Cristallisation

Définition

La cristallisation, complétée par la recristallisation, décrit généralement la formation (naturelle ou artificielle) de cristaux, habituellement avec des solides inorganiques hautement organisés. En physique, la cristallisation d'un polymère est décrit dans le cadre de la physique des polymères l'ordre des molécules dans les polymères. En biologie, la cristallisation des protéines est une technique nécessaire à la cristallographie des rayons X protéiques.

La cristallisation de flocons de neige :

Les flocons de neige sont un exemple très connu de cristallisation, où des différences subtiles dans les conditions de croissance des cristaux résultent en différentes géométries des cristaux constituant la neige.

Généralités

La cristallisation est le processus (naturel ou artificiel) par lequel un solide se forme, où les atomes ou les molécules sont hautement organisés en une structure connue sous le nom de cristal. Certaines des formes par lesquelles les cristaux se forment précipitent à partir d'une solution, fondent ou, plus rarement, se déposent directement à partir d'un gaz. Les attributs du cristal résultant dépendent largement de facteurs tels que la température, la pression de l'air et, dans le cas des cristaux liquides, le temps d'évaporation du fluide.

La cristallisation se déroule en deux étapes majeures. La première est la nucléation, l'apparition d'une phase cristalline à partir d'un liquide surfondu ou d'un solvant sursaturé. La deuxième étape est connue sous le nom de croissance cristalline, qui est l'augmentation de la taille des particules et conduit à un état cristallin. Une caractéristique importante de cette étape est que les particules libres forment des couches à la surface du cristal et se logent dans des incohérences ouvertes telles que des pores, des fissures, etc.

La majorité des minéraux et des molécules organiques cristallisent facilement, et les cristaux qui en résultent sont généralement de bonne qualité, c'est-à-dire sans défauts visibles. Cependant, les particules biochimiques plus grandes, comme les protéines, sont souvent difficiles à cristalliser. La facilité de cristallisation des molécules dépend fortement de l'intensité des forces atomiques (dans le cas des substances minérales), des forces intermoléculaires (substances organiques et biochimiques) ou des forces intramoléculaires (substances biochimiques).

La cristallisation est également une technique chimique de séparation solide-liquide, dans laquelle le transfert de masse d'un soluté de la solution liquide à une phase cristalline solide pure intervient. En génie chimique, la cristallisation se fait dans un cristalliseur. La cristallisation est donc liée à la précipitation, bien que le résultat ne soit pas amorphe ou désordonné, mais un cristal.

Processus (cristallisation dynamique)

Le processus de cristallisation se compose de deux événements majeurs, la nucléation et la croissance des cristaux qui sont entraînés par les propriétés thermodynamiques ainsi que les propriétés chimiques. En cristallisation La nucléation est l'étape où les molécules de soluté ou les atomes dispersés dans le solvant commencent à se regrouper en grappes, à l'échelle microscopique (concentration de soluté élevée dans une petite région), qui deviennent stables dans les conditions de fonctionnement actuelles. Ces groupes stables constituent les noyaux. Par conséquent, les grappes doivent atteindre une taille critique pour devenir des noyaux stables. Une telle taille critique est dictée par de nombreux facteurs différents (température, sursaturation, etc.). C'est au stade de la nucléation que les atomes ou les molécules s'arrangent de manière définie et périodique qui définit la structure cristalline - notez que la "structure cristalline" est un terme spécial qui se réfère à l'arrangement relatif des atomes ou molécules, et non macroscopique. propriétés du cristal (taille et forme), bien que celles-ci résultent de la structure cristalline interne.

La croissance cristalline est l'augmentation de taille subséquente des noyaux qui réussissent à atteindre la taille de grappe critique. La croissance des cristaux est un processus dynamique intervenant à l'équilibre où les molécules ou les atomes dissous précipitent hors de la solution et se dissolvent dans la solution. La sursaturation est l'une des forces motrices de la cristallisation, car la solubilité d'une espèce est un processus d'équilibre quantifié par Ksp. Selon les conditions, la nucléation ou la croissance peut être prédominante par rapport à l'autre, ce qui dicte la taille des cristaux.

De nombreux composés ont la capacité de cristalliser avec certains ayant des structures cristallines différentes, un phénomène appelé polymorphisme. Chaque polymorphe est en fait un état solide thermodynamique différent et les polymorphes cristallins du même composé présentent des propriétés physiques différentes, telles que le taux de dissolution, la forme (angles entre facettes et taux de croissance des facettes), le point de fusion, etc. importance majeure dans la fabrication industrielle de produits cristallins. De plus, les phases cristallines peuvent parfois être interconvertées par divers facteurs tels que la température.

Dans la nature

l existe de nombreux exemples de processus naturels impliquant la cristallisation. Les exemples de processus d'échelle de temps géologique comprennent :

• Formation de cristaux naturels (minéraux) (voir également pierres précieuses);
• stalactite / stalagmite, formation d'anneaux.

Les exemples de processus d'échelle de temps humaine comprennent :

• Formation de flocons de neige;
• Cristallisation du miel (presque tous les types de miel cristallisent).

Principaux processus de cristallisation

Certains des facteurs importants influençant la solubilité sont :

• Concentration;
• Température;
• Polarité;
• Force ionique.

On peut donc identifier deux familles principales de processus de cristallisation :

• Cristallisation de refroidissement;
• Cristallisation évaporative.

Cette division n'est pas très nette, puisqu'il existe des systèmes hybrides, où le refroidissement est effectué par évaporation, obtenant ainsi en même temps une concentration de la solution.

Un processus de cristallisation souvent mentionné en génie chimique est la cristallisation fractionnée. Ce n'est pas un processus différent, plutôt une application spéciale d'un (ou des deux) de ce qui précède.

En rapport avec "cristallisation"

• calcaire cristallin

  

  Un calcaire cristallin est un calcaire plus ou moins pur, une roche sédimentaire chimique composée d'au moins 51 % de carbonate de calcium (calcite minérale...

• cristallin

  

  Ce qui est cristallin est transparent comme le cristal, hyalin et clair. Par exemple, de l'eau pure est une eau cristalline généralement potable.

• cristallinité

  

  La cristallinité détermine le degré de pureté et de régularité de l'organisation cristalline de minéraux cristallins.

• eau de cristallisation

  

  Une eau de cristallisation est une eau en combinaison avec une substance cristallisée.