La cristallizzazione è un processo fondamentale attraverso il quale si origina un solido costituito da atomi o molecole organizzati in un reticolo cristallino. Questo fenomeno è ampiamente diffuso in natura durante la formazione dei minerali, che possono derivare dal raffreddamento di materiali fusi, come nel caso delle rocce intrusive solidificatesi all’interno della crosta terrestre.
Processo di cristallizzazione e formazione dei cristalli
Durante il graduale processo di raffreddamento, si assiste alla formazione di cristalli di dimensioni considerevoli, a differenza delle rocce effusive derivanti dalla solidificazione della lava sulla superficie terrestre, dove la cristallizzazione avviene rapidamente, dando luogo a una roccia amorfa con microcristalli dispersi.
Aspetto termodinamico della cristallizzazione
Il passaggio da uno stato di maggiore disordine a uno stato più ordinato comporta una riduzione dell’entropia. Tuttavia, l’energia libera diminuisce a causa dell’energia di legame generata dalla formazione di legami stabili, seguendo principi termodinamici.
Fasi del processo di cristallizzazione
La cristallizzazione avviene in due principali fasi: la nucleazione, che consiste nella formazione del primo nucleo cristallino, e l’accrescimento del cristallo, che comporta la crescita dei cristalli stessi.
Aspetto cinetico della cristallizzazione
La dimensione dei cristalli formatisi dipende dalla velocità relativa di nucleazione e di accrescimento. Cristalli di dimensioni ridotte si formano quando la velocità di nucleazione è maggiore di quella di accrescimento, mentre cristalli di dimensioni maggiori si originano quando la velocità di nucleazione è inferiore a quella di accrescimento.
Applicazioni pratiche della cristallizzazione
La cristallizzazione viene impiegata principalmente per purificare sostanze, le quali vengono sciolte a caldo in un solvente idoneo all’interno di una beuta. Successivamente, la soluzione viene filtrata per eliminare le prime impurità e lasciata raffreddare gradualmente per favorire la formazione dei cristalli. La scelta del solvente riveste un ruolo cruciale nel processo, poiché deve presentare determinate caratteristiche come potere solvente, reattività, e facilità di rimozione dal prodotto purificato.
Metodo alternativo di cristallizzazione
Un approccio meno comune sfrutta la diversa solubilità del composto da purificare in due solventi differenti. Il composto viene disciolto in un solvente adatto, e la soluzione riscaldata. Aggiungendo una piccola quantità di un secondo solvente in cui il soluto è poco solubile, si arresta il processo non appena la soluzione inizia a intorbidirsi. Lasciando raffreddare lentamente la soluzione, si favorisce la formazione dei cristalli.
