Рекристаллизация: равновесия в твердом растворе

Перекристаллизация — это метод очистки, используемый для отделения примесей от твердых соединений. В этом методе не происходит никаких химических реакций. Вместо этого он использует только физические свойства, в частности, различия в растворимости между желаемым соединением и примесями либо при одной температуре, либо при разных температурах и в других выбранных условиях. Равновесие твердого раствора (равновесие растворимости) каждого компонента в растворе представляет собой бинарное фазовое равновесие, при котором компонент распределяется между твердой фазой и фазой раствора. В состоянии равновесия химический потенциал любого отдельного компонента в фазе раствора равен потенциалу в твердой фазе.

На первом этапе перекристаллизации соединение растворяют в минимальном количестве горячего растворителя для получения насыщенного раствора. Нерастворенные примеси удаляют из раствора фильтрованием при этой температуре. Затем раствору дают остыть. В этот момент растворимость искомого соединения снижается, что приводит к образованию мелких кристаллов. Затем раствор фильтруют, чтобы сохранить очищенные кристаллы на фильтрационной среде.

Растворитель играет существенную роль в процессе рекристаллизации. Для перекристаллизации, основанной на растворимости при различных температурах, растворитель или пары растворителей выбирают так, чтобы желаемое соединение было растворимым в растворителе при высоких температурах, но нерастворимым в растворителе при низких температурах. Другим фактором при выборе растворителя является то, что примеси должны быть растворимы в растворителях при всех выбранных температурах.

Скорость охлаждения также играет значительную роль в рекристаллизации, особенно в определении размера и качества кристаллов. Быстрое охлаждение способствует образованию мелких кристаллов, тогда как медленное охлаждение способствует росту крупных и, как правило, более чистых кристаллов.