La cristalización es un proceso mediante el cual se forma un sólido cristalino a partir de un gas, líquido o incluso de una solución. ¿Sabes cuándo dejas una charola con agua al aire libre y al pasar el tiempo se forman cristales de hielo? Bueno, eso es un ejemplo de cristalización.

Este proceso ocurre cuando las moléculas de una sustancia se juntan en un patrón estructurado y repetitivo, formando lo que llamamos un cristal. Los cristales se pueden formar en muchas formas y tamaños, y todos tienen una característica en común: un patrón repetitivo.

Ahora, veamos un ejemplo clásico de cristalización: la formación de cristales de sal. Imagina que tienes un vaso de agua y agregas sal en él hasta que no se puede disolver más, lo que llamamos una solución saturada. Si luego dejas el agua evaporarse lentamente, verás que la sal comienza a formarse en pequeños cristales. Eso es porque las moléculas de sal se están agrupando de nuevo en su patrón cristalino, formando cristales sólidos de sal.

Un aspecto importante a tener en cuenta en la cristalización es la velocidad a la que se lleva a cabo. Si el proceso es demasiado rápido, los cristales pueden no tener tiempo para formarse correctamente, resultando en cristales imperfectos o más pequeños. Por otro lado, si el proceso es lento, es más probable que se formen cristales más grandes y mejor formados.

Ejemplos de Cristalización

1. Cristales de Sal: Como mencioné anteriormente, si disuelves sal en agua hasta que no pueda absorber más (creando una solución saturada) y luego permites que el agua se evapore, la sal se cristalizará, formando cristales sólidos.
2. Cristalización del Azúcar: Cuando haces caramelo o fudge, calientas azúcar en agua hasta que se disuelva y luego lo dejas enfriar. A medida que se enfría, el azúcar comienza a formar cristales, dando al caramelo su textura crujiente.
3. Formación de Nieve: La nieve se forma cuando el vapor de agua en el aire se enfría y se cristaliza, formando los bellos y únicos copos de nieve.
4. Formación de Geodas: Las geodas son rocas que contienen una cavidad interna revestida de minerales o cristales. Se forman en burbujas de gas en flujos de lava o en espacios vacíos en sedimentos que luego se llenan de agua mineralizada. A medida que el agua se evapora, los minerales se cristalizan en las paredes internas de la roca.
5. Cristalización de Proteínas: En la investigación bioquímica, las proteínas a menudo se cristalizan para poder estudiar su estructura con técnicas como la cristalografía de rayos X.
6. Diamante: El diamante es una piedra preciosa que se forma a partir de la cristalización de carbono puro. Este es el material más duro que se conoce en el planeta. Su formación puede ser natural, como sucede con los diamantes que se encuentran en yacimientos mineros, o sintética.
7. Rubí: El rubí es un cristal de color rojizo que se forma a partir de la cristalización del óxido de aluminio (coridón).
8. Estalagmitas: Las estalagmitas son estructuras que se pueden encontrar en cuevas, específicamente en los suelos (creciendo de punta hacia arriba). Están compuestas por compuestos de calcio y se forman a partir de la cristalización de las sales de calcio que se encuentran en el agua que cae de los techos de las cuevas.
9. Estalactitas: Las estalactitas, al igual que las estalagmitas, son de calcio y se encuentran en las cuevas. Se diferencian de estas últimas porque cuelgan de los techos. Se forman por la cristalización de las sales de calcio presentes en el agua que se infiltra en las cuevas.
10. Cuarzo: El cuarzo es una gema que se forma a partir de la cristalización de anhídrido silícico. Es uno de los minerales que más abundan en las rocas y su color es variable.
11. Caramelos: Los caramelos se hacen con cristales de azúcar, por lo que se puede decir que intervienen dos procesos de cristalización: el primero para la formación del azúcar y el segundo para la formación de la melaza.

Métodos de cristalización

Existen varios métodos de cristalización, dependiendo del tipo de sustancia y el objetivo que se quiera alcanzar. Aquí te dejo algunos ejemplos:

• Cristalización por Enfriamiento: Este es uno de los métodos más comunes de cristalización. Involucra calentar una solución a una temperatura elevada, en la que el soluto es completamente soluble, y luego permitir que la solución se enfríe lentamente. A medida que la solución se enfría, la solubilidad del soluto disminuye y comienza a formarse cristales. Un ejemplo de esto sería la formación de cristales de azúcar en la fabricación de caramelos.
• Cristalización por Evaporación: Este método implica permitir que el solvente de una solución se evapore, dejando atrás el soluto, que luego se cristaliza. La cristalización de la sal del agua de mar es un ejemplo de este método.
• Cristalización Fraccionada: Este método se utiliza cuando se tienen dos o más solutos en una solución, y cada uno tiene una solubilidad diferente a una determinada temperatura. Al enfriar la solución, el soluto menos soluble cristalizará primero, y puede ser separado. Un ejemplo de esto es la separación de los diferentes componentes de petróleo.
• Cristalización por Precipitación: En este método, se agrega un reactivo a la solución que reacciona con el soluto para formar un compuesto menos soluble que precipita fuera de la solución en forma cristalina. Un ejemplo de esto es la precipitación de cloruro de plata al agregar cloruro de sodio a una solución de nitrato de plata.
• Cristalización de Proteínas: Es un método utilizado en bioquímica donde las proteínas son disueltas en una solución y luego se provoca su cristalización para poder estudiar su estructura. Esto a menudo se logra ajustando factores como el pH, la temperatura, la concentración de sal y la adición de otros agentes precipitantes.

¿Cómo ocurre el proceso de cristalización?

El proceso de cristalización consta de dos eventos principales:

Nucleación

Las moléculas se juntan en grupos de una manera definida. Los conglomerados deben ser estables en las condiciones experimentales actuales para alcanzar el «tamaño crítico del conglomerado» o se volverán a disolver. Es este punto del proceso de cristalización el que define la estructura cristalina.

Crecimiento de cristales

Los núcleos que han logrado con éxito el «tamaño crítico del grupo» comienzan a aumentar de tamaño. El crecimiento de cristales es un proceso dinámico, en el que los átomos se precipitan de la solución y se vuelven a disolver. La sobresaturación y el sobreenfriamiento son dos de las fuerzas impulsoras más comunes detrás de la formación de cristales.

El desarrollo de procesos de cristalización representa un tema complejo y desafiante, que requiere el control simultáneo de varias propiedades del producto, incluida la pureza, el tamaño y la forma de los cristales y la estructura sólida a nivel molecular.

El control de la fase de nucleación es difícil pero es la clave para el control del proceso; Los químicos de cristalización usualmente apuntan a lograr objetivos de alta pureza y alto rendimiento utilizando únicamente técnicas de cristalización por enfriamiento controlado.