Kristalleştirme

Kristalleştirme veya kristalizasyon, katı bir maddenin uygun bir çözücü içinde çözünmesi sonrasında çöktürülmesi yoluyla katı ve sıvı fazlarının birbirinden ayrılmasını sağlayan işlem.

Bir funda üzerinde buzlanma sonrası oluşmuş kristalizasyon.

Kar kristalleri üzerinde ilk araştırmaları yapan Amerikalı Wilson Bentley, elli yıl boyunca kar kristalinin 6.000 fotoğrafı çekmiştir. (Üreten: Wilson Bentley, 1902) Genellikle çapları 2-4 mm, ağırlıkları ise yaklaşık 0,005 gram'dır. Kar tanesi, oluşmaya başladığı zamanki sıcaklığa ve neme göre şekil alır. Nadiren yaklaşık -2 ° C derecede kar taneleri simetrik üçgen şeklinde oluşur. Kar tanelerinin çoğu çıplak gözle düzensiz görünür, ama resimlerde şekillerin çekiciliği nedeniyle mükemmele yakın görülebilir. İnce ve düz şekilli kristaller hava 0 ila -3 °C arasında oluşur. -3 ila -8 °C arasında kristaller iğne, içi boş sütunlar veya prizmalar (uzun ince kalem şekli) şeklinde oluşur. -8 ila -22 °C arasında tabak şekline döner ve bazen dallı ve dendritik özellikler taşır. Sıvı ile buz arasındaki buhar basıncının maksimum farkı yaklaşık -15 °C derecede görülür ve bu ısıda kristaller sıvı damlacıklarını tüketerek hızla büyürler. -22 °C derece altında kristaller sütun şekline girer ancak çok daha karmaşık büyüme modellerine de sahiptir. Sütunlar, düzlemler, yan-düzlemler, kurşun-rozetler gibi şekiller oluşur. Eğer bir kristal yaklaşık −5 °C derecede sütun şeklinde bir büyüme eğiliminde ise, bu sütunlar daha sıcak bir havaya rastladığında sütunun sonunda bir tabak-plaka veya dendritik şekiller oluşur ve bu kristallere "şapkalı sütun" denir.

Yöntem

Önce uygun çözücü seçilir. Bu amaç için kullanılacak ideal bir çözücü soğukta az, sıcakta çok çözüyor olmalıdır. Maddeyi çözebilmeli safsızlıkları çözmemelidir. Madde ile reaksiyon vermemelidir.

Saflaştırılacak madde çözücü içinde ısıtılarak tamamen çözülmesi sağlanır. Çözücü su ise ısıtma işlemi için bek ya da elektrikli ısıtıcı; çözücü organik bir madde ise kaynama noktasına göre su banyosu kullanılmalıdır. Organik maddeler hiçbir suretle bek veya elektrikli ısıtıcıda ısıtılmamalıdır.

Daha sonra süzme işlemine geçilir. Süzme işlemi içinse, süzgeç kağıdı huninin tepesinden 0,5 cm. aşağıda kalacak şekilde kesilmeli, büyüklüğü huni kadar olmalıdır. Bir erlenin içine birkaç damla çözücü konup, üzerine süzgeç kâğıtlı huni yerleştirilir. Su banyosuna bırakılır. Böylece çıkan çözücü buharlarının huniyi ve süzgeç kağıdını ıslatması sağlanır. Maddenin daha hızlı süzülmesi için süzgeç kağıdı pilelendirilebilir. Beherden huniye madde aktarılırken cam baget kullanılır. Süzme işlemi sonunda üstte safsızlık, altta çözücü içinde saf madde kalır.

Madde renkli safsızlıklar içeriyorsa süzmeden önce bu safsızlıkların adsorblanması gerekir. Bunun için sıcak çözelti ısıtıcıdan uzaklaştırılır, biraz soğuduktan sonra çok az miktarda aktif kömür katılır, karıştırılır, birkaç dakika kaynatılır. Aktif kömür büyük moleküllü safsızlıkları adsorblayarak uzaklaştırır. Daha sonra sıcak çözelti süzülerek aktif kömürden ayrılır.

Süzme işlemi sonunda altta toplanan süzüntü üzeri saat camı ile kapatılarak soğumaya (kristallenmeye) bırakılır. Maddeyi, kristallenme sırasında karıştırmak çok ince kristaller oluşmasına sebep olur ve bunlar safsızlıkları tutarlar. Bu yüzden süzüntü oda sıcaklığında kendi halinde bırakılarak soğutulmalıdır.

Bir süre beklendikten sonra kristallenme başlamamışsa şu yöntemlere başvurulmalıdır:

• Çözücü ısıtılarak buharlaştırılmalı, böylece maddenin çözeltideki derişimi artırılmalıdır.
• Çözelti aşırı doygun olmuşsa kristallenmeyi başlatmak için aşılama yapılmalıdır.

Aşılama iki şekilde olur:

• Cam baget kristallenmeyen çözeltiye daldırılıp çıkarılır. Bagete üflendiğinde yine kristallenme görülmezse çözücüyü uçurup, derişimi artırmak gerekir.
• Çözeltiye bir miktar benzoik asit katılır ve kristallenme görülür.

Kristallenme tamamlandıktan sonra çözücüyü ortamdan çekmek için Nuçe erleni ve Büchner hunisi kullanılır. Bu süzme işlemi için de önce süzgeç kağıdı yanlardan taşmayacak şekilde huninin ölçüsüne göre kesilir. Bir miktar çözücü ile ıslatılır. Çözelti huniye dökülür. Damlama bittikten sonra erlendeki çözücü başka bir kaba aktarılır ve madde içinde çözücü kalmaması için erlen trompa bağlanır. Vakum uygulanır. Maddenin içinde çözücü kalması kurutma süresini uzatır ve safsızlık oluşturur.

Kristalleri üzerinde bulunduran süzgeç kağıdı spatül ile huni üzerinden alınır ve üzerinde süzgeç kâğıtları bulunan saat camı üzerinde kurutulur. Kurutma işleminde etüv kullanılır. Etüvün sıcaklığı, maddenin erime noktasına göre ayarlanmalıdır.

İşlem bitiminde saflık kontrolü yapılır. Bu kontrol katı maddeler için; kromatografi, erime noktası veya kırılma indisi tayini ile olabilmektedir.