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Cristalização

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de cristalização

A cristalização é um processo natural que ocorre à medida que os materiais se solidificam de um líquido ou como precipitam de um líquido ou gás. Isso pode ser causado por uma mudança física, como uma mudança de temperatura ou uma mudança química, como a acidez. A cristalização é um processo direcionado pelo tamanho e formas das moléculas envolvidas e suas propriedades químicas. Os cristais podem ser formados a partir de uma única espécie de átomo, espécies diferentes de íons ou mesmo moléculas grandes como proteínas. Algumas moléculas grandes têm mais dificuldade em passar pelo processo de cristalização, porque sua química interna não é muito simétrica ou interage consigo mesmo para evitar a cristalização.

A menor unidade de um cristal é chamada de célula unitária. Esta é a formação base de átomos ou moléculas nas quais unidades adicionais podem ser anexadas. Você pode pensar nisso como um bloco de construção infantil, ao qual outros blocos podem ser anexados. A cristalização prossegue como se você estivesse anexando esses blocos em todas as direções. Alguns materiais formam diferentes cristais de formas, que explicam a grande variação em forma, tamanho e cor de vários cristais.

Processo de cristalização

Nucleação

O primeiro passo no processo de cristalização é a nucleação. Os primeiros átomos na massa para formar uma estrutura cristalina se tornam um centro e mais átomos se organizam em torno desse núcleo. Como isso acontece, mais células unitárias se reúnem ao redor do núcleo, é formado um pequeno cristal de semente. O processo de nucleação é extremamente importante na cristalização, é o núcleo de um cristal determinará a estrutura de todo o cristal. As imperfeições no núcleo e no cristal de sementes podem levar a rearranjos drásticos à medida que o cristal continua a se formar. A nucleação ocorre em um líquido super -resfriado ou em um solvente supersaturado.

Um líquido super -resfriado é qualquer líquido à beira de se tornar um sólido. Para que isso aconteça, um núcleo inicial deve se formar. É nesse núcleo que o processo de cristalização continuará. Em um líquido de resfriamento, o núcleo se formará quando átomos ou moléculas não tiverem mais a energia cinética para saltar um do outro. Em vez disso, eles começam a interagir entre si e a formar formações de cristal estáveis. Elementos puros geralmente formam uma estrutura cristalina, enquanto moléculas maiores podem ser difíceis de cristalizar a temperaturas e pressões normais.

Em uma solução supersaturada, o solvente que transporta o cristal desejado está em capacidade. À medida que a temperatura esfria, ou a acidez muda, a solubilidade dos átomos ou moléculas nas mudanças na solução e o solvente pode conter menos delas. Como tal, eles “caem” da solução, colidindo um ao outro. Isso também causa nucleação e cristalização subsequente.

Crescimento de cristais

À medida que outras moléculas e átomos cercam o núcleo, eles se ramificam da simetria que já foi configurada, aumentando o cristal de sementes. Esse processo pode acontecer muito rapidamente, ou muito lentamente, dependendo das condições. A água pode cristalizar no gelo em questão de minutos, enquanto os milênios são necessários para formar cristais geológicos “típicos” como quartzo e diamantes. A formação básica configurada em torno do núcleo determina a totalidade da estrutura cristalina. Essa diferença na formação explica as diferenças nos cristais, da singularidade de um floco de neve à clareza de um diamante.

Existem apenas algumas formas geométricas que os cristais podem tomar. Estes são determinados pelas ligações e interações das moléculas envolvidas. As diferentes formas são causadas pelos diferentes ângulos de ligação dos átomos, com base no núcleo original. Uma impurezas na solução ou material levará ao desvio do padrão típico. Como visto em flocos de neve, até pequenas impurezas no núcleo levam a designs completamente novos e únicos.

Usos laboratoriais de cristalização

A cristalização é uma técnica laboratorial comum e útil. Pode ser usado para purificar substâncias e pode ser combinado com técnicas avançadas de imagem para entender a natureza das substâncias cristalizadas. Em cristalização de laboratório, uma substância pode ser dissolvida em um solvente apropriado. O calor e as mudanças na acidez podem ajudar o material a se dissolver. Quando essas condições são revertidas, os materiais dentro da solução precipitam a taxas diferentes. Se as condições forem controladas adequadamente, os cristais puros de uma substância desejada podem ser obtidos.

Uma técnica avançada de imagem, chamada cristalografia, raios-X ou outras vigas e partículas de alta energia pode ser atingida pela estrutura cristalina de uma substância pura. Embora isso não crie uma imagem visível, os raios e partículas são difratados em padrões específicos. Esses padrões podem ser detectados por papel especial em desenvolvimento ou detectores eletrônicos. O padrão pode ser analisado por matemática e computadores, e um modelo do cristal pode ser formado. Os padrões de difração são criados quando partículas ou vigas são redirecionados por nuvens de elétrons densas dentro da estrutura do cristal. Essas áreas densas representam os átomos e ligações presentes no cristal, formados durante a cristalização. Usando esse método, os cientistas podem reconhecer quase qualquer substância baseada em sua forma de cristal.

Exemplos de cristalização

Escala de tempo humano

Os cristais podem levar uma quantidade enorme de tempo para se formar, ou podem se formar rapidamente. Os cientistas foram capazes de estudar a cristalização, porque existem muitos eventos na natureza em que a cristalização ocorre rapidamente. Como já discutido, os flocos de gelo e neve são ótimos exemplos da cristalização da água. Outro exemplo interessante é a cristalização do mel. Quando as abelhas regurgitam o mel no favo de mel, é um líquido. Com o tempo, as moléculas de açúcar dentro do mel começam a formar cristais, através do processo de cristalização descrito acima. Se você tem uma garrafa velha de mel, olhe para dentro. Provavelmente haverá pequenos cristais de açúcar dentro do líquido. Se você deseja acelerar o processo, coloque o mel na geladeira. O resfriamento do líquido diminui a solubilidade do açúcar dentro do líquido e formará rapidamente cristais.

Escala de tempo geológico

Embora o processo seja semelhante, o tempo necessário para formar coisas como quartzo, rubi e granito são muito mais longos. Esses cristais são formados sob pressões extremamente altas dentro da crosta e magma da terra. Embora o processo de cristalização seja o mesmo, leva muito tempo para que as condições e os átomos se unam da maneira certa para cristalizar. Esses processos podem ser replicados no laboratório, em tempos mais curtos, criando condições ideais para que a cristalização ocorra. Os laboratórios também podem cultivar cristais de sementes, que podem ser introduzidos para acelerar bastante a produção de grandes lotes de cristal de uma só vez.

Em uma escala de tempo um pouco mais curta, os acúmulos minerais, como estalactites e estalagmites, também são formados através do processo de cristalização. À medida que pequenas gotas de água são descartadas nesses cristais, os minerais dentro são integrados à estrutura cristalina já presentes e a água drena.

Questionário

1. Alguns cientistas argumentam que os cristais são uma forma de vida. Qual das seguintes afirmações suporta essa ideia? R. Os cristais podem se mover livremente B. através da cristalização, a montagem de cristais e cresce naturalmente C. Cristais são seres sencientes, com sistemas nervosos

Resposta à pergunta nº 1

B está correto. A cristalização é um processo que ocorre naturalmente e se assemelha a uma célula em crescimento. Embora muito mais simples, o crescimento dos cristais está ligado a um conjunto de regras derivadas das propriedades químicas das moléculas envolvidas.

2. Qual das alternativas a seguir não é um cristal? A. Ruby Gemstone B. Gold Bar C. Hélio Gas

Resposta à pergunta nº 2

C está correto. Obviamente, um gás não pode formar um cristal. De fato, o hélio deve ser super -resfriado antes mesmo de formar líquido. As moléculas estão se movendo muito rápido para formar uma estrutura estável e regular. A maioria das outras substâncias em forma sólida são cristais, menos algumas exceções. Isso inclui coisas como vidro, que não formam uma estrutura regular. Em vez de cristalização, materiais como vidro e plásticos transparentes congelam antes que uma estrutura possa ser configurada.

3. Você pega um pouco de água do mar do oceano. Você derrama -o em uma panela plana e a deixa sob a luz do sol. À medida que a água evapora, você começa a ver pequenos cristais se formando no fundo da panela. O que está acontecendo? R. Nada, eles estavam lá antes de B. À medida que a água evapora, os cristais presentes são simplesmente mais visíveis C. À medida que a água evapora, os sais cristalizam para fora da solução

Resposta à pergunta nº 3

C está correto. Menos água na panela significa uma maior concentração de sal. Quando o nível de sal excede o que a água pode manter, ele começa a cair da solução e inicia o processo de cristalização. Se deixado por vários dias, a água evaporará completamente, deixando apenas sal cristalizado. Não coma isso! Existem muitos tipos de sal, e esse não é o cloreto de sódio que você encontra em sua mesa.

Referências

  • Bruice, P. Y. (2011). Química Orgânica (6ª ed.). Boston: Prentice Hall.
  • Moore, J. T. (2010). Química Essential para manequins. Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
  • Silberberg, M. S. (2009). Química: A natureza molecular da matéria e da mudança (5ª ed.). Boston: McGraw-Hill Ensino Superior.

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