التبلور: العملية ، الأنواع ، الأمثلة ، الانفصال - كيمياء - 2026

و تبلور هي عملية المادية التي تتشكل طبيعيا أو اصطناعيا صلبة بلورية، أي أمر هيكل من الوسط السائل أو الغازي. وهو يختلف عن الترسيب في حقيقة أن الأخير يتطور دون تحكم صارم في معاملات العملية ، وأيضًا أنه يمكن أن ينتج مواد صلبة غير متبلورة وجيلاتينية.

الهدف من التبلور ، كما يشير اسمه ببساطة وبوضوح ، هو توليد البلورات. هذه لا تتميز فقط بأنها منظمة ، ولكن أيضًا بكونها مواد صلبة نقية. لذلك ، في تركيب المركبات الصلبة ، يتم السعي للحصول على منتجات ذات نقاوة عالية ، بلورات نقية قدر الإمكان.

تبلور مذاب افتراضي أرجواني اللون في محلول مائي. المصدر: غابرييل بوليفار.

توضح الصورة أعلاه تبلورًا معممًا وافتراضيًا لمذاب أرجواني في محلول مائي.

لاحظ أن الشريط الأحمر يعمل كمقياس حرارة. عندما تكون درجة الحرارة عالية ، يحتوي المحلول على مادة مذابة ، والتي تظل قابلة للذوبان في ظل هذه الظروف. ومع ذلك ، مع انخفاض درجة الحرارة تدريجيًا ، تبدأ أول بلورات أرجوانية في الظهور.

مع استمرار انخفاض درجة الحرارة ، ستنمو البلورات في الحجم لتشكل سداسيات أرجوانية قوية. يشير التغيير في لون المحلول إلى أن المادة المذابة انتقلت من الذوبان إلى الاندماج في البلورات النامية. كلما كان التبلور أبطأ ، كان الحصول على المادة الصلبة البلورية أنقى.

هناك متغيرات أخرى يجب مراعاتها أثناء هذه العملية: مقدار المذاب المذاب في المذيب المحدد ، ودرجة الحرارة التي يجب تسخين المحلول فيها ، ومدة استمرار التبريد ، ومدى ضرورة اللجوء إلى التحريض الصوتي أو عدمه ، من بين أمور أخرى. النواحي.

إن عملية التبلور ، أكثر من كونها ظاهرة معقدة تتضمن الديناميات الجزيئية والديناميكا الحرارية ، هي فن يتطلب التعلم المستمر والتجارب والأخطاء ، حتى يتم إتقانها داخل المختبر أو في الصناعة.

عملية التبلور

يتكون التبلور بشكل أساسي من عمليتين: التنوي ونمو البلورات.

تحدث كلتا المرحلتين دائمًا أثناء التبلور ، ولكن عندما تحدث الأولى بسرعة ، لن يكون لدى الثانية وقت للتطور. في هذه الأثناء ، إذا كان التنوي بطيئًا ، فسيكون أمام البلورات مزيد من الوقت للنمو ، وبالتالي ، فإنها ستميل إلى أن تكون أكبر. هذا الأخير هو الوضع المفترض في الصورة مع السداسي الأرجواني.

تنوي

كانت البلورات في الأصل عبارة عن مواد صلبة ذات هياكل مرتبة. من المحلول الذي يتشتت فيه المذاب في حالة اضطراب ، يجب أن تقترب جزيئاته بدرجة كافية بحيث تسمح تفاعلاتها ، سواء أكانت أيونية أو من نوع Van der Walls ، بترسيب المجموعة الأولى من الجسيمات الذائبة: الكتلة.

يمكن أن تذوب هذه الكتلة وإعادة تشكيلها عدة مرات حسب الضرورة حتى تصبح مستقرة وبلورية. ثم قيل أن النواة الأولى قد ظهرت. إذا ظهرت النواة من العدم ، أي من تجانس الوسط نفسه أثناء تبريده ، فسيكون نواة متجانسة.

من ناحية أخرى ، إذا حدثت النواة المذكورة بفضل السطح الذي يوفره جسيم صلب آخر غير قابل للذوبان ، أو بسبب عيوب الحاوية ، فسنحصل على نواة غير متجانسة. هذا الأخير هو الأكثر استخدامًا ومعروفًا ، خاصةً عند إضافة بلورة صغيرة ، تم الحصول عليها مسبقًا ، من الأنواع التي نريد بلورتها إلى المحلول.

لا يمكن أبدًا أن تتكون البلورات من الهواء الرقيق دون التنوي أولاً.

نمو البلورات

لا يزال هناك الكثير من المذاب المذاب في المحلول ، لكن تركيز المذاب في هذه النوى أعلى منه في محيطها. تعمل النوى كدعامات لجزيئات أكثر ذائبة لتستقر و "تتلاءم" بين هياكلها النامية. بهذه الطريقة ، يتم الحفاظ على أشكالهم الهندسية وتنمو تدريجيًا.

على سبيل المثال ، النوى الأولى في الصورة عبارة عن أشكال سداسية أرجوانية ؛ هذه هي هندستك. عندما يتم دمج الجسيمات الذائبة ، تنمو النوى إلى بلورات سداسية قوية ، والتي ستستمر في النمو أكثر إذا تم غمر المحلول في حمام جليدي.

أنواع التبلور

ما تم شرحه حتى الآن يتكون من التبلور عن طريق تبريد المذيب.

إزالة التبلور بالمذيبات

تعتمد الأنواع الأخرى من التبلور على إزالة المذيب عن طريق التبخر ، حيث لا يلزم استخدام حجم كبير منه ؛ وهذا يعني أنه يكفي فقط تشبعه بالمذاب وتسخينه لتشبعه ثم أكثر قليلاً ، ثم تركه في حالة سكون ، حتى يتبلور المذاب في النهاية.

بلورة إضافة المذيبات

وبالمثل ، لدينا التبلور الناتج عن إضافة مذيب إلى الخليط حيث يكون المذاب غير قابل للذوبان (مضاد للمذيبات). لذلك ، سيتم تفضيل التنوي نظرًا لوجود مناطق متحركة وسائلة حيث تكون الجسيمات الذائبة أكثر تركيزًا من تلك التي تكون فيها شديدة الذوبان.

التبلور عن طريق الصوتنة

من ناحية أخرى ، هناك تبلور عن طريق الصوتنة ، حيث تقوم الموجات فوق الصوتية بتوليد وكسر فقاعات صغيرة تعزز التنوي مرة أخرى ، في نفس الوقت الذي يساعد فيه على توزيع أحجام الكريستال بشكل متساوٍ.

وأخيرًا ، هناك تبلور من ترسب البخار على الأسطح الباردة ؛ وهذا يعني الظاهرة العكسية لتسامي المواد الصلبة.

طريقة فصل التبلور

يعتبر التبلور تقنية لا غنى عنها عند الحصول على المواد الصلبة وتنقيتها. إنه متكرر جدًا في تركيب المركبات العضوية ، ويمثل إحدى المراحل الأخيرة لضمان نقاء وجودة المنتج.

مثال على صبغ

لنفترض ، على سبيل المثال ، أنه تم الحصول على بلورات الصبغة وأنه تم ترشيحها بالفعل. نظرًا لأنه تم الحصول على هذه الصبغة في البداية عن طريق الترسيب في التخليق ، فإن صلابتها تُظهر مظهر غير متبلور ، حيث تحتوي على العديد من الشوائب التي تمتصها وتحتجز بين بلوراتها الجزيئية.

لذلك ، تقرر تسخين مذيب حيث تكون الصبغة قابلة للذوبان قليلاً ، بحيث تذوب بسهولة نسبية عند إضافتها. بمجرد الذوبان بعد إضافة المزيد من المذيبات ، يتم فصل المحلول عن مصدر الحرارة وتركه للراحة. مع انخفاض درجة الحرارة ، يحدث التنوي.

وهكذا ، تتشكل بلورات الصبغة وتظهر أكثر تحديدًا (ليس بالضرورة أن تكون بلورية للعين). في هذه اللحظة بالذات يتم غمر الحاوية (عادة دورق مخروطي أو دورق) في حمام جليدي. ينتهي برد هذا الحمام لصالح نمو البلورات فوق النواة.

يتم بعد ذلك ترشيح بلورات الصبغة بالمكنسة الكهربائية ، وغسلها بمذيب تكون فيه غير قابلة للذوبان ، وتترك لتجف في زجاج الساعة.

درجة حرارة التبلور

تعتمد درجة الحرارة التي يحدث عندها التبلور على مدى عدم ذوبان المادة المذابة في وسط المذيب. وبالمثل ، يعتمد ذلك على درجة غليان المذيب ، لأنه إذا لم يذوب المذاب بعد عند درجة حرارة الغليان ، فذلك بسبب ضرورة استخدام مذيب آخر أكثر ملاءمة.

على سبيل المثال ، المواد الصلبة التي يمكن أن تتبلور في الوسط المائي ستفعل ذلك عندما ينخفض ​​الماء درجة حرارته (أي من 100 إلى 50 درجة مئوية) ، أو أثناء تبخره. إذا حدث التبلور عن طريق التبخر ، فيقال أنه يحدث في درجة حرارة الغرفة.

من ناحية أخرى ، يحدث تبلور المعادن أو بعض المواد الصلبة الأيونية في درجات حرارة عالية جدًا ، حيث تكون نقاط انصهارها عالية جدًا ، ويكون السائل المنصهر متوهجًا ، حتى عندما يتم تبريده بدرجة كافية لتكوين جزيئاته و تنمو بلوراتك.

معدل التبلور

من حيث المبدأ ، هناك طريقتان مباشرتان للتحكم في معدل تبلور المادة الصلبة: من خلال درجة التشبع الفائق (أو التشبع الفائق) ، أو عن طريق التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة.

درجة التشبع الفائق

تعني درجة التشبع الفائق مقدار المذاب الزائد الذي يتم إجباره على الذوبان عن طريق تطبيق الحرارة. لذلك ، كلما زاد تشبع المحلول ، زادت سرعة عملية التنوي ، نظرًا لوجود احتمال أكبر لتكوين النوى.

على الرغم من تسريع التبلور بهذه الطريقة ، فإن البلورات التي تم الحصول عليها ستكون أصغر مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها بدرجة منخفضة من التشبع الفائق ؛ أي عندما يتم تفضيل نموهم وليس التنوي.

تغيرات درجة الحرارة

إذا تم تخفيض درجة الحرارة بشكل حاد ، فلن يكون لدى النوى وقت للنمو ، وليس ذلك فحسب ، بل ستحتفظ أيضًا بمستويات أعلى من الشوائب. والنتيجة هي أنه على الرغم من أن التبلور يحدث بشكل أسرع من التبريد البطيء ، فإن جودة وحجم ونقاء البلورات تصبح أقل.

تبلور سريع بسبب الانخفاض المفاجئ في درجة الحرارة. المصدر: غابرييل بوليفار.

الصورة أعلاه تعمل على النقيض من الأول. تمثل النقاط الصفراء الشوائب التي يتم احتجازها بداخلها بسبب النمو المفاجئ للنواة.

تجعل هذه الشوائب من الصعب دمج المزيد من الأشكال السداسية الأرجوانية ، مما ينتج عنه الكثير من البلورات الصغيرة غير النقية في النهاية ، بدلاً من البلورات النقية الكبيرة.

التطبيقات

يعتبر تبلور الآيس كريم من أهم جوانب إنتاجه الصناعي أو الحرفي. المصدر: Pixabay.

يعتبر التبلور وكذلك إعادة التبلور أمرًا حيويًا للحصول على مواد صلبة نقية عالية الجودة. بالنسبة لصناعة الأدوية ، هذا صحيح بشكل خاص لأن منتجاتهم يجب أن تكون نقية قدر الإمكان ، تمامًا مثل المواد الحافظة المستخدمة في صناعة الأغذية.

علاوة على ذلك ، تعتمد تقنية النانو اعتمادًا كبيرًا على هذه العملية حتى تتمكن من تصنيع الجسيمات النانوية أو البلورات النانوية ، بدلاً من المواد الصلبة البلورية القوية.

أحد الأمثلة اليومية التي يشارك فيها التبلور بشكل كبير في إنتاج الآيس كريم. إذا لم تكن حريصًا على الماء ، فإنه يتبلور في مرحلة منفصلة (جليد) عن محتواه الدهني ، مما يؤثر على قوامه ونكهته ؛ أي أنه سيكون أشبه بالآيس كريم أو الآيس كريم.

لذلك ، يجب أن تكون بلورات الثلج صغيرة قدر الإمكان ، بحيث يكون الآيس كريم ناعمًا حسب الذوق واللمس. عندما تكون بلورات الثلج هذه كبيرة بعض الشيء ، يمكن اكتشافها في الضوء لأنها تعطي الآيس كريم سطحًا متجمدًا.

أمثلة على التبلور

أخيرًا ، سيتم ذكر بعض الأمثلة الشائعة عن التبلور ، الطبيعي منها والاصطناعي:

رقاقات الثلج

تتشكل رقاقات الثلج من خلال عملية تبلور طبيعية. من المعروف أن كل بلورة ثلجية فريدة من نوعها. هذا بسبب الظروف التي تحدث خلال المرحلة الثانية من التبلور (النمو).

ترجع الأشكال الهندسية المختلفة التي تظهر عليها بلورات الثلج إلى الظروف التي يجب أن تواجهها أثناء نمو البلورات.

ملح

الملح هو المثال الأكثر شيوعًا للتبلور. يمكن أن يتشكل بشكل طبيعي (مثل ملح البحر) ومصطنع (كما هو الحال مع ملح الطعام).

السكر

يعد السكر أحد أكثر البلورات شيوعًا بعد الملح. يتم تشكيله من خلال سلسلة من العمليات الصناعية المعقدة التي يتم فيها أخذ عصير قصب السكر وإخضاعه لعملية تبلور اصطناعية.

الماس

الماس هو حجر كريم يتكون من تبلور الكربون النقي. هذه أصعب مادة معروفة على هذا الكوكب. يمكن أن يكون تكوينه طبيعيًا ، كما هو الحال مع الماس الموجود في رواسب التعدين ، أو الاصطناعية.

روبي

روبي عبارة عن بلورة ضاربة إلى الحمرة تتشكل من تبلور أكسيد الألومنيوم (coridon).

الصواعد

الصواعد هي الهياكل التي يمكن العثور عليها في الكهوف ، وتحديدا في التربة (تنمو مدببة لأعلى). وهي تتكون من مركبات الكالسيوم وتتكون من تبلور أملاح الكالسيوم الموجودة في الماء الذي يسقط من أسقف الكهوف.

الهوابط

الهوابط ، مثل الصواعد ، مصنوعة من الكالسيوم وتوجد في الكهوف. وهي تختلف عن الأخيرة لأنها تتدلى من الأسقف. تتشكل من خلال تبلور أملاح الكالسيوم الموجودة في المياه التي تتسرب إلى الكهوف.

كوارتز

الكوارتز جوهرة تتشكل من تبلور أنهيدريد السيليسي. إنه أحد أكثر المعادن وفرة في الصخور ولونه متغير.

الزبرجد

يسمى أيضًا الزبرجد الزيتوني ، يتكون هذا الحجر الكريم بفضل تبلور الحديد والمغنيسيوم. إنه أخضر اللون وعادة ما يكون على شكل ماسي.

سيليكات

السيليكات هي مواد تم إنشاؤها عن طريق بلورة السيليكا وعناصر أخرى (الحديد والألمنيوم والكالسيوم والمغنيسيوم). هم موجودون في جميع الصخور.

حلوى

تصنع الحلوى من بلورات السكر ، لذلك يمكن القول أن عمليتي بلورة تتدخلان: الأولى لتكوين السكر والثانية لتكوين دبس السكر.

آيس كريم كريمي

يحتوي الآيس كريم الكريمي على سلسلة من البلورات التي تمنحه ملمسًا ناعمًا نهائيًا. من بين البلورات التي يحتوي عليها الآيس كريم الكريمي ، تبرز بلورات الدهون (المكونة من الدهون) وبلورات الثلج. وتجدر الإشارة إلى أن بعض أنواع الآيس كريم تحتوي أيضًا على بلورات اللاكتوز.

بهذا المعنى ، يتم الحصول على الآيس كريم من خلال العديد من عمليات التبلور الاصطناعية (واحدة للدهون ، وواحدة للثلج وواحدة للاكتوز).

الآخرين

- تحضير بلورات السكر حول خيط أو حبل ومحلول حلو مفرط التشبع

- تشكل بلورات السكر من العسل المترسب في قاع البرطمانات

- نمو حصوات الكلى والتي تتكون من جوهر بلورات أكسالات الكالسيوم

- تبلور المعادن ، بما في ذلك الأحجار الكريمة والألماس ، على مر السنين ، والتي تكون أشكالها وحوافها انعكاسًا لهياكلها الداخلية المنظمة

- ترسيب الأبخرة المعدنية الساخنة على القضبان الباردة كدعم لنمو بلوراتها.

المراجع

1. داي ، ر. ، أندروود ، أ. (1989). الكيمياء التحليلية الكمية. (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول.
2. ويكيبيديا. (2019). بلورة. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (23 مايو 2019). تعريف التبلور. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. جامعة كولورادو. (سادس). بلورة. الكيمياء العضوية. تم الاسترجاع من: orgchemboulder.com
5. سيريس. (2019). ما هو التبلور؟ تم الاسترجاع من: syrris.com