Cristallizzazione spiegata ai bambini
Lavorazione del cristallo
La cristallizzazione è una tecnica che i chimici utilizzano per purificare i composti solidi. È una delle procedure fondamentali che ogni chimico deve padroneggiare per diventare abile in laboratorio. La cristallizzazione si basa sui principi della solubilità: i composti (soluti) tendono a essere più solubili in liquidi caldi (solventi) che in liquidi freddi. Se una soluzione calda satura viene lasciata raffreddare, il soluto non è più solubile nel solvente e forma cristalli di composto puro. Le impurità vengono escluse dai cristalli in crescita e i cristalli solidi puri possono essere separati dalle impurità disciolte mediante filtrazione.
Questa descrizione scientifica semplificata della cristallizzazione non fornisce un quadro realistico di come il processo si realizza in laboratorio. Piuttosto, il successo della cristallizzazione si basa su una miscela di scienza e arte; il suo successo dipende più dalla sperimentazione, dall'osservazione, dall'immaginazione e dall'abilità che dalle previsioni matematiche e fisiche. La comprensione del processo di cristallizzazione di per sé non farà di uno studente un maestro di cristallizzazione; questa comprensione deve essere combinata con la pratica di laboratorio per acquisire una certa competenza in questa tecnica.
Che cos'è la cristallizzazione in parole semplici?
La cristallizzazione si riferisce alla solidificazione di una sostanza liquida in un solido altamente strutturato i cui atomi o molecole sono disposti in un reticolo cristallino tridimensionale ben definito.
Come funziona la cristallizzazione semplice?
La cristallizzazione si basa sui principi della solubilità: i composti (soluti) tendono a essere più solubili nei liquidi caldi (solventi) che in quelli freddi. Se una soluzione calda satura viene lasciata raffreddare, il soluto non è più solubile nel solvente e forma cristalli di composto puro.
Che cos'è un solido cristallino per i bambini?
Un cristallo o solido cristallino è un materiale solido i cui costituenti (come atomi, molecole o ioni) sono disposti in una struttura microscopica altamente ordinata, formando un reticolo cristallino che si estende in tutte le direzioni.
Distillazione semplice
Ci sono tanti modi divertenti per imparare con i cristalli di sale. A noi piace sempre fare i cristalli di sale perché si formano in poche ore e non necessitano di refrigerazione. Tuttavia, più a lungo si lasciano i cristalli nell'acqua, più grandi saranno i cristalli. Noi abbiamo lasciato i nostri nei barattoli per due giorni prima di tirarli fuori.
I cristalli di sale si formano quando l'acqua della soluzione salina evapora. Quando ciò accade, l'acqua diventa supersatura e il sale si separa dall'acqua. Il sale si attacca alla pelliccia degli scovolini, formando dei cristalli! I cristalli di sale sono un esempio di legame ionico. Le molecole dei cristalli di sale aderiscono a un rigido schema di legame, per cui quando li si osserva con una lente d'ingrandimento o al microscopio, sono sempre quadrati o rettangolari! Non ci saranno mai bordi arrotondati su un cristallo di sale a causa del suo specifico schema di legame ionico.
Volete un programma di scienze per TUTTO L'ANNO CALENDARIO? Questo Mega Bundle di scienze infinite vi farà risparmiare tantissimo tempo e terrà i vostri studenti impegnati ed entusiasti dell'apprendimento. Questa straordinaria risorsa contiene 53 argomenti scientifici, tra cui scienze della vita, scienze fisiche, scienze della terra e studi sugli animali.
Cosa sono i cristalli
La cristallizzazione è il modo in cui gli atomi si riuniscono per formare gruppi strettamente legati o collegati. Separa un solido da un liquido o talvolta da un gas. La cristallizzazione può avvenire da una fusione o da una soluzione e può essere naturale o artificiale. Una cristallizzazione più rapida può produrre cristalli di dimensioni più piccole, come nel basalto, mentre una più lenta può produrre cristalli più grandi, come nel granito.
La cristallizzazione artificiale è una tecnica che forma cristalli solidi da una soluzione omogenea. Affinché la cristallizzazione avvenga, la soluzione deve essere sovrasatura. In parole povere, la soluzione deve contenere più molecole di soluto di quanto non ne contenga in condizioni ordinarie. Questo può essere ottenuto con vari metodi: evaporazione del solvente, raffreddamento, reazione chimica, "annegamento" sono i più comuni utilizzati nella pratica industriale.
Per chiarire le cose possiamo usare un semplice esempio. Prendiamo una ciotola d'acqua a cui aggiungiamo dei cristalli di zucchero. Continuiamo ad aggiungere zucchero fino a raggiungere una fase in cui non è più possibile sciogliere i cristalli. La soluzione così ottenuta è una soluzione satura. È interessante notare che possiamo sciogliere altri cristalli in questa particolare soluzione satura riscaldandola (poiché la solubilità dei soluti aumenta con l'aumento della temperatura, anche se si verificano casi eccezionali). L'innalzamento della temperatura provoca la dissoluzione di un maggior numero di cristalli di zucchero (formando così una soluzione supersatura), ma quando si lascia che la temperatura della soluzione raggiunga l'equilibrio con l'ambiente circostante, la solubilità del soluto diminuisce (perché la temperatura della soluzione è diminuita) e lo zucchero "in eccesso" così aggiunto cristallizza. Questo processo illustra essenzialmente la più semplice delle tecniche di sovrasaturazione.
Cristallo di sale
Il principio alla base della ricristallizzazione è che la quantità di soluto che può essere sciolta da un solvente aumenta con la temperatura. Nella ricristallizzazione, una soluzione viene creata sciogliendo un soluto in un solvente al punto di ebollizione o quasi. A questa temperatura elevata, il soluto ha una solubilità notevolmente aumentata nel solvente, quindi è necessaria una quantità di solvente caldo molto inferiore rispetto a quando il solvente è a temperatura ambiente. Quando la soluzione viene successivamente raffreddata, dopo aver filtrato le impurità insolubili, la quantità di soluto che rimane disciolta diminuisce precipitosamente. Alla temperatura più fredda, la soluzione è satura con una concentrazione di soluto molto più bassa. Il soluto che non può più essere trattenuto in soluzione forma cristalli purificati di soluto, che possono essere successivamente raccolti.
La ricristallizzazione funziona solo se si usa il solvente adatto. Il soluto deve essere relativamente insolubile nel solvente a temperatura ambiente, ma molto più solubile nel solvente a temperatura più elevata. Allo stesso tempo, le impurità presenti devono essere solubili nel solvente a temperatura ambiente o insolubili nel solvente ad alta temperatura. Per esempio, se si volesse purificare un campione di composto X contaminato da una piccola quantità di composto Y, un solvente appropriato sarebbe quello in cui tutto il composto Y si dissolve a temperatura ambiente, perché le impurità rimarranno in soluzione e passeranno attraverso la carta da filtro, lasciando solo i cristalli puri. Sarebbe appropriato anche un solvente in cui le impurità sono insolubili ad alta temperatura, perché rimarranno solide nel solvente bollente e potranno quindi essere filtrate. Quando si ha a che fare con delle incognite, è necessario verificare quale sia il solvente più adatto. Secondo l'adagio "Il simile dissolve il simile", un solvente che ha una polarità simile a quella del soluto da sciogliere di solito dissolverà molto bene la sostanza. In generale, un soluto molto polare sarà facilmente dissolto in un solvente polare e sarà piuttosto insolubile in un solvente non polare. Spesso è meglio disporre di un solvente con caratteristiche di polarità leggermente diverse da quelle del soluto, perché se la polarità dei due è troppo simile, è probabile che il soluto si dissolva almeno parzialmente a temperatura ambiente.