INTRODUCCINUn problema habitual que se presenta regularmente en los laboratorios de estudio dentro de alguna de las ramas de las ciencias qumicas, es la separacin de una sustancia de inters especfico de otras que le acompaan en su composicin, consideradas impurezas. Y generalmente el proceso de aislar una sustancia o eliminar impurezas requiere de un correcto mtodo de purificacin o una serie de ellos lo que conlleva a una separacin exitosa. Uno de estos procesos y regularmente utilizado es el proceso de cristalizacin.La cristalizacin es importante como proceso industrial por los diferentes materiales que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su empleo tan difundido se debe probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto qumico slido, que se puede obtener a partir de soluciones relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. En trminos de los requerimientos de energa, la cristalizacin requiere mucho menos para la separacin que lo que requiere la destilacin y otros mtodos de purificacin utilizados comnmente. Adems se puede realizar a temperaturas relativamente bajas y a una escala que vara desde unos cuantos gramos hasta miles de toneladas diarias. La cristalizacin se puede realizar a partir de un vapor, una fusin o una solucin. La mayor parte de las aplicaciones industriales de la operacin incluyen la cristalizacin a partir de soluciones.

FUNDAMENTO TERICODefinicin: Es un proceso por el cual a partir de una sustancia (Ya sea gas, un lquido o una disolucin los iones, tomos o molculas) establecen enlaces hasta formar una red cristalina. Tal proceso involucra cambios de temperatura, agitacin y la eliminacin del disolvente etc. En este caso es considerado como un mtodo de separacin efectivo que requiere menor energa que otros de su misma ndole (por ejemplo la destilacin).Es una operacin necesaria para todo producto qumico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azcar o sacarosa, la sal comn o cloruro de sodio.Fundamentos de la cristalizacinPara evaluar el uso de la cristalizacin como alternativa para la purificacin de un producto es necesario contar con determinada informacin bsica relacionada con el producto y sus soluciones como:Tipos de cristal que forma el productoUn cristal puede ser definido como un slido compuesto de tomos arreglados en orden, en un modelo de tipo repetitivo. La distancia interatmica en un cristal de cualquier material definido es constante y es una caracterstica del material. Debido a que el patrn o arreglo de los tomos es repetido en todas direcciones, existen restricciones definidas en el tipo de simetra que el cristal posee.La forma geomtrica de los cristales es una de las caractersticas de cada sal pura o compuesto qumico, por lo que la ciencia que estudia los cristales en general, la cristalografa, los ha clasificado en siete sistemas universales de cristalizacin: Sistema Cbico: Las sustancias que cristalizan bajo este sistema forman cristales de forma cbica, los cuales se pueden definir como cuerpos en el espacio que manifiestan tres ejes en ngulo recto, con segmentos, ltices, aristas de igual magnitud, que forman seis caras o lados del cubo. A esta familia pertenecen los cristales de oro, plata, diamante, cloruro de sodio, etc.

Sistema Tetragonal: Estos cristales forman cuerpos con tres ejes en el espacio en ngulo recto, con dos de sus segmentos de igual magnitud, hexaedros con cuatro caras iguales, representados por los cristales de xido de estao.

Sistema Ortorrmbico: Presentan tres ejes en ngulo recto pero ninguno de sus lados o segmentos son iguales, formando hexaedros con tres pares de caras iguales pero diferentes entre par y par, representados por los cristales de azufre, nitrato de potasio, sulfato de bario, etc.

Sistema Monoclnico: Presentan tres ejes en el espacio, pero slo dos en ngulo recto, con ningn segmento igual, como es el caso del brax y de la sacarosa.

Sistema Triclnico: Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ngulo recto, con ningn segmento igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafena, axinita.

Sistema Hexagonal: Presentan cuatro ejes en el espacio, tres de los cuales son coplanarios en ngulo de 60, formando un hexgono bencnico y el cuarto en ngulo recto, como son los cristales de zinc, cuarzo, magnesio, cadmio, etc.

Sistema Rombodrico: Presentan tres ejes de similar ngulo entre si, pero ninguno es recto, y segmentos iguales, como son los cristales de arsnico, bismuto y carbonato de calcio y mrmol.

Equilibrio (solubilidad y sobresaturacin)a. Solubilidad: Las relaciones de equilibrio para los sistemas de cristalizacin se presentan en forma de curvas de solubilidad. Estas curvas de solubilidad se expresa comnmente en porciento de peso de soluto a peso de solvente. Las curvas de solubilidad representan la solubilidad de soluciones saturadas a diferentes temperaturas. Esta solubilidad es la mxima que puede alcanzar la solucin en forma termodinmicamente estable. En muchos procesos industriales de cristalizacin los cristales y las aguas madres permanecen en contacto durante el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio, de forma que las aguas madres estn saturadas a la temperatura final del proceso. El rendimiento de la cristalizacin se puede calcular a partir de la concentracin de la solucin original y la solubilidad a la temperatura final. Si se produce una evaporacin apreciable durante el proceso es preciso tenerla en cuenta. Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es pequea, se necesita un tiempo relativamente grande para alcanzar el equilibrio, sobre todo cuando la solucin es viscosa o cuando los cristales se depositan en el fondo del cristalizador, de forma que la superficie de cristales expuesta a la solucin sobresaturada es pequea. En estos casos, las aguas madres finales pueden contener una considerable sobresaturacin y el rendimiento real ser menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad.

b. Sobresaturacin: La cristalizacin a partir de una solucin es un ejemplo de la creacin de una nueva fase dentro de una mezcla homognea. El proceso tiene lugar en dos etapas. La primera de ellas consiste en la formacin del cristal y recibe el nombre de nucleacin. La segunda corresponde al crecimiento del cristal. El potencial impulsor de ambas etapas es la sobresaturacin, de forma que ni la nucleacin un el crecimiento tendrn lugar en un solucin saturada o insaturada. Para generar la sobresaturacin se pueden utilizar tres mtodos distintos. Si la solubilidad del soluto aumenta fuertemente con la temperatura, como ocurre frecuentemente con muchas sales inorgnicas y sustancias orgnicas, una solucin saturada se transforma en sobresaturada y simplemente disminuyendo la temperatura por enfriamiento. Si la solubilidad es relativamente independiente de la temperatura como en el caso de sal comn, la sobresaturacin se puede dar evaporando una parte del disolvente. Si tanto el enfriamiento como la evaporacin no resultan adecuados, como en el caso de solubilidad elevada, la sobresaturacin se puede generar aadiendo un tercer componente. El tercer componente puede actuar fsicamente dando lugar a una mezcla con el disolvente original en la que la solubilidad del soluto disminuye bruscamente. Tambin, si se desea una precipitacin prcticamente completa, se puede crear qumicamente un nuevo soluto aadiendo un tercer componente que reaccione con el soluto original para formar una sustancia insoluble. Este proceso recibe el nombre de precipitacin, los mtodos utilizados en anlisis cuantitativo constituyen ejemplos tpicos de precipitacin. Mediante la adicin de un tercer componente es posible crear rpidamente sobresaturaciones muy grandes.

Nucleacin: La formacin de un cristal comienza con la nucleacin, formacin de un ncleo o partcula inicial con las propiedades de un cristal, a partir de la cual ste ya puede crecer, existiendo dos modalidades de nucleacin: *Nucleacin homognea: Cuando la partcula es de la misma composicin y estructura del cristal que se va a formar. *Nucleacin heterognea: Cuando el ncleo es una sustancia diferente y preexistente que favorece su cristalizacin. Las partculas extraas quedan incluidas dentro del nuevo cristal como impurezas o inclusiones.

CrecimientoLa cristalizacin puede ocurrir solamente desde soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formacin del ncleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturacin, la nucleacin es concebida como espontnea, y rpida. En la regin metaestable, la nucleacin es causada por un golpe mecnico, o por friccin y una nucleacin secundaria puede resultar del rompimiento de cristales ya formados.

Ventajas y desventajas de la cristalizacinVENTAJAS El factor de separacin es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes ocasiones se puede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una nica etapa de cristalizacin, separacin y lavado. Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto slido constituido por partculas discretas de tamao y forma adecuados para ser directamente empaquetado y vendido (el mercado actual reclama productos con propiedades especficas). Precisa menos energa para la separacin que la destilacin u otros mtodos empleados habitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.DESVENTAJAS En general, ni se puede purificar ms de un componente ni recuperar todo el soluto en una nica etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres. La operacin implica el manejo de slidos, con los inconvenientes tecnolgicos que esto conlleva. En la prctica supone una secuencia de procesado de slidos, que incluye equipos de cristalizacin junto con otros de separacin slido-lquido y de secado (ver esquema general).