Cristalización FÍS.

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Física

Generalidades. Es el proceso de formación de los cristales de un sólido, bien a partir del estado fundido o líquido de la sustancia o sustancias que lo constituyen, mediante enfriamiento, bien a partir de una disolución de esta sustancia o sustancias, mediante evaporación del disolvente, o bien a partir de su vapor, al depositarse sobre una pared fría.

Debe aceptarse como punto de partida que los conceptos de sólido y cristal son equivalentes, es decir, que es característica esencial del estado sólido su estructura y morfología cristalina. Los sólidos cristalizados poseen una ordenación interna de sus constituyentes (átomos, iones o moléculas) en una red cristalina sujeta a determinadas reglas de simetría, que se pueden establecer cuantitativamente por técnicas de difracción de rayos X (v.), y que, cuando el proceso de c. ocurre en ciertas condiciones favorables, se traduce en la aparición de formas geométricas, características de cada especie sólida, que son los cristales.

Éstos pueden estar constituidos por una sola especie química pura de composición determinada (oro, azufre, cloruro sódico, sacarosa, etc.); por formas hidratadas de especies químicas que contienen uno o varios moles de agua (llamada agua de cristalización) por mol de sustancia (sulfato de cobre pentahidratado, ácido oxálico dihidratado, etc.); o por mezclas homogéneas de dos o más sustancias, con una relación de composición fija o variable, que constituyen los cristales mixtos (algunas aleaciones, como la de plata y oro, sales dobles, como los alumbres, o mezclas cristalinas, como la quinhidrona).

El proceso de c. se puede considerar desde distintos puntos de vista. Experimentalmente se ha comprobado que durante la solidificación y c. de una masa fundida, si corresponde a una especie pura, la temperatura permanece constante. Se debe este hecho a la compensación existente entre la pérdida de calor, ocasionada por el descenso de temperatura al enfriarse el fundido, y el calor que se desprende al ocurrir el cambio de estado. Este calor constituye el calor latente de solidificación, el cual se desprende porque, al ordenarse los componentes atómicos o moleculares en las posiciones más estables que les corresponden en la red, hay un desprendimiento de energía que es la que se libera al formarse uniones más estables entre estos constituyentes. La existencia de esta temperatura constante de solidificación, que además es característica de cada especie en particular, sólo se manifiesta si la sustancia que está cristalizando es una especie química pura. Cuando lo que se engendra son cristales mixtos (caso de las aleaciones intermetálicas plataoro, p. ej.), la velocidad de enfriamiento es menor que la del fundido, pero no se hace constante.

La c. de una sustancia disuelta en un determinado disolvente ocurre cuando se ha rebasado la concentración de saturación, entendiéndose por tal la cantidad máxima de sustancia disuelta por unidad de disolución o disolvente que puede permanecer disuelta a una determinada temperatura. El exceso sobre esta cantidad límite se separa en forma sólida y se va depositando en forma de cristal. Este comportamiento se utiliza para cristalizar sustancias solubles en adecuadós disolventes, a partir de disoluciones de las mismas que se evaporan a temperatura alta para separar el disolvente hasta la saturación, de modo que al enfriarlas a continuación, como la solubilidad normalmente disminuye con la temperatura, deben separarse los cristales. Al principio éstos son pequeños, pero aumentan de tamaño lentamente. Este proceso es de suma utilidad para purificar la sustancia que se cristaliza, dado que cuando se alcanza su saturación lo más probable es que la disolución sea todavía diluida respecto a las impurezas que pudiera llevar. La separación de los cristales formados de la disolución que los engendró se hace por filtración, y esta disolución separada constituye lo que se llaman aguas madres. Mediante este proceso se puede lograr la c. conjunta de dos i más sustancias y la formación de cristales mixtos, como se hace, p. ej., para preparar los alumbres (v. SULFATOS Y SULFATOS).

Mecanismo de la cristalización. Tanto al enfriar una masa fundida, como al rebasar la saturación de una disolución, si no está presente y en contacto ningún cristal ya formado o que pudiera haberse añadido entonces, se observa que la c. se inicia a partir de lo que se llaman gérmenes o núcleos del cristal. Éstos originalmente no existen, pero se forman durante el enfriamiento y, como demostró G. Tamman, la velocidad de aparición de los mismos es pequeña, por debajo de la temperatura de solidificación o saturación, pero aumenta, al descender ésta, hasta un máximo, y luego vuelve a decrecer hasta casi cero, de forma que si el enfriamiento se hace rápidamente, puede ocurrir que los gérmenes no aparezcan y no se formen los cristales a una temperatura en la que sólo los cristales son estables. Estos fenómenos reciben, respectivamente, el nombre de sobreen f riamiento y sobresaturación.

Sobre los gérmenes formados va creciendo el cristal a una velocidad que viene determinada por la de enfriamiento de la masa fundida o evaporación del disolvente. Si el enfriamiento o la evaporación son lentos, los cristales crecen poco a poco y se observa que de este modo se forman buenos cristales en forma de poliedros de conformación casi perfecta, los cuales crecen a veces hasta un tamaño considerable. La velocidad de crecimiento del cristal no es la misma para cada una de sus caras o planos reticulares, e incluso se pueden modificar estas velocidades variando las condiciones externas, con lo que las formas geométricas resultantes pueden ser distintas, aunque su simetría interior sea la misma. Si el enfriamiento es rápido sólo se consigue la formación de cristales de pequeño tamaño, que, aunque microscópicamente puedan tener buena conformación, no permiten lograr nada más que masas, conglomerados más o menos compactos, de estos microcristales.

V. t.: ESTADOS DE LA MATERIA II; CRISTALOGRAFÍA.

S. SENENT PÉREZ.

BIBL.: A. EUCKEN, Química Física, Madrid 1941; 1. EGGERT, Lehrbuch der Physsikalischen Chemie, Stuttgart 1960; B. HONIGMANN, Gleichgewichtsund Wachstums1ormen van kristallen, Darmstadt 1958.