La cristalización es un proceso químico fascinante que se utiliza para transformar un líquido, un gas o una disolución en un sólido cristalino organizado y precioso. A través de este método, se pueden separar los componentes de una mezcla y obtener productos más puros e iguales. ¿Pero cuáles son los tipos de cristalización que existen? En esta ocasión, exploraremos los distintos sistemas de cristalización conocidos en la química y la física, y descubriremos cómo se pueden aplicar en la vida cotidiana.
Cristalización por enfriamiento
El método más común de cristalización es el enfriamiento de una solución sobresaturada. Cuando se añade un soluto a un disolvente, se puede disolver hasta cierta cantidad. Si la mezcla se calienta y la cantidad de soluto en la solución aumenta, se llega a un punto de saturación. Si se hace enfriar la solución sobresaturada, se puede inducir la formación de cristales del soluto. El proceso funciona porque la solubilidad del soluto en el disolvente disminuye a medida que la solución se enfría, y los iones, los átomos y las moléculas del soluto se empiezan a unir en la forma característica del cristal.
Ejemplo de cristalización por enfriamiento: la formación de escarcha
Uno de los ejemplos más comunes de cristalización por enfriamiento ocurre en la formación de escarcha. Cuando la atmósfera se enfría lo suficiente, el vapor de agua se condensa en una fina capa de escarcha en todas las superficies que tiene a su alcance. La escarcha se forma cuando el agua en el aire se deposita en forma de cristales de hielo en las superficies, creando patrones geométricos de líneas y rizos.
Cristalización por evaporación
Este segundo método de cristalización funciona por evaporación, lo que significa que el disolvente de la solución se escapa en forma de vapor y deja los sólidos del soluto cristalizado detrás. Este método se aplica comúnmente para obtener sal comestible y azúcar blanco refinado a partir de soluciones salinas y de azúcar sobresaturadas.
Ejemplo de cristalización por evaporación: la obtención de sal a partir del agua de mar
La cristalización por evaporación puede ser fácilmente entendida si se observa la obtención de sal a partir del agua de mar. El agua salada se coloca en recipientes planos y poco profundos, y se permite que se evapore en un ambiente cálido y seco. Con el tiempo, los cristales de sal se forman en la superficie y se recogen para su posterior uso.
Cristalización por sublimación
Este tercer método funciona por sublimación, lo que significa que el soluto se transforma directamente de un estado sólido a uno gaseoso, sin pasar por una fase líquida intermedia. Esto sucede cuando la presión y la temperatura se superan en cierto punto, causando que los sólidos pasen directamente al estado gaseoso.
Ejemplo de cristalización por sublimación: la obtención de cristales de hielo seco
Una de las aplicaciones más comunes de la cristalización por sublimación es la producción de hielo seco. El dióxido de carbono que se encuentra en el estado gaseoso se comprime hasta que se convierte en líquido y luego se expande de nuevo en un ambiente de baja presión, donde el dióxido de carbono líquido se expande y se sublima en hielo seco.
Cristalización por cambio de disolvente
Este método de cristalización funciona por cambio de disolvente, lo que significa que se cambia el disolvente de la solución inicial a otro disolvente que tenga una menor solubilidad del soluto disuelto.
Ejemplo de cristalización por cambio de disolvente: la purificación del silicio
Un ejemplo de cristalización por cambio de disolvente es el método Czochralski, que se utiliza para la purificación del silicio. En este caso, el silicio se disuelve en un baño de disolvente a alta temperatura y se suspende un pequeño cristal de silicio puro en el líquido. Luego, el cristal de silicio puro se retira lentamente de la solución mientras se hace girar. En el proceso, se produce un nuevo cristal de silicio puro en la parte inferior del cristal en crecimiento.
Cristalización fraccionada
El método de cristalización fraccionada se utiliza para purificar una mezcla de dos sustancias con diferentes solubilidades. Este método se basa en la idea de que las sustancias tendrán solubilidades diferentes en el disolvente, lo que permitirá la recuperación fraccionada de ambos solutos en formas cristalinas separadas.
Ejemplo de cristalización fraccionada: la separación del agua y la glicerina
En la cristalización fraccionada, un ejemplo común es la separación de glicerina y agua. Si se tiene una mezcla de estos dos en un disolvente, al enfriar la solución se puede extraer la glicerina sin congelar el agua. Esto es posible debido a que la glicerina tiene una solubilidad más baja en el disolvente que el agua.
Otros tipos de cristalización
Cristales de proteína
Se producen cristales de proteína para el estudio de la estructura de las proteínas en un cristal de tamaño macroscópico. Esto es importante para la biología molecular, ya que algunas moléculas biológicas no tienen una estructura sólida y un cristal ayuda a obtener datos más precisos para el estudio.
Cristales de materiales semiconductores
La cristalización también se aplica a la producción de materiales semiconductores. Los materiales semiconductores son aquellos que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes, y se aplican a la producción de pantallas, microprocesadores y transistores.
Cristalografía cuántica
La cristalografía cuántica trabaja con electrones, moléculas y átomos, y se utiliza para el estudio de la estructura química de los sólidos. Utiliza la difracción de rayos X en un cristal para obtener un patrón de difracción, que puede ser utilizado para averiguar las propiedades de los átomos en una estructura cristalina.
Cristales líquidos
Los cristales líquidos no son completamente sólidos, ni tampoco completamente líquidos. En vez de ello, se encuentran en un estado intermedio y se crean usando normalmente un compuesto químico llamado mesógeno. Los cristales líquidos tienen propiedades únicas, incluyendo la capacidad de responder a los campos eléctricos y magnéticos, lo que los hace útiles en los monitores de visualización.
Conclusión
En resumen, la cristalización es un proceso importante y útil para el estudio de la química y la física. En este artículo, se han explorado los distintos tipos de cristalización desde la cristalización por enfriamiento hasta la cristalización fraccionada, pasando por la cristalización por evaporación, sublimación y cambio de disolvente. También hemos visto diferentes aplicaciones de la cristalización, desde la formación de escarcha hasta la obtención de sal a partir del agua de mar. Con el fin de profundizar en los métodos de cristalización, se pueden hacer experimentos en casa y utilizar la tecnología moderna para crear cristales bellos y útiles para su uso en la vida cotidiana.
