КРИСТАЛІЗАЦІЯ

КРИСТАЛІЗАЦІЯ (франц. cristalisation < грец. krystallos — лід, гірський кришталь) — процес виділення твердої фази у вигляді кристалів, головним чином з розчинів і розплавів. Відомі такі способи К.: з витяганням частини розчинника (часткове витягання розчинника проводиться при його випаровуванні чи виморожуванні); К. при зміні температури (К. проводиться при зниженні розчинності речовини при зміні температури системи); комбінований спосіб К. (вакуум-кристалізаційний, коли випаровування відбувається не шляхом підведення тепла крізь стінку, а за рахунок віддавання розчином свого фізичного тепла, яке витрачається на випаровування частини розчинника); К. з випаровуванням частини розчинника у потоці інертного носія (частина розчинника випаровується у газі, який рухається безпосередньо над розчином). Для того щоб К. проходила із заданою швидкістю, систему необхідно значно переохолоджувати або перенасичувати розчиненою речовиною. У такій системі протягом деякого періоду (інкубаційного або індукційного) не виникає помітних змін, але формуються центри (зародки) К. Після досягнення зародками критичних розмірів (критичний радіус, rкр = 0,5–5 нм) починається спонтанний ріст кристалів, у результаті якого виникають кристали різного розміру, форми та дефектності. На наступній стадії малі кристали розчиняються, а великі зростають (Освальдове дозрівання), форма кристалів наближається до рівноважної, а нерівноважні дефекти, які збільшують енергію Гіббса кристалічної системи, ліквідуються. Між rкр та ступенем перенасичення розчину С/С0 є залежність, яка приблизно визначається рівнянням Ln(C/C0) = 2·σ·M/(d·rкр·R·T), де: С — концентрація речовини у перенасиченому розчині на початку К. (кг/м3); С0 — його розчинність (кг/м3); σ — поверхневий натяг (Н/м); М — мольна маса; d — густина (кг/ м3); R — газова стала; Т — абсолютна температура. З ростом перенасичення розчину rкр зменшується. Тривалість утворення зародків та росту кристалів можна зменшити, якщо підвищувати температуру перенасичення, а також при додаванні у систему твердих часток, що не розчиняються. Малі кристали містять менше домішок, ніж великі, хоча останні легше виділяються з розчину. Якщо домішки утворюють з кристалами твердий розчин і при цьому їх концентрація незначна, то розподіл домішок між рідкою фазою і кристалами в умовах рівноваги кристали↔розчин характеризується коефіцієнтом співкристалізації D = x2·m1/x1·m2, де x1 та x2 — мольні частки основної речовини і домішок у твердому розчині; m1 та m2 — моляльність основної речовини і домішок у рідкій фазі. Якщо D<1, відбувається очищення основної речовини від домішок, якщо D>1, кристали збагачуються домішками. Для отримання особливо чистих речовин проводять їх багаторазову перекристалізацію, при цьому чим менше D, тим менше необхідно повторних операцій. К. здійснюється у кристалізаторах і може бути безперервною чи періодичною. Найбільш поширена К. при охолодженні розчину і при безперервному його перемішуванні. К. при випаровуванні розчинника відбувається у вакуум-кристалізаторах, а К. з розплавів — частіше у барабанних кристалізаторах.

Гальперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники фракционной кристаллизации. — М., 1986; Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцов Э.М. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы. — М., 1983; Тодес О.М., Себалло В.А., Гольцикер А.Д. Массовая кристаллизация из растворов. — Л., 1984.