La cristallizzazione è un processo tramite il quale si forma un solido costituito da atomi o molecole organizzati in un reticolo cristallino.
In natura il processo è diffuso quando si formano i minerali che possono essere ottenuti per raffreddamento di un materiale fuso come accade nel caso delle rocce intrusive che si solidificano all’interno della crosta terrestre.
Il lento processo di raffreddamento porta alla formazione di cristalli di grosse dimensioni al contrario delle rocce effusive che sono prodotte dalla solidificazione della lava sulla crosta terrestre dove il processo di solidificazione avviene con una certa rapidità portando alla formazione di roccia amorfa con presenza di microcristalli.
Aspetto termodinamico
Il passaggio da uno stato di maggior disordine a uno stato più ordinato porta a una diminuzione di entropia tuttavia l’energia libera diminuisce a causa dell’energia di legame dovuta alla formazione di legami stabili
Il processo di cristallizzazione avviene in due fasi ovvero:
- nucleazione in cui si la formazione del primo germe cristallino
- accrescimento del cristallo
Aspetto cinetico
A seconda delle velocità di questi due fenomeni si possono formare cristalli piccoli se la velocità di nucleazione è maggiore di quella di accrescimento. Si formano invece cristalli grandi se la velocità di nucleazione è minore di quella di accrescimento.
La cristallizzazione è usata per la purificazione di una sostanza che è posta in una beuta e sciolta a caldo in un solvente opportuno. La soluzione è filtrata in un imbuto a setto poroso per eliminare le prime impurezze e poi lasciata raffreddare lentamente.
Per favorire il processo si consiglia di lasciare la beuta sulla piastra riscaldante ancora calda dopo averla spenta. Il solido cristallino formatosi è filtrato e, nel caso si voglia ottenere un maggior grado di purezza, si può ripetere il processo.
La cristallizzazione dipende in prevalenza dalla scelta del solvente che deve avere un buon potere solvente ad alta temperatura e un cattivo potere solvente a bassa temperatura, non deve reagire con la sostanza da purificare, deve sciogliere le impurezze a basse temperature o non deve scioglierle affatto ed infine deve essere allontanato facilmente dal prodotto purificato.
Un altro metodo poco riportato dai testi sfrutta la diversa solubilità del composto da purificare in due solventi diversi.
Il composto è solubilizzato in un solvente opportuno e la soluzione è riscaldata. Alla soluzione è aggiunta una minima quantità di un solvente in cui il soluto risulta essere poco solubile fermandosi non appena la soluzione inizia lievemente a intorbidirsi lasciando la beuta sulla piastra ancora calda. Dopo aver spento la piastra la temperatura della soluzione inizia a diminuire lentamente con la formazione dei cristalli.