خطوات عملية التبلور
ما هو التبلور
تستخدم تقنية التبلور لتنقية المواد، وهي تقنية 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، يتم 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 .
- يتبلور العسل عند وضعه في برطمان وتعريضه لظروف مناسبة.
- تكوين الصواعد والهوابط (خاصة في الكهوف).
- ترسب بلورات الأحجار الكريمة.
- تنقية مياه البحر
- يتم فصل بلورات الشب عن العينات غير النقية
- يتم استخدام عملية التبلور في صناعة المستحضرات الصيدلانية كعملية فصل وتنقية لتخليق وعزل البلورات المشتركة والمكونات الصيدلانية النشطة النقية (API)، وتسليم الأدوية الرئوية المتحكم فيها، وفصل الأيزومرات اللولبية.
- يتم استخدام التبلور بشكل مهم للحصول على ملح نقي من مياه البحر، كما يمكن استخدامه للحصول على بلورات شب نقية من الشب غير النقي. ومن المعروف أن التبلور أكثر فعالية من التبخر لأنه يزيل الشوائب الذائبة.
خطوات عملية التبلور
التنوي
تتمثل العملية الأولية في تكوين بلورة من محلول أو سائل أو بخار في ترتيب عدد صغير من الأيونات أو الذرات أو الجزيئات في نمط مميز لمادة صلبة بلورية، مما يشكل موقعًا يترسب عليه 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
يعد التبلور مرحلة رئيسية في العملية، حيث يتم إضافة ذرات أو أيونات أو سلاسل بوليمر جديدة إلى الترتيب المميز للشبكة البلورية، وهو عملية تسمح للبلورة بالنمو عن طريق استمرار إزالة المحلول، ويجب أن يكون التحريك كافيا للحفاظ على حبيبات كبريتات الكالسيوم معلقة لنمو البلورات، حيث تتكون العديد من الأملاح بنوى وتبدأ في النمو البلوري عندما تصل إلى ظروف التشبع الشديدة.
ما اهمية عملية التبلور
يؤثر التبلور على جوانب حياتنا المختلفة، بدءا من الأطعمة التي نستهلكها والأدوية التي نتناولها، وصولا إلى الوقود الذي نستخدمه لدعم مجتمعاتنا. يتم تطوير وتصنيع غالبية المنتجات الكيماوية الزراعية والصيدلانية من خلال عملية التبلور. تصنع المكونات الغذائية الرئيسية مثل اللاكتوز والليسين باستخدام التبلور. ويعد التبلور غير المرغوب فيه لهيدرات الغاز في خطوط أنابيب أعماق البحار مصدر قلق كبير بالنسبة لسلامة صناعة البتروكيماويات .
خطوات تجربة التبلور
- يجب اختيار مذيب مناسب، مع مراعاة مدى القابلية للذوبان للمذيب ومدى سلامة معالجته
- يتم إذابة المنتج في المذيب عن طريق زيادة درجة الحرارة حتى يختفي آخر جزيء من المنتج، وفي هذه الحالة يمكن ترشيح الشوائب غير القابلة للذوبان من المحلول الساخن
- يمكن تقليل قابلية الذوبان من خلال التبريد أو إضافة مضاد للمذيبات أو التبخر أو التفاعل، مما يجعل المحلول مشبعًا بشكل زائد.
- يتم تكوين بلورات المنتج بعد نقطة تكوينها ونموها، ويجب أن تكون هذه البلورات عالية النقاء وخالية من الشوائب في المحلول، على الرغم من انخفاض قابلية الذوبان للمنتج.
- يتم السماح للنظام بالوصول إلى التوازن بعد التبريد (أو توقف عملية التبلور الأخرى).
- تصفية وتجفيف المنتج المنقى.
طرق التبلور
تؤدي عملية التبلور إلى تغيير مادي في الأشياء وتشكيل هياكل بلورية، ومن الصعب تمييز بين عمليات التبلور المختلفة، ويمكن التفريق بين عمليات التبلور وتقنياتها من خلال الطريقة التي يتم بها إنشاء التشبع الفائق، وتعد أنواع التبلور الأكثر شيوعًا هي:
تبلور التبريد
عندما تُذاب العديد من المواد في مذيب، فإنها تتكون عادةً من بلورات عندما تبرد في ظروف مناسبة. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة غير شائعة جدًا ولها العديد من القيود. عادةً، يتم تسخين المادة ثم تركها تبرد بطريقة أخرى.
التبلور التبخيري
تعتبر عملية تبخر مياه البحر وترك الملح وراءه أكثر شيوعًا من عملية تبلور التبريد، وتحدث ترسيبات بلورية للمواد النقية بعد تبخر المحاليل، ولكن هذه العملية 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
- عند إضافة كمية من المذيب الساخن إلى البلورة المركبة الصلبة غير النقية، يتم إذابتها تمامًا لتحصل على محلول ساخن في القارورة، حيث تتحرك الجزيئات المذابة بحرية بين جزيئات المذيب الساخن، بما فيها المركب المطلوب والشوائب.
- عندما يبرد المحلول، يفقد المذيب القدرة على احتواء جميع جزيئات المادة المذابة، ويبدأون في الترسيب وتشكيل بلورات صلبة. خلال هذه العملية، يتوجه كل جزيء مذاب نحو البلورة المتنامية الحجم ويترسب على سطح البلورة.
- إذا كانت هندسة الجزيء متطابقة مع هندسة البلورة، فمن المحتمل أن تظل على البلورة أكثر من عودتها إلى المحلول، لذلك، تتشكل 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 لفصل البلورات النقية وغسلها 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 .