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Crystal Growth: Principles of Crystallization

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Crystallization is a phase transformation process in which crystals are precipitated from a supersaturated solution or formed from other sources. During crystallization, atoms or molecules arrange themselves into a well-defined, rigid crystal lattice to minimize energy.
Initiating crystallization involves manipulating the concentration of the solute and the temperature of the solution. Since crystal growth occurs when the ratio of concentration and solubility of the solute in the solvent...
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Recrystallization: Solid–Solution Equilibria

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Recrystallization is a purification technique used to separate impurities from solid compounds. In this technique, no chemical reactions occur. Instead, it exploits physical properties only, specifically, the solubility differences between the desired compound and impurities, either at a single temperature or at different temperatures, and under other selected conditions. The solid-solution equilibrium (solubility equilibrium) of each component in the solution represents a binary phase...
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Jian-Ke Sun1,2, Yaroslav I Sobolev1, Weiyi Zhang3

  • 1Center for Soft and Living Matter, Institute for Basic Science, Ulsan, South Korea.

Nature
|March 6, 2020
PubMed
Resumen

La agitación con polímeros acelera el crecimiento de los cristales, produciendo cristales más grandes más rápido que los métodos estáticos. Esta nueva técnica impulsada por cizallamiento mejora el tamaño del cristal y la velocidad de formación para aplicaciones industriales.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de los materiales
  • Ingeniería Química
  • La cristalografía

Sus antecedentes:

  • El crecimiento de los cristales es crucial para la difracción de un solo cristal, los procesos industriales y las aprobaciones de medicamentos.
  • Los métodos tradicionales evitan las perturbaciones mecánicas como la agitación, que puede causar nucleación secundaria y reducir el tamaño del cristal.
  • El flujo de corte generalmente se considera perjudicial para el crecimiento de los cristales, lo que lleva a cristales más pequeños.

Objetivo del estudio:

  • Investigar el efecto de la agitación en presencia de polímeros en el crecimiento del cristal.
  • Para determinar si el corte puede aumentar el tamaño del cristal y la velocidad de crecimiento.
  • Para explorar un nuevo método para acelerar el crecimiento de cristales.

Principales métodos:

  • Estudió el crecimiento de cristales de ~ 20 compuestos diversos (orgánicos, inorgánicos, metales orgánicos, proteínas) en disolventes comunes.
  • Comparación del crecimiento de cristales bajo agitación con polímeros frente a condiciones estáticas a temperatura constante.
  • Se analizaron el tamaño de los cristales, la morfología y las tasas de crecimiento.

Principales resultados:

  • La agitación con polímeros aumentó significativamente el tamaño de los cristales (hasta 16 veces más grandes) y la velocidad de crecimiento en comparación con los controles estáticos.
  • Se obtuvieron cristales de facetas regulares en minutos a decenas de minutos.
  • Se identificaron dos efectos sinérgicos: la competencia entre el desenmarañamiento y la disolución de polímeros y la dependencia de la velocidad de cizallamiento del tamaño de las partículas.

Conclusiones:

  • La cristalización por corte en presencia de polímeros acelera el crecimiento y aumenta el tamaño del cristal.
  • Este método ofrece una valiosa alternativa a las técnicas tradicionales de crecimiento de cristales.
  • Aplicaciones potenciales en las industrias de materiales y farmacéuticas para la producción acelerada de cristales.