CRISTALLISATION Flashcards
(12 cards)
Définition de la cristallisation
Opération unitaire qui conduit à la formation et à la production de particules solides appelés cristaux.
La cristallisation est utilisée pour :
- La séparation de solide (cristallisation fractionnée)
Les solides entre eux sont séparés car leur solubilisation est différente dans le solvant commun. - Purification
Obtenir des cristaux aussi purs que possibles à partir d’une solution renfermant des impuretés. Lorsqu’il faut plusieurs cristallisations pour augmenter la pureté des cristaux, on parle de recristallisation. - Donner la bonne forme cristalline
La solubilité :
- Solubilité normale : Elle augmente avec l’augmentation de température Dissolution endothermique
- Solubilité inverse : Elle diminue avec l’augmentation de température
Dissolution exothermique (CaCO3) - Solubilité qui varie très peu avec la température (ex : NaCL)
Autres paramètres : mélange de solvant, le pH, force ionique des sels
Le choix du solvant :
Il faut choisir un solvant en fonction de la polarité du soluté
Si le soluté est apolaire il faut choisir un solvant apolaire et inversement
De plus, il faut choisir un solvant avec une forte variation de solubilité du solide avec la température, ainsi que la toxicité, influence sur la forme du cristal ou la température d’ébullition.
La sursaturation :
Lorsque la température arrive à la courbe de solubilité, il arrive fréquemment que la cristallisation n’apparait pas. Elle apparait souvent avec un certain retard. Dans cet état, la solution contient plus de soluté dissout qu’elle ne devrait à la température correspondante. A cet instant la cristallisation commence accompagnée d’un dégagement de chaleur. Cette courbe est appelée la courbe de sursaturation.
La courbe de sursaturation correspond à la concentration maximale réelle de soluté à laquelle apparait la cristallisation.
Le diagramme est composé de deux courbes de concentration en soluté dans un solvant qui délimitent 3 zones distinctes :
- Zone insaturée : Solution homogène donc pas de cristaux
- Zone métastable : présence de cristaux ou non en f (conditions opératoire)
- Zone sursaturée : présence obligatoire des cristaux
Force agissante de la cristallisation = Delta sursaturation
Obtentions de l’état de sursaturation d’une solution :
- Refroidissement
- Évaporation isotherme : Évaporation partielle du solvant
- Refroidissement par évaporation sous pression réduite
- Relargage après ajout d’un sel ou d’un solvant
- Précipitation : Réaction chimique pour laquelle le produit formé est un composé peu soluble dans le solvant utilisé
Les mécanismes de la cristallisation :
- La nucléation ou germination
- La croissance des cristaux
Ces deux phénomènes sont rapides, consécutifs et simultanés, ils ne peuvent pas être différenciés.
Le processus de cristallisation :
- L’amorçage :
La nucléation primaire doit être évité car elle est soudaine, non reproductible et difficile à maitriser. Création de mauvais cristaux (Poudre très fine, phase huileuse et prise en masse)
Pour éviter cela, il faut introduire des germes cristallins purs appelés amorces. On parle alors d’ensemencement ou d’amorçage. L’amorçage doit être fait impérativement dans la zone métastable. - La croissance des cristaux
Elle joue le rôle important et essentiel dans la taille et la forme des cristaux.
Développement des cristaux :
- Soustraction de matière à la solution
- Diffusion du soluté vers la surface du cristal
- Intégration d’atomes ou d’ions dans le réseau cristallin
Après avoir ensemencé, il faut refroidir suffisamment lentement la solution de manière à rester dans la zone métastable, proche de la courbe de solubilité.
La croissance des cristaux ne résulte pratiquement que du grossissement des amorces sans formation importante de nouveaux cristaux.
- La nucléation secondaire par cisaillement :
Cette une étape qui est inévitable mais qu’il faut minimiser.
Cette nucléation est associée à la formation de germes cristallins par fragmentation.
Elle peut être atténué en :
- Limitant la vitesse d’agitation et préférant un écoulement axial
- Maintenant le système proche de la courbe de solubilité
- Limitant la concentration des cristaux en suspension - L’agglomération des cristaux
Elle tend à diminuer le nombre de cristaux déjà formés, les cristaux se lient entre eux par des ponts cristallins - Le murissement
Les petits cristaux tendent à se dissoudre car ils sont moins stables que les gros et sont récupéré par les plus gros. Le phénomène peut être favorisé en alternant de faible réchauffement et refroidissement ou par une prolongation de l’agitation.
Appareils de cristallisation discontinue (réacteur) :
Cristallisation discontinue dans un réacteur chimique :
- Double enveloppe avec fluide caloporteur
- Système d’agitation à vitesse réglable et peu cisaillant (axial)
- Eviter les agitateurs à ancre, risque de décantation
- Le refroidissement doit se faire lentement et constant
- Si refroidissement trop intense le produit cristallise sur les parois
Appareils de cristallisation continue - le cristalliseur par évaporation :
La solution est surchauffée
* En raison de la hauteur de colonne, elle ne rentre pas en ébullition
* En arrivant dans la chambre de vaporisation, elle rentre en ébullition car la pression reviens à la pression atmosphérique
* La solution sursaturée descend au fond du récipient
* En présence des cristaux, il se produit la nucléation et la croissance des cristaux
* Les cristaux sont ensuite séparés par classement hydraulique. Les gros cristaux tombent au fond du réservoir et sont soutirés.
Cristallisation de masses fondues
Contrairement à la cristallisation en solution, il n’y a pas de phase liquide.
La cristallisation apparait à la température de fusion.
