การตกผลึก มีกระบวนการเกิดขึ้นได้อย่างไร และจำแนกออกเป็นกี่ประเภท

การตกผลึก (Crystallization)

การตกผลึก (Crystallization) คือ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของการเกิดผลึกของแข็งหรือ “คริสตัล” (Crystals) ในสารละลายเนื้อเดียว (Homogeneous Solution) ทั้งที่อยู่ในสถานะของเหลว (Liquid) และก๊าซ (Gas and Vapor)

เมื่อสารละลายดังกล่าวเกิดการอิ่มตัวอย่างยิ่งยวดจากตัวถูกละลาย (Solute) ซึ่งสสารส่วนใหญ่ในธรรมชาติสามารถละลายได้ดีในตัวทำละลาย (Solvent) ที่มีอุณหภูมิสูง ดังนั้น เมื่อสารละลายอุณหภูมิสูงดังกล่าวเย็นตัวลง จึงก่อให้เกิดการแยกตัวของสารเกิดเป็นผลึกของแข็ง ซึ่งเรียกว่า การตกผลึก การตกผลึก

การตกผลึก จึงนับเป็นกระบวนการแยกสารหรือวิธีการทำสารให้บริสุทธิ์ที่เก่าแก่วิธีหนึ่ง ซึ่งนิยมนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและการวิจัยในด้านต่าง ๆ ทั้งจากประสิทธิภาพในการแยกสารและความคุ้มค่าด้านพลังงาน ซึ่งในปัจจุบัน กระบวนการตกผลึกถูกนำมาใช้ประโยชน์มากมาย ทั้งในการผลิตเกลือบริโภค หรือการผลิตผลึกของธาตุแกลเลียม (Gallium) และซิลิคอน (Silicon) รวมไปถึงการผลิตน้ำตาลชนิดต่าง ๆ อีกด้วย

การตกผลึก
นาเกลือและผลึกเกลือ

การเกิดกระบวนการตกผลึก

การทำให้ตัวถูกละลายในสารละลายตกผลึก สารละลายดังกล่าวจะต้องอิ่มตัวอย่างยิ่งยวด จากการมีปริมาณของตัวถูกละลายไม่ว่าจะอยู่ในรูปของอะตอม โมเลกุล หรือไอออน มากกว่าปกติภายใต้สภาวะสมดุล (Equilibrium) ของสารละลายอิ่มตัว ซึ่งผลึกที่สมบูรณ์ของสารแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและโครงสร้างที่แตกต่างกันออกไป ตามกระบวนการตกผลึกหรือการเย็นตัวลงของสารละลายดังกล่าว โดยทั่วไป สารละลายอิ่มตัวที่มีอุณหภูมิลดต่ำลงอย่างรวดเร็วมักก่อให้เกิดผลึกของแข็งหรือคริสตัลขนาดเล็ก ขณะที่การเย็นตัวลงอย่างช้า ๆ มักก่อให้เกิดผลึกที่มีขนาดใหญ่

กระบวนการตกผลึกประกอบไปด้วย 2 ขั้นตอนหลัก คือ

  • การเกิดเกล็ดหรือนิวเคลียสของผลึก (Nucleation) คือ จุดเริ่มต้นของการสร้างนิวเคลียสหรือการเกิดเกล็ดของผลึก จากการรวมตัวกันของโมเลกุลตัวถูกละลาย เกิดเป็นกลุ่ม (Cluster) ของสารกระจายตัวอยู่ในสารละลาย จนกระทั่งการรวมตัวดังกล่าวสามารถคงตัวอยู่อย่างมั่นคง จึงก่อให้เกิดนิวเคลียสหรือเกล็ดของผลึกขึ้นในท้ายที่สุด แต่ถ้าหากการจับกลุ่มกันไม่สามารถคงอยู่อย่างเสถียรภาพ โมเลกุลของสารจะสลายตัว และถูกนำกลับไปละลายในสารละลายอีกครั้ง ดังนั้น การเกิดผลึกจึงต้องมีการจับกลุ่มกันของโมเลกุลซึ่งมีขนาดที่มั่งคงและมีเสถียรภาพ จากปัจจัยทางด้านอุณหภูมิ ความดัน และความอิ่มตัวยิ่งยวด (Supersaturation) ของสาร นอกจากนี้ รูปแบบหรือโครงสร้างของคริสตัลและผลึก เกิดจากการเรียงตัวของเกล็ดหรือนิวเคลียสของผลึกในขั้นตอนนี้นั่นเอง
  • การขยายตัวของผลึก (Crystal Growth) คือ การเติบโตของผลึกหรือคริสตัล จากการเติบโตของนิวเคลียสที่มีเสถียรภาพ การขยายตัวของผลึกจะยังคงดำเนินต่อไปตราบเท่าที่สารละลายยังอิ่มตัวด้วยตัวถูกละลาย ซึ่งสารละลายที่ยังหลงเหลืออยู่หลังจากกระบวนการตกผลึก ถูกเรียกว่า “สารละลายตั้งต้น” (Mother Liquors)

การตกผลึกของสารทั้ง 2 ขั้นตอนนั้น เกิดขึ้นเฉพาะในสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเท่านั้น โดยมีอัตราการเกิดนิวเคลียสและการขยายตัวของผลึกเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อขนาดและรูปร่างของผลึกที่เกิดขึ้น รวมไปถึงคุณสมบัติอื่น ๆ ของสาร อย่างเช่น ความบริสุทธิ์และความเข้มข้นของสาร ซึ่งสารประกอบหลายชนิดสามารถสร้างผลึกที่มีโครงสร้าง ขนาด และคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไป

การตกผลึกในธรรมชาติ

ตัวอย่างของการตกผลึกตามมาตราทางธรณีกาล (Geological Time Scale)

  • การเกิดแร่ธาตุและอัญมณี
  • การเกิดหินงอก (Stalactites) และหินย้อย (Stalagmites)

ตัวอย่างของการตกผลึกในช่วงเวลาปกติ

  • การเกิดเกล็ดหิมะ (Snow) และผลึกน้ำแข็ง (Ice Crystals)
  • การตกผลึกของน้ำผึ้งและเกลือ
ผลึกน้ำผึ้ง

การตกผลึกสามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท คือ

  • การตกผลึกด้วยการลดอุณหภูมิ คือ การตกผลึกที่มีวัตถุประสงค์เพื่อการแยกสารหรือแยกตัวถูกละลายที่เป็นของแข็งออกจากตัวทำละลาย ซึ่งการตกผลึกประเภทนี้ ถูกนำมาใช้ในการผลิตน้ำตาลซูโครส (Sucrose) น้ำตาลแล็กโทส (Lactose) และกรดซิตริก (Citric Acid) รวมไปถึงในขั้นตอนของการแยกส่วน (Fractionation) น้ำมันออกจากไขมัน
  • การตกผลึกด้วยการแช่แข็ง คือ การเกิดผลึกน้ำแข็งระหว่างการแช่แข็ง (Freezing) อย่างเช่น การแช่แข็งอาหาร
  • การตกผลึกด้วยการระเหย คือ การตกผลึกที่เกิดจากการระเหยของน้ำหรือตัวทำละลายอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้สารละลายที่ถึงจุดอิ่มตัว เกิดการตกผลึกในทันที โดยผลึกที่เกิดขึ้นจะมีขนาดค่อนข้างเล็กและไม่สามารถขยายตัวหรือเพิ่มขนาดได้อีก

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

New World Encyclopedia – https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Crystallization

ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/33072

Food Network Solution Co., Ltd. – http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0268/crystallization

Anne Marie Helmenstine, Ph.D. – https://www.thoughtco.com/definition-of-crystallize-605854


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : การตอบสนองของพืช (Plant Responses)

เรื่องแนะนำ

สมองยามหลับใหล

สมองยามหลับใหล ผู้คนสมัยก่อนนอนหลับต่างจากเราในปัจจุบัน พวกเขาเข้านอนตอนพระอาทิตย์ตกและตื่นนอนตอนรุ่งสาง บ้างนอนกันเป็นกลุ่มๆ หรือนอนกันกลางแจ้งเพราะอากาศเย็นสบายกว่า และแสงอาทิตย์มีผลต่อรอบการนอน (circadian rhythm) โดยตรงมากกว่า เมื่อปี 2002 แครอล เวิร์ทแมน และเมลิซา เมลบีย์ จากมหาวิทยาลัยเอเมอรีตีพิมพ์ผลสำรวจเชิงเปรียบเทียบเกี่ยวกับพฤติกรรมการนอนหลับของผู้คนในหลากหลายวัฒนธรรม พวกเขาพบว่าในหมู่ชนเผ่าเก็บของป่าล่าสัตว์ “เส้นกั้นแบ่งระหว่างการนอนหลับและการตื่นลื่นไหลมาก” ไม่มีเวลาเข้านอนที่แน่นอนตายตัวและไม่มีใครบอกคนอื่นให้เข้านอน คนที่หลับอยู่จะตื่นเมื่อได้ยินเสียงพูดคุยหรือเสียงดนตรีขัดจังหวะขณะพักผ่อน พวกเขาอาจลุกขึ้นมาร่วมกิจกรรมนั้นแล้วหลับต่อ ปัจจุบันคงไม่มีใครในประเทศที่พัฒนาแล้วหลับแบบนี้เว้นแต่จะตั้งใจจริงๆ เราเข้านอนในเวลาที่ค่อนข้างตายตัว นอนคนเดียวหรือเป็นคู่ โดยเฉลี่ยแล้วเรานอนน้อยกว่าคนในศตวรรษที่แล้วราวหนึ่งชั่วโมงครึ่งในแต่ละคืน การนอนไม่หลับหรือการอดนอนที่แพร่ระบาดอยู่ในทุกวันนี้อาจเป็นเพียงเพราะเราไม่ใส่ใจความต้องการของร่างกาย พูดอีกนัยหนึ่งก็คือ เราปรับพฤติกรรมการนอนของเราให้เข้ากับวิถีชีวิตอันวุ่นวาย แทนที่จะปรับวิถีชีวิตให้เข้ากับการนอน จังหวะการนอนตามธรรมชาติของวัยรุ่นน่าจะเป็นว่าพวกเขาได้นอนตื่นสาย แต่เด็กๆ กลับต้องเข้าเรียนตอนแปดโมงเช้า ส่วนคนทำงานกะกลางคืนที่เข้านอนตอนเช้าต้องขับเคี่ยวกับจังหวะหรือท่วงทำนองที่มีมาแต่โบร่ำโบราณของร่างกาย ซึ่งสั่งการให้เราตื่นขึ้นเพื่อล่าสัตว์หรือหาของป่าในเวลาที่ท้องฟ้าเต็มไปด้วยแสงสว่าง แต่เขาหรือเธอกลับเลือกไม่ได้ คลิกดู กลไกของสมองยามหลับใหลแบบขยายใหญ่  เราต่อสู้กับแรงขับดันทางธรรมชาตินี้โดยเดิมพันกับสวัสดิภาพของเราเอง ชาร์ลส์ ไซส์เลอร์ จากกลุ่มศึกษาสุขภาพและความปลอดภัยในการทำงาน กล่าวว่า การไม่ได้นอนติดต่อกัน 24 ชั่วโมงหรือนอนเพียงคืนละ 5 ชั่วโมงติดต่อกันหนึ่งสัปดาห์มีค่าเท่ากับการมีแอลกอฮอล์ร้อยละ 0.1 อยู่ในกระแสเลือด แต่โลกธุรกิจสมัยใหม่กลับยกย่องการทำงานหามรุ่งหามค่ำของพนักงาน *บางส่วนจากสารคดี ความลับของการนอน เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับเดือนพฤษภาคม […]

อยากนอนหลับใช่ไหม ลองอ่านเรื่องนี้สิ

เราหมายความตามนี้จริงๆ ลองอ่านเรื่องนี้ดู แล้วคุณจะพบว่าการนอนหลับตอนกลางคืนที่ดีต่อสุขภาพเป็นอย่างไร และเหตุใดแสงสีฟ้าจากอุปกรณ์อิเล่็กทรอนิกส์จึงทำให้เรานอนไม่พอ

ม้าป่าเปรวาสกี้แท้จริงสืบเชื้อสายจากม้าบ้าน

เดิมเคยเชื่อกันว่าสายพันธุ์ม้าป่าเปรวาสกี้หรือม้าป่ามองโกลเป็นสายพันธุ์ม้าป่าเพียงพันธุ์เดียวที่ยังหลงเหลืออยู่ แต่ผลการศึกษาใหม่เผยให้เห็นว่าพวกมันสืบเชื้อสายมาจากม้าบ้าน

ซิฟิลิส: กามโรคที่ไม่เคยห่างหายไปจากมนุษย์

ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเชื้อแบคทีเรียที่มีชื่อว่า ทรีโพนีมา แพลลิดัม (Treponema pallidum) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดโรค ซิฟิลิส ขอบคุณภาพจาก Centers for Disease Control and Prevention, USA หลังจากโรค ซิฟิลิส ได้ห่างหายจากสังคมไทยไปพักใหญ่ ก็กลับมาระบาดอีกครั้ง โดยเฉพาะในหมู่วัยรุ่น เนื่องจากความเข้าใจผิด และความหย่อนยานในการป้องกันตัวเองจากโรคติดต่อนี้ หลังจากที่ซิฟิลิสโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ ที่ครั้งหนึ่งเคยแพร่ระบาดในสังคมไทย ได้ทำให้เกิดการตื่นตัวเรื่องการป้องกันโรคติดต่อทางเพศสัมพันธ์ จนสามารถควบคุมได้แล้ว กระแสความกลัวซิฟิลิสก็เริ่มจางหายไปในสังคม ผู้คนเริ่มสนใจกับโรคติดต่อประเภทเดียวกันที่ร้ายแรงกว่าอย่างเช่นโรคเอดส์แทน ซึ่งก็มีสัญญาณที่ดีในการควบคุมการแพร่ระบาดด้วยเช่นกัน แต่ในวันนี้ซิฟิลิสกลับมาแพร่ระบาดอีกครั้ง แบบที่ไม่มีใครคาดคิด โดยข้อมูลการแพร่ระบาดเมื่อเร็วๆ นี้ อาจจะทำให้ผู้คนต่างงงงวยและไม่ทันตั้งตัว ว่าโรคระบาดที่ครั้งหนึ่งเชื่อกันว่าสามารถควบคุมได้แล้วกลับมาได้อย่างไร กามโรคจากแดนไกล ต้นกำเนิดของโรคซิฟิลิสนั้นไม่มีผู้ใดทราบแน่ชัด แต่มีทฤษฎีอยู่ 2 ทฤษฎีที่กล่าวถึงต้นกำเนิดของโรคนี้ โดยทฤษฎีแรกเชื่อว่าเป็นโรคในเขตร้อนที่มาจากการค้าทาสจากแอฟริกาไปยังยุโรปและทวีปอเมริกา อีกทฤษฎีหนึ่งคือ โรคนี้นำมาจากทวีปอเมริกาโดยลูกเรือของโคลัมบัส นักสำรวจทางทะเลชื่อดังผู้ค้นพบทวีปอเมริกา แล้วนำมาระบาดในยุโรป ซึ่งในสมัยนั้นเรียกกันว่า หัดอินเดียน อย่างไรก็ตาม การระบาดของโรคซิฟิลิสที่หนักจนนักประวัติศาสตร์ได้บันทึกไว้อยู่ในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่สิบห้า ในแถบทวีปยุโรป ซึ่งเป็นโรคที่เกิดกับบรรดานักเดินทาง โสเภณี ทหาร โดยเวลานั้น ทุกประเทศในยุโรปต่างมีผู้ป่วยติดเชื้อซิฟิลิสอยู่ทุกประเทศ และโรคดังกล่าวก็ได้มาถึงประเทศไทย (สยาม) […]