Vì sao nước kết tinh trước khi kết tinh
|
Kết tinh (tiếng Anh: crystallization) là một quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo khiến hình thành một thể rắn mà trong đó các nguyên tử hoặc phân tử được tổ chức thành một cấu trúc gọi là tinh thể. Có nhiều cách hình thành tinh thể, chẳng hạn khi có sự kết tủa trong dung dịch, khi có sự đông đặc hoặc hiếm gặp hơn nữa là khi diễn ra sự lắng đọng trực tiếp của chất khí. Các thuộc tính của tinh thể phụ thuộc phần lớn vào những yếu tố như nhiệt độ, áp suất không khí và trong trường hợp tinh thể lỏng thì là thời gian chất lỏng bay hơi.
Kết tinh xảy ra theo hai bước chính. Bước đầu tiên là tạo mầm (nucleation), đó là sự xuất hiện của pha tinh thể từ một chất lỏng siêu lạnh hoặc một dung môi siêu bão hòa. Bước thứ hai là tăng trưởng tinh thể (crystal growth), đó là sự gia tăng kích thước của các hạt và tiến đến trạng thái tinh thể. Một đặc điểm quan trọng ở bước này là các hạt cấu kết lỏng lẻo tạo thành các lớp ở bề mặt tinh thể, lấp vào các lỗ hay vết nứt, v.v. Phần lớn các loại khoáng chất và hợp chất hữu cơ kết tinh một cách dễ dàng; các tinh thể thu được thường có chất lượng tốt, tức là hầu như không nhìn thấy tì vết. Tuy nhiên, các phân tử sinh học kích thước lớn hơn, chẳng hạn như protein, thường rất khó kết tinh. Tính dễ dàng kết tinh phụ thuộc nhiều vào cường độ của các lực nguyên tử (trường hợp chất khoáng), các lực liên phân tử (trường hợp là chất hữu cơ và sinh hóa) hoặc các lực nội phân tử (trường hợp các chất sinh hóa). Kết tinh cũng là một kỹ thuật hóa học để tách chất rắn với chất lỏng, theo đó sẽ chuyển khối lượng lớn chất tan từ dung dịch lỏng sang trạng thái tinh thể rắn nguyên chất. Quá trình này sẽ được thực hiện trong thiết bị kết tinh. Kết tinh có liên quan đến sự kết tủa, mặc dù kết quả cho ra không phải là ở dạng vô định hình hoặc hỗn loạn, mà là trạng thái tinh thể. Có hai loại kết tinh: loại thứ nhất là muối hình thành từ sự kết hợp của cation và anion, ví dụ muối natri axetat; loại thứ hai là loại trung hòa, chẳng hạn menthol.[1]
Kết tinh là thuật ngữ được nghe khá nhiều trong đời sống hằng ngày. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ quá trình kết tinh là gì hay bản chất thật sự của nó. Hãy cùng tìm hiểu ngay qua những chia sẻ dưới đây để hiểu rõ hơn. Bạn đang xem: Sự kết tinh là gì Kết tinh là gì?Kết tinh là hiện tượng hóa cứng các phân tử hoặc nguyên tử trong một chất tạo thành dạng tinh thể có cấu trúc cao hơn. Bên cạnh đó, kết tinh còn định nghĩa là kỹ thuật dùng để tách chất rắn với lỏng. Khi quá trình này xảy ra sẽ chuyển dung dịch ở trạng thái lỏng sang rắn và ở dạng tinh thể.  Kết tinh là gì? Để sở hữu được tinh thể thì có rất nhiều cách như kết tủa trong dung dịch, sự lắng đọng của chất khí hoặc đông đặc các chất. Tuy nhiên, sự kết tinh xảy ra còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như áp suất không khí hay nhiệt độ và cả thời điểm thích hợp. Quá trình kết tinh diễn ra như thế nào?Thực tế, quá trình kết tinh diễn ra theo hai bước cơ bản. Nếu thiếu một trong hai bước thì tinh thể sẽ chẳng thể được tạo nên một cách hoàn chỉnh. Tạo mầm: Đây là bước đầu tiên của quá trình kết tinh. Ở bước này, các phân tử hoặc nguyên tử sẽ bắt đầu tập hợp hay còn được gọi là pha tinh thể.Tăng trưởng tinh thể: Đây là bước tiếp theo của quá trình kết tinh. Các nguyên tử và phân tử hợp nhau có kích thước lớn hơn và dần đi đến ổn định về mặt cấu trúc để tạo nên tinh thể.Hai bước này xảy ra không đồng thời. Tạo mầm phải diễn ra trước rồi mới đến tăng trưởng. Nếu quá trình tạo mầm gặp phải vấn đề thì kết tinh sẽ không có được kết quả như mong muốn. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinhViệc sắp xếp các hạt trong quá trình tạo mầm để tạo nên tinh thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Nếu những yếu tố này không tác động thì chắc chắn tinh thể sẽ không được tạo ra Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình kết tinh Nhiệt độ môi trường khi diễn ra quá trình kết tinh: Nhiệt độ phải ở mức thích hợp thì các nguyên tử, phân tử mới tập hợp lại với nhau.Nồng độ của các hạt: Nồng độ phải ở mức lý tưởng thì các hạt mới di chuyển và tác động với nhau.Áp suất và tinh khiết của vật liệu: Đây cũng là yếu tố quan trọng tác động đến quá trình này.Ngoài ra, kết tinh còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường xung quanh và cả trạng thái của các chất. Nếu dung dịch trong trạng thái quá bão hòa thì quá trình kết tinh sẽ diễn ra. Với các dung dịch siêu bão hòa thì kết tinh sẽ không thể xảy ra. Lúc này, chúng ta cần phải cho thể tinh thể hạt để thúc đẩy quá trình tạo mầm.Xem thêm: Kinh Doanh Nhượng Quyền Là Gì ? Những Điều Cần Biết Về Nhượng Quyền Kinh Doanh Một số ví dụ về quá trình kết tinh trong cuộc sốngTrong cuộc sống, chúng ta sẽ bắt gặp rất nhiều hiện tượng kết tinh. Bất kỳ vật liệu nào cũng có thể kết tinh. Tuy nhiên, quá trình này có thể diễn ra tự nhiên, nhân tạo hoặc theo thời gian địa chất. Thời gian diễn ra quá trình sẽ tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau. Một số trường hợp kết tinh tự nhiênKết tinh mật ong trong bìnhQuá trình bông tuyết hình thànhHình thành thạch nhũ và măng đáTinh thể đá quý lắng đọng.Quá trình kết tinh từ tự nhiên Các trường hợp kết tinh nhân tạoQuá trình đá quý tổng hợp được sản xuấtTạo các tinh thể đường trong bình kínMột số phương pháp kết tinh để tạo tinh thểThực tế, để có được tinh thể thì chúng ta có rất nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, quá trình thực hiện còn tùy thuộc vào nguyên liệu hiện có ban đầu. Dưới đây là cách cách để tạo tinh thể phổ biến mà bạn nên biết. Làm lạnh dung dịch hoặc làm tan chảy: Việc làm lạnh các dung dịch sẽ giúp cho quá trình kết tinh xảy ra. Lúc này tinh thể rắn sẽ được tạo thành.Dùng phương pháp bay hơi: Phương pháp này thường được áp dụng cho chất lỏng. Khi bay hơi thì phần còn lại sẽ ở dạng tinh thể lắng đọng.Thăng hoa: Đây là quá trình chuyển đổi trạng thái vật chất từ rắn qua khí.Hòa tan chất trong dung môi: Đây là phương án phổ biến nhất. Quá trình sẽ diễn ra khi nhiệt độ của dung dịch được tăng lên để chất tan đi vào dung dịch. Sau đó, sẽ lọc hỗn hợp ẩm để loại bỏ đi những tạp chất. Phần dung dịch còn lại sẽ để nguội và chúng sẽ kết tinh từ từ. Quá trình này diễn ra thành công, nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ làm lạnh của dung dịch và cả sự bay hơi của dung môi.Lời kếtQua những thông tin mà bài viết chia sẻ, chắc hẳn bạn đã hiểu rõ hơn về quá trình kết tinh là gì? Nó diễn ra như thế nào và những yếu tố nào ảnh hưởng đến quá trình kết tinh. Trong sản xuất và gia công đá quý thì quá trình kết tinh diễn ra rất thường xuyên. Để có thể tạo được thành phẩm hoàn hảo thì người thực hiện cần phải có am hiểu về vấn đề này. Đồng thời, đảm bảo điều kiện tác động ở mức hoàn hảo nhất. daiquansu.mobi là đơn vị đã có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cung cấp và gia công các loại đá quý, trang sức. Khi đến với chúng tôi, quý khách hàng sẽ được sở hữu sản phẩm hoàn thiện, chất lượng. Mọi chi tiết vui lòng liên hệ Nấu đường và kết tinh đường là công đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng và tính tinh tế của quá trình sản xuất đường tinh luyện từ mía. Bài này, chúng ta cùng tìm hiểu về Phần 1 quá trình này nhé! 1. Lý thuyết quá trình kết tinhMục đích của quá trình nấu đường là tách nước ra khỏi mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hoà để thực hiện quá trình kết tinh đường. Sản phẩm sau khi nấu đường là đường non và mật cái. Hình dạng tinh thể saccharoseTinh thể đường saccharose kết tinh từ dung dịch thuộc hệ đơn tà có 3 trục (hai trục thẳng và một trục nằm nghiêng). Tuy nhiên hình dạng tinh thể đường có thể thay đổi tuỳ theo chất không đường có trong dung dịch, nhiệt độ thực hiện quá trình kết tinh, hệ số bão hoà… Độ hoà tan của đường saccharose trong nước, và trong dung dịch không tinh khiếtĐộ hoà tan của đường saccharose trong nước được biểu diễn bằng số gam đường trong 1 gam nước. Trong dung dịch không tinh khiết độ hoà tan của đường saccharose phụ thuộc vào các chất không đường, một số thì làm tăng độ hoà tan của saccharose như: KCl, NaCl…, một số khác thì ngược lại như: K2SO4… Hệ số bão hoà (α’): Là tỷ số giữa hệ số hoà tan saccharose trong dung dịch đường không tinh khiết (H1) và hệ số hoà tan trong dung dịch tinh khiết (H0) trong cùng điều kiện về nhiệt độ:
Hệ số bão hoà phụ thuộc vào độ tinh khiết dung dịch và chất lượng chất không đường có trong dung dịch. Hệ số bão hoà có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất, nó thể hiện ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đối với quá trình sản xuất. Hệ số quá bão hoà (α): Là tỷ số giữa lượng đường hoà tan trong một đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu (H) với lượng đường hoà tan trong một phần nước của dung dịch bão hoà (H1) ở cùng nhiệt độ:
Hệ số quá bão hòa có ý nghĩa quyết định đối với quá trình kết tinh, hiệu suất kết tinh và chất lượng sản phẩm. Đối với dung dịch saccharose tinh khiết H1 = H0. Trong dung dịch đường không tinh khiết việc xác định H1 khá phức tạp, vì vậy trong thực tế đối với dung dịch đường không tinh khiết người ta tra theo bảng độ hoà tan đường tinh khiết, từ đó tìm được hệ số bão hoà biểu kiến (α1) theo công thức: α1 = H/H0 Sự liên hệ giữa hệ số quá bão hoà thực, hệ số quá bão hoà biểu kiến và hệ số bão hoà dung dịch: α1 = α1/α’ Động học của quá trình kết tinh đườngSaccharose là chất rất khó xuất hiện nhân tinh thể trong dung dịch quá bão hoà của nó. Theo thực nghiệm, tinh thể chỉ xuất hiện khi α > 1,3 ÷ 1,4. Để tăng tốc độ xuất hiện tinh thể, người ta áp dụng các biện pháp kích thích tạo mầm hay phương pháp tinh chủng, lúc đó tinh thể sẽ xuất hiện ở giá trị α = 1,2 ÷ 1,25. Theo quan điểm động học, quá trình xuất hiện nhân tinh thể trong môi trường lỏng là hiện tượng liên hợp của các phân tử chất hoà tan di động. Điều kiện cần thiết để tạo nhân tinh thể là có sự tập tụ cục bộ của các phân tử chất hoà tan và phân bố các phân tử này vào vị trí của chúng trong lưới tinh thể. Vậy, các tinh thể nằm trên ranh giới của 2 quá trình kết tinh và hoà tan. Theo Silin: Trên bề mặt tinh thể và dung dịch luôn xảy ra hai quá trình:
Tốc độ kết tinhLà lượng đường kết tinh trong 1 phút trên 1m2 bề mặt tinh thể, đơn vị (mg/m2.phút):
Bề mặt tinh thể phụ thuộc vào số lượng của chúng, nếu lượng tinh thể càng nhiều, kích thước càng nhỏ, bề mặt tinh thể càng lớn, lượng đường kết tinh nhiều. Bề mặt mỗi tinh thể phụ thuộc vào khối lượng của nó theo công thức:
Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinhDựa trên cơ sở nghiên cứu và kết quả thực nghiệm, Silin cho rằng quá trình kết tinh chủ yếu là quá trình khuếch tán và ông giải thích như sau:
Qua đó, ta nhận thấy tốc độ kết tinh chính là tốc độ khuếch tán. Theo định luật Fick: lượng đường khuếch tán S tỷ lệ thuận với hiệu số nồng độ (C – C’), bề mặt khuếch tán F, thời gian kết tinh τ, và tỷ lệ nghịch với đoạn đường khuếch tán d:
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh
2. Quá trình hoá học của giai đoạn nấu đườngSau khi được tạo thành tinh thể đường saccharose rất bền, hầu như chúng không có sự biến đổi cề cấu trúc cũng chư các biến đổi đặc biệt khác khi nhiệt độ dưới 70°C. Tuy nhiên lớp mật bao quanh tinh thể không bền, do đó đường non không bền. Sự thay đổi của đường non trong quá trình kết tinh chủ yếu phụ thuộc vào thành phần mật cái. Sự phân giải đườngTrong giai đoạn nấu đường xãy ra quá trình chuyển hoá đường saccharose thành đường khử, sự chuyển hoá này phụ thuộc vào nhiệt độ nấu đường và pH đường non. Dưới tác dụng của nhiệt độ, đường khử sẽ phản ứng với các acid amin tạo thành những hợp chất màu, ngoài ra đường khử bị phân huỷ thành các sản phẩm không lên men. Tách cặn lắng đọng muối phi đườngTrong quá trình kết tinh một số acid hữu cơ chuyển thành hợp chất không tan và kết tủa dưới dạng muối canxi, muối magie. Các chất khác (như: tinh bột pectin…) có khả năng kết tinh cùng đường saccharose và liên kết bền trong tinh thể đường. Hiện tượng khó nấuKhi nấu một số mẻ đường có xuất hiện hiện tượng như: đường non đặc cứng lại trong nồi, bốc hơi chậm, không kết tinh được… Hiện tượng này thường xảy ra khi mật chè chứa lượng muối canxi cao, ngoài ra khi dung dịch có pH cao thì quá trình nấu đường chậm (vì một phần đường ở dạng saccarat). Khi mía nguyên liệu còn non, chất keo nhiều, độ nhớt lớn thì quá trình nấu đường cũng gặp khó khăn, đặc biệt là khi nấu các loại đường có chất lượng thấp. >> Đón xem: Tổng quan về Nấu đường và Kết tinh trong Công nghệ mía đường (P2) FOODNK |
