التبلور الجزئي (الكيمياء)

في الكيمياء، يُعدّ التبلور الجزئي تقنية فصل مرحلية تعتمد على تغير الطور بين السائل والصلب. تُجزّئ هذه التقنية المكونات بناءً على اختلافات درجة حرارة التبلور، مما يُتيح تنقية الخلائط متعددة المكونات، شريطة ألا يعمل أيٌّ من مكوناتها كمذيب للآخر. وبفضل الانتقائية العالية لتوازن الطورين الصلب والسائل، يُمكن الحصول على نقاوة عالية جدًا للمكون المُختار.

تبدأ عملية التبلور بالتجميد الجزئي للمزيج السائل الأولي عن طريق خفض درجة حرارته تدريجيًا. ويكون للطور الصلب المتجمد لاحقًا تركيب مختلف عن السائل المتبقي. هذا هو المبدأ الفيزيائي الأساسي وراء عملية تجزئة المصهور، وهو مشابه جدًا للتقطير الذي يتم بين الطورين السائل والغازي.

تنمو البلورات على سطح مُبرّد أو كمعلق في السائل. تُسحب الحرارة المنبعثة من عملية التصلب عبر سطح التبريد أو عبر السائل. نظريًا، يُمكن تجميد المنتج بالكامل واستعادته. عمليًا، يتطلب الوصول إلى مستويات نقاء عالية تطبيق استراتيجيات مختلفة، مثل الصهر الجزئي للجزء الصلب (التعرق) .

تتميز عملية التبلور التجزيئي بمزايا عديدة مقارنةً بتقنيات الفصل الأخرى. فهي تُتيح تنقية المواد في الغلايات المغلقة، مما يسمح بالحصول على درجات نقاء عالية جدًا حتى للمكونات الصعبة. علاوة على ذلك، وبفضل انخفاض درجة حرارة التشغيل ، يكون الإجهاد الحراري المُطبق على المنتج منخفضًا للغاية، وهو أمر بالغ الأهمية للمنتجات التي قد تتكتل أو تتحلل لولا هذه التقنية. كما أن التبلور التجزيئي تقنية آمنة بطبيعتها، نظرًا لعملها عند ضغوط ودرجات حرارة منخفضة، فضلًا عن أنها لا تستخدم أي مذيبات ولا تُصدر أي انبعاثات. وأخيرًا، نظرًا لأن حرارة التصلب الكامنة أقل بمقدار 3 إلى 6 مرات من حرارة التبخر ، فإن استهلاك الطاقة يكون أقل بكثير مقارنةً بالتقطير.

تتضمن عملية التبلور الجزئي عدة خطوات رئيسية:

1. التبلور : هذه هي المرحلة الأولية حيث يتم تبريد المادة المراد تنقيتها. أثناء التبريد، تبدأ بلورات عالية النقاوة بالتشكل على سطح التبريد. وتتحقق هذه النقاوة لأن الشوائب تميل إلى البقاء في الحالة السائلة بدلاً من الاندماج في البنية البلورية.
2. التصريف : بعد تكوّن البلورات، تتمثل الخطوة التالية في إزالة السائل المتبقي الذي يحتوي على تركيز أعلى من الشوائب. تساعد عملية التصريف هذه على فصل البلورات النقية عن السائل غير النقي.
3. التعرق : هذه المرحلة عبارة عن عملية انصهار جزئي مُتحكم بها. تعمل على تنقية المنتج بشكل أكبر عن طريق صهر جزء صغير فقط من البلورة. يؤدي الانصهار إلى إطلاق الشوائب العالقة داخل أو بين هياكل البلورة وفصلها. ولأن الشوائب تُسبب انخفاضًا في درجة التجمد ، فإن المادة الأقل نقاءً تميل إلى الانصهار أولًا، مما يُسهل عملية الفصل.
4. الذوبان الكامل : في الخطوة الأخيرة، تُذاب المادة المتبلورة المتبقية، والتي تُمثل الآن المنتج النقي، بشكل كامل. يُسهّل هذا الذوبان الكامل إزالة المادة النقية من جهاز التبلور، ويُهيئها للمعالجة اللاحقة.

تتوفر ثلاث تقنيات مختلفة للتبلور الجزئي:

• استخلاص الماء البارد
• التبلور الجزئي (الجيولوجيا)
• التجميد الجزئي
• نمو القاعدة المسخنة بالليزر
• تقنية ضخ الثلج
• إعادة التبلور (الكيمياء)
• بلورة البذور
• بلورة أحادية
• التبلور بالذوبان

• "تبلور الجزيئات الصغيرة" ( ملف PDF ) على موقع معهد إلينوي للتكنولوجيا
• " التبلور الجزئي بالصهر الخالي من المذيبات " على موقع الهندسة الكيميائية
• تقنيات التبلور الجزئي من سولزر

سي. أ. سوش، التبلور الجزئي، مجلة الكيمياء الفيزيائية 1898، 2 (1)، 43-50؛ DOI: 10.1021/j150001a002