलीकरण दर

सिद्धांत रूप में एक ठोस के क्रिस्टलीकरण की दर को नियंत्रित करने के दो प्रत्यक्ष तरीके हैं: सुपरसेटेरेशन (या सुपरसेट्रेशन) की डिग्री, या तापमान में अचानक परिवर्तन के द्वारा।

सुपरसेटेशन की डिग्री

सुपरसेटेशन की डिग्री का मतलब है कि गर्मी के आवेदन से कितने अधिक विलेय को भंग करने के लिए मजबूर किया जाता है। इसलिए, समाधान जितना अधिक होता है, उतनी ही तेजी से न्यूक्लियेशन प्रक्रिया होती है, क्योंकि एक बड़ी संभावना है कि नाभिक बनेगा।

हालाँकि क्रिस्टलीकरण इस तरह से त्वरित किया जाता है, लेकिन प्राप्त क्रिस्टल छोटे लोगों की तुलना में छोटे होते हैं, जिनकी तुलना में यह बहुत कम होता है; वह यह है, जब उनकी वृद्धि के पक्षधर हैं और न कि न्यूक्लियेशन के।

तापमान में बदलाव

यदि तापमान में तेजी से कमी आई है, तो नाभिक के पास बढ़ने का समय शायद ही होगा और न केवल, बल्कि वे उच्च स्तर की अशुद्धियों को भी बनाए रखेंगे। परिणाम यह है कि हालांकि क्रिस्टलीकरण धीमी गति से ठंडा होने की तुलना में अधिक तेजी से होता है, क्रिस्टल की गुणवत्ता, आकार और शुद्धता अंत में कम होती है।

तापमान में अचानक गिरावट के कारण तेजी से क्रिस्टलीकरण। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

ऊपर की छवि पहले के विपरीत कार्य करती है। पीले डॉट्स अशुद्धियों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिसके कारण नाभिक की अचानक वृद्धि उनके अंदर फंस जाती है।

इन अशुद्धियों के कारण अधिक बैंगनी हेक्सागोन को शामिल करना मुश्किल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े, शुद्ध लोगों की बजाय बहुत सारे छोटे, अशुद्ध क्रिस्टल होते हैं।

अनुप्रयोग

आइसक्रीम का क्रिस्टलीकरण उसके औद्योगिक या कारीगर उत्पादन के दौरान सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है। स्रोत: पिक्साबे

क्रिस्टलीकरण, साथ ही साथ क्रिस्टलीकरण, उच्च-गुणवत्ता, शुद्ध ठोस प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। फ़ार्मास्यूटिकल उद्योग के लिए यह विशेष रूप से सच है क्योंकि उनके उत्पादों को यथासंभव शुद्ध होना चाहिए, जैसे कि खाद्य उद्योग में उपयोग किए जाने वाले संरक्षक।

इसके अलावा, नैनोटेक्नोलॉजी इस प्रक्रिया पर अत्यधिक निर्भर है ताकि वे मजबूत क्रिस्टल पदार्थों के बजाय नैनोकणों या नैनोक्रिस्टल्स को संश्लेषित कर सकें।

रोज़मर्रा के उदाहरणों में से एक जिसमें क्रिस्टलीकरण की आइसक्रीम के उत्पादन में बड़ी भागीदारी है। यदि आप पानी से सावधान नहीं हैं, तो यह अपने लिपिड सामग्री से एक अलग चरण (बर्फ) में क्रिस्टलीकृत होता है, इस प्रकार इसकी बनावट और स्वाद को प्रभावित करता है; दूसरे शब्दों में, यह एक मुंडा आइसक्रीम या आइसक्रीम की तरह अधिक होगा।

इसलिए, बर्फ के क्रिस्टल जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, ताकि आइसक्रीम स्वाद और स्पर्श के लिए चिकनी हो। जब ये बर्फ के क्रिस्टल थोड़े बड़े होते हैं, तो उन्हें प्रकाश में पाया जा सकता है क्योंकि वे आइसक्रीम को एक ठंढी सतह देते हैं।

क्रिस्टलीकरण के उदाहरण

अंत में, उल्लेख प्राकृतिक और कृत्रिम दोनों प्रकार के क्रिस्टलीकरण के कुछ सामान्य उदाहरणों से बना होगा:

Snowflakes

स्नोफ्लेक्स एक प्राकृतिक क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के माध्यम से बनते हैं। यह ज्ञात है कि प्रत्येक स्नो क्रिस्टल अद्वितीय है। यह उन परिस्थितियों के कारण है जो क्रिस्टलीकरण (वृद्धि) के दूसरे चरण के दौरान होती हैं।

बर्फ के क्रिस्टल जो विभिन्न ज्यामितीय आकृतियाँ मौजूद हैं, वे उन परिस्थितियों के कारण हैं जिनका सामना उन्हें क्रिस्टल विकास के दौरान करना चाहिए।

नमक

नमक क्रिस्टलीकरण का सबसे आम उदाहरण है। यह प्राकृतिक रूप से (जैसे समुद्री नमक) और कृत्रिम रूप से बनाया जा सकता है (जैसा कि टेबल नमक के साथ होता है)।

चीनी

नमक के बाद, चीनी सबसे आम क्रिस्टल में से एक है। यह जटिल औद्योगिक प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से बनता है जिसमें गन्ने का रस लिया जाता है और एक कृत्रिम क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के अधीन किया जाता है।

हीरा

हीरा एक रत्न है जो शुद्ध कार्बन के क्रिस्टलीकरण से बनता है। यह ग्रह पर ज्ञात सबसे कठिन पदार्थ है। इसका गठन प्राकृतिक हो सकता है, जैसा कि खनन जमा, या सिंथेटिक में पाए जाने वाले हीरे के साथ होता है।

माणिक

रूबी एक लाल रंग का क्रिस्टल है जो एल्यूमीनियम ऑक्साइड (कोरिडॉन) के क्रिस्टलीकरण से बनता है।

खनिज-स्तंभ निकलते

स्टैलेग्मिट्स संरचनाएं हैं जो गुफाओं में पाई जा सकती हैं, विशेष रूप से मिट्टी में (ऊपर की ओर बढ़ती हुई)। वे कैल्शियम यौगिकों से बने होते हैं और गुफाओं की छत से गिरने वाले पानी में पाए जाने वाले कैल्शियम लवण के क्रिस्टलीकरण से बनते हैं।

stalactites

स्टैलेक्टाइट्स, जैसे स्टैलेग्मिट्स, कैल्शियम से बने होते हैं और गुफाओं में पाए जाते हैं। वे बाद वाले से भिन्न होते हैं क्योंकि वे छत से लटकाते हैं। वे गुफाओं में घुसपैठ करने वाले पानी में मौजूद कैल्शियम लवण के क्रिस्टलीकरण से बनते हैं।

क्वार्ट्ज

क्वार्ट्ज एक रत्न है जो सिलिकिक एनहाइड्राइड के क्रिस्टलीकरण से बनता है। यह चट्टानों में सबसे प्रचुर खनिजों में से एक है और इसका रंग परिवर्तनशील है।

Peridot

ओलिविन भी कहा जाता है, यह रत्न लोहे और मैग्नीशियम के क्रिस्टलीकरण के कारण बनता है। यह रंग में हरा है और आमतौर पर हीरे के आकार का है।

सिलिकेट

सिलिकेट्स सिलिका और अन्य तत्वों (लोहा, एल्यूमीनियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम) के क्रिस्टलीकरण द्वारा बनाई गई सामग्री हैं। वे सभी चट्टानों में मौजूद हैं।

कैंडीज

कैंडीज को चीनी क्रिस्टल के साथ बनाया जाता है, इसलिए यह कहा जा सकता है कि दो क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाएं हस्तक्षेप करती हैं: चीनी के गठन के लिए पहला और गुड़ के गठन के लिए दूसरा।

मलाईदार आइसक्रीम

मलाईदार आइसक्रीम में क्रिस्टल की एक श्रृंखला होती है जो इसे अंतिम चिकनी बनावट देती है। मलाईदार आइसक्रीम में क्रिस्टल शामिल हैं, लिपिड क्रिस्टल (वसा से गठित) और बर्फ के क्रिस्टल बाहर खड़े होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कुछ आइस क्रीम में लैक्टोज क्रिस्टल भी होते हैं।

इस अर्थ में, आइसक्रीम को विभिन्न कृत्रिम क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाओं (लिपिड के लिए एक, बर्फ के लिए एक और लैक्टोज के लिए एक) के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

अन्य

एक धागे या रस्सी के चारों ओर चीनी क्रिस्टल का लेप और एक सुपरसैचुरेटेड मीठा घोल

अपने जार के तल पर जमा शहद से चीनी के क्रिस्टल का निर्माण

-किडनी स्टोन की वृद्धि, जिसमें कैल्शियम ऑक्सालेट क्रिस्टल का सार होता है

वर्षों से रत्नों और हीरे सहित खनिजों का क्रिस्टलीकरण, जिनकी आकृतियाँ और किनारे उनकी क्रमबद्ध आंतरिक संरचनाओं का प्रतिबिंब हैं

ठंडी सलाखों पर गर्म धातु के वाष्पों का जमाव उनके क्रिस्टल के विकास का समर्थन करता है।

संदर्भ

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