Passos no processo da cristalização

Passos no processo da cristalização

O primeiro passo num processo de cristalização é a Nucleação. É necessário criar condições no seio da mistura para as moléculas se aproximarem e darem origem ao cristal. A cristalização é uma operação unitária baseada, simultaneamente, nos mecanismos de transferência de massa e de quantidade de movimento. A“driving force” para a cristalização é a existência de sobresaturação na mistura líquida, ou seja, a existência de uma concentração de soluto na solução superior à concentração de saturação (limite de solubilidade). Este estado é naturalmente muito instável, daí ser possível a nucleação. Contudo, para haver cristalização é mesmo assim necessário ocorrer agitação ou circulação da mistura líquida, a qual provoca a aproximação e choque entre as moléculas, ocorrendo transferência de quantidade de movimento. A nucleação a que nos referimos até aqui é a Nucleação Primária (as próprias superfícies sólidas do cristalizador podem ser agentes de nucleação). Uma vez formados os primeiros cristais, pequenos fragmentos desses cristais podem transformar-se também em novos núcleos. Estamos perante a Nucleação Secundária. Muitas vezes, para tornar o processo de cristalização mais rápido, podem-se introduzir sementes (núcleos) no cristalizador.

Uma vez formado o núcleo o cristal começa a crescer, e entramos na etapa de crescimento do cristal. A velocidade de agitação ou circulação no cristalizador, o grau de sobresaturação, a temperatura, etc. são parâmetros operatórios que condicionam a velocidade de crescimento dos cristais e as características do produto final. Por exemplo, um grau de sobresaturação demasiado elevado e, consequentemente, uma situação muito instável do ponto de vista termodinâmico, pode dar origem a uma velocidade de nucleação muito elevada. Formam-se muitos núcleos simultaneamente e o produto final é formado por cristais muito pequenos.

A cristalização é, como já se descreveu, uma operação que exige, para a sua modelização, o conhecimento das relações de equilíbrio entre fases (líquido/sólido). Nas equações da velocidade de nucleação ou da velocidade de crescimento é preciso ter sempre em conta o afastamento do equilíbrio, ou seja a diferença entre a concentração real existente na mistura e a concentração de saturação (grau de sobresaturação).

Uma das características do processo de cristalização é a de que o mesmo composto pode dar origem a formas cristalinas diferentes (polimorfismo) dependendo das condições de operação. Os diferentes tipos de cristais, que correspondem a condições termodinâmicas, no estado sólido, diferentes para o mesmo composto, terão propriedades distintas (velocidade de dissolução, ponto de fusão, forma, etc.) e, como tal, correspondem a produtos diferentes. É o caso, por exemplo, da produção do carbonato de cálcio, por cristalização, o qual pode ser fabricado em diferentes formas cristalinas. O controlo da forma cristalina do composto a separar é um aspecto fundamental e extremamente difícil da cristalização industrial.