La cristallizzazione è uno dei metodi più utilizzati soprattutto nell’ambito della chimica organica per purificare e isolare composti chimici.
La cristallizzazione frazionata è usata sia al livello industriale che in laboratorio per separare delle sostanze aventi solubilità diverse.
Se si lascia cristallizzare una miscela di due o più sostanze presenti in una soluzione, ad esempio lasciando diminuire la temperatura della soluzione, si ottiene un precipitato che contiene prevalentemente la sostanza meno solubile.
Nel caso di elettroliti poco solubili il successo della tecnica dipende dalla differenza dei loro prodotti di solubilità.
La cristallizzazione frazionata si verifica sia da soluzioni che da un solido fuso costituito da due o più componenti che è lasciato raffreddare lentamente.
La cristallizzazione frazionata di solido fuso sfrutta la diversa temperatura di cristallizzazione dei veri componenti.
In natura, infatti, la cristallizzazione frazionata costituisce il principale processo che determina la formazione dei magmi.
Serie di Bowen
Il processo di cristallizzazione, infatti, avviene secondo un ordine preciso secondo la serie di Bowen. Per primi cristallizzano i minerali che hanno la temperatura di fusione maggiore come l’olivina costituita prevalentemente da silicato di magnesio appartenente alla famiglia dei neosilicati che cristallizza a una temperatura tra 1200 e 1300 °C. A seconda del tipo di minerale il destino può essere duplice.
Bowen scoprì infatti che esistevano due tipi di sequenze di cristallizzazione diverse:
- Serie discontinua
- Serie continua
Nella serie discontinua dopo che l’olivina si è formata la temperatura inizia a decrescere e reagisce con i silicati per dare i pirosseni:
Mg2SiO4 + SiO2 → 2 MgSiO3
i quali a loro volta reagiscono con il fuso per dare gli anfiboli e infine tettosilicati come il quarzo e si ottengono a mano a mano che il processo prosegue minerali diversi.
Nella serie continua i plagioclasi che hanno formula generale (Na,Ca)(Si,Al)4O8 iniziano a cristallizzare parallelamente all’olivina ma in modo diverso: per primo cristallizza quello che contiene il calcio e progressivamente si arricchisce di sodio e silice con formazione di tectosilicati.
In campo industriale la cristallizzazione frazionata viene utilizzata, ad esempio in campo petrolchimico per separare ad esempio miscele di isomeri.