ما هو التبلور
التبلور هو تقنية تستخدم لتنقية المواد ، تقنية فصل لفصل المواد الصلبة عن المحلول .
يمكن تعريف التبلور على أنه العملية التي يتم من خلالها ترتيب ذرات أو جزيئات مادة ما في شبكة ثلاثية الأبعاد ومحددة جيدًا ، وبالتالي تقليل الطاقة الإجمالية للنظام ، عندما تتعرض مادة ما للتبلور ، ترتبط ذراتها أو جزيئاتها ببعضها البعض من خلال زوايا محددة جيدًا.
عند إضافة مادة صلبة في سائل وتقليبها ، تذوب المادة الصلبة في السائل ، ولكن عند إضافة المزيد من الصلابة إلى السائل ، تظهر نقطة لا يذوب بعدها المزيد من المواد الصلبة في السائل ، تسمى هذه النقطة نقطة التشبع ويسمى السائل محلول التشبع ، على الرغم من أن التبلور يمكن أن يحدث في الطبيعة ، فإن للبلورة أيضًا تطبيقات صناعية واسعة كخطوة فصل وتنقية في الصناعات الدوائية والكيميائية ، ومن أهم الأمثلة على التبلور :
- تبلور الماء لتكوين مكعبات ثلج .
- تبلور العسل عند وضعه في برطمان وتعريضه لظروف مناسبة.
- تكوين الصواعد والهوابط (خاصة في الكهوف).
- ترسب بلورات الأحجار الكريمة.
- تنقية مياه البحر
- فصل بلورات الشب عن العينات غير النقية
- في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، يتم استخدام التبلور كعملية فصل وتنقية لتخليق وعزل البلورات المشتركة ، والمكونات الصيدلانية النشطة النقية (API) ، وتسليم الأدوية الرئوية المتحكم فيه ، وفصل الأيزومرات اللولبية.
- تطبيق مهم آخر للبلورة هو استخدامه للحصول على ملح نقي من مياه البحر. يمكن أيضًا استخدام التبلور للحصول على بلورات الشب النقية من الشب غير النقي ، من المعروف أن التبلور أكثر فعالية من التبخر لأنه يزيل أيضًا الشوائب القابلة للذوبان.
خطوات عملية التبلور
التنوي
العملية الأولية التي تحدث في تكوين بلورة من محلول أو سائل أو بخار ، حيث يتم ترتيب عدد صغير من الأيونات أو الذرات أو الجزيئات في نمط مميز لمادة صلبة بلورية ، مما يشكل موقعًا التي تترسب عليها جزيئات إضافية مع نمو البلورة.
تصنف عمليات التنوي على أنها غير متجانسة أو متجانسة ، يعتبر التنوي غير المتجانس أكثر شيوعًا ، ولكن الآلية المتجانسة تزداد احتمالية مع زيادة درجة التشبع الفائق أو البرودة الفائقة ، تختلف المواد اختلافًا كبيرًا في احتمالية أن تتبلور في ظروف تكون فيها الحالة البلورية هي الحالة المستقرة بطبيعتها ؛ الجلسرين مثال معروف لمركب عرضة للتبريد الفائق .
نمو البلورات
مرحلة رئيسية في عملية التبلور ، ويتكون من إضافة ذرات أو أيونات أو سلاسل بوليمر جديدة إلى الترتيب المميز للشبكة البلورية ، وهي عملية جعل البلورة تنمو من خلال الاستمرار في إزالة مكون من المحلول ، يجب أن يكون التحريك كافيًا للحفاظ على كبريتات الكالسيوم معلقة لنمو البلورات ، تشكل العديد من الأملاح نوى وتبدأ في النمو البلوري بمجرد الوصول إلى ظروف مفرطة التشبع.
ما اهمية عملية التبلور
يمس التبلور كل جانب من جوانب حياتنا من الأطعمة التي نتناولها والأدوية التي نتناولها ، إلى الوقود الذي نستخدمه لدعم مجتمعاتنا ، تمر غالبية المنتجات الكيماوية الزراعية والصيدلانية بالعديد من خطوات التبلور أثناء تطويرها وتصنيعها ، يتم تصنيع المكونات الغذائية الرئيسية ، مثل اللاكتوز والليسين ، باستخدام التبلور ، ويعتبر التبلور غير المرغوب فيه لهيدرات الغاز في خطوط أنابيب أعماق البحار مصدر قلق كبير لسلامة صناعة البتروكيماويات .
خطوات تجربة التبلور
- اختر مذيبًا مناسبًا ، تضمنت الاعتبارات الشائعة مقدار المذاب الذي يمكن إذابته (القابلية للذوبان) ومدى عملية معالجة المذيب (الأمان)
- قم بإذابة المنتج في المذيب عن طريق زيادة درجة الحرارة حتى يختفي جزيء المنتج الأخير ، في هذه الحالة ، يمكن ترشيح الشوائب غير القابلة للذوبان من المحلول الساخن
- تقليل القابلية للذوبان عن طريق التبريد أو إضافة مضاد للمذيبات أو التبخر أو التفاعل ، سيصبح المحلول مفرط التشبع.
- بلوري المنتج ، مع انخفاض القابلية للذوبان ، يتم الوصول إلى نقطة حيث تتكوّن البلورات ثم تنمو ،يجب أن تتكون بلورات المنتج عالية النقاء ويجب أن تبقى الشوائب في المحلول.
- اسمح للنظام بالوصول إلى التوازن بعد التبريد (أو توقف طريقة تبلور أخرى).
- تصفية وتجفيف المنتج المنقى.
طرق التبلور
ينتج عن عملية التبلور تغيير مادي في الأشياء ، يؤدي إلى تكوين الهياكل البلورية ، التمييز الواضح بين عمليات التبلور غير ممكن ، يمكن تمييز عمليات / تقنيات التبلور بالطريقة التي يتم بها إنشاء التشبع الفائق ، أكثر أنواع التبلور شيوعًا هي:
تبلور التبريد
العديد من المواد ، عند إذابتها في مذيب ، تشكل بلورات عند التبريد في ظروف مواتية في هذه العملية. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة ليست شائعة جدًا ولها العديد من القيود. عادة ، يتم تسخين المادة ثم تركها تبرد بهذه الطريقة.
التبلور التبخيري
إنه أكثر شيوعًا من تبلور التبريد ، تبخر مياه البحر يترك الملح وراءه ، تترسب بلورات المادة النقية بعد تبخر المحاليل ، لكن هذه الطريقة تتطلب تركيزًا عاليًا للمادة الموجودة في المحلول ، لذلك ، يجب أن تكون نسبة كتلة المذاب / المذيب عالية.
الترسيب
في الترسيب ، يتم إنشاء التشبع الفائق عن طريق خلط تيارين. أكثر أشكال الترسيب شيوعًا هي: التبلور التفاعلي ، تبلور تحول الأس الهيدروجيني و التبلور المضاد للمذيبات (أو الاستخراجي) ، في التبلور التفاعلي ، يتم تكوين الطور الصلب نتيجة تفاعل بين المكونات التي كانت موجودة أصلاً في (اثنين) من تيارات التغذية ، أمثلة معروفة جيدًا للأيونات التي تتغير حالتها مع الأس الهيدروجيني هي على سبيل المثال الكربونات والفوسفات. في صرخة تحول الأس الهيدروجيني .
كيف تحدث عملية التبلور
- البلورة مركب صلب غير نقي ، أضف ما يكفي من المذيب الساخن فقط لإذابه تمامًا ، تحتوي القارورة بعد ذلك على محلول ساخن ، حيث تتحرك الجزيئات الذائبة – كل من المركب المطلوب والشوائب – بحرية بين جزيئات المذيب الساخنة.
- عندما يبرد المحلول ، لم يعد المذيب قادرًا على الاحتفاظ بجميع جزيئات الذائبة ، ويبدأون في ترك المحلول وتشكيل بلورات صلبة ، أثناء هذا التبريد ، يقترب كل جزيء مذاب بدوره من بلورة متنامية ويستقر على سطح البلورة.
- إذا كانت هندسة الجزيء تتناسب مع هندسة البلورة ، فمن المرجح أن تبقى على البلورة أكثر من رجوعها إلى المحلول ، لذلك ، تتكون كل بلورة متنامية من نوع واحد فقط من الجزيء ، المذاب.
- بعد وصول المحلول إلى درجة حرارة الغرفة ، يتم وضعه بعناية في حمام جليدي لإكمال عملية التبلور ،ثم يتم ترشيح المحلول المبرد لعزل البلورات النقية وتشطف البلورات بمذيب مبرد.
عملية التبلور الجزئي
إعادة التبلور ، المعروفة أيضًا باسم التبلور الجزئي هو طريقة لتنقية المواد بناءً على الاختلافات في قابلية الذوبان ، ينقسم عن طريق الاختلافات في التبلور (تشكيل البلورات) ، إذا سمح لمزيج من مادتين أو أكثر في المحلول بالتبلور ، على سبيل المثال عن طريق السماح بانخفاض درجة حرارة المحلول ، فإن المادة المترسبة ستحتوي على أكثر من أقل المواد قابلية للذوبان ، ستعتمد نسبة المكونات في الراسب على منتجاتها القابلة للذوبان، إذا كانت منتجات الذوبان متشابهة جدًا ، فستكون هناك حاجة إلى عملية متتالية لتفعيل الفصل الكامل ، غالبًا ما تُستخدم هذه التقنية في الهندسة الكيميائية للحصول على مواد نقية جدًا ، أو لاستعادة المنتجات القابلة للبيع من محاليل النفايات .
