8.9. Кристалізація

Процес утворення і росту кристалів із розчинів і газо­вої фази називають кристалізацією. Зазвичай речовини мають кри­сталічні ґратки строго визначеної конфігурації, за винятком полі­морфних речовин. Ряд речовин утворюють кристалогідрати, причому кількість включених молекул води залежить від температури. Для утворення кристалів із розчинів необхідне пересичення, зумовлене різницею вихідної концентрації а_п і рівноважної концентрації на­сичення (граничної розчинності А_п). Кристалізація відбувається, коли перехід речовини з рідкого у твердий стан супроводжується зменшенням вільної енергії системи Ф, тобто:

де p—густина зародка кристала;

V і F —його об'єм і поверхня; M —його молекулярна маса;

ф₂ і ф_х —хімічні потенціали вихідної і нової фаз; а —міжфазний поверхневий натяг.

Для одержання крупнокристалічного порошку кристалізацію ведуть при малому пересиченні, у розчин уводять кристали для затравки, дрібні кристали видаляютьу процесі кристалізації, кри­сталічний продукт повторно обробляють у насиченому розчині (при цьому дрібні кристали розчиняються), уводять у розчин сторонні домішки, підвищують температуру (обмежено).

Методи кристалізації: випарювання розчинника (ізотермічний), охолодження гарячих розчинів (ізогідричний), одночасне охоло­дження і випарювання (комбінований), додавання в розчин ін­ших речовин, які знімають розчинність (висолювання), виморо­жування.

Схеми кристалізації: одноразова (з повним поверненням маточ­ного розчину і періодично повним зливанням, із частковим його

поверненням, із частковим поверненням після додаткового упа­рювання і кристалізації); дворазова з такими ж маніпуляціями маточним розчином, причому на злив подають маточний розчин після першого кристалізатора, а після другого —насичений мато­чний розчин повертають у перший кристалізатор.

У фармацевтичній промисловості кристалізацією виділяють тверді речовини з їх розчинів, розділяють суміші речовин на фрак­ції та очищають їх від домішок. Для дуже глибокого очищення термолабільних речовин слід було б використовувати зонну плав­ку, для розділення евтектичних розплавів або речовин з низьки­ми коефіцієнтами розподілу — екстракційну кристалізацію. При розділенні евтектичних і азеотропних розплавів доцільно поєдна­ти процеси кристалізації і ректифікації.