સ્ફટિકીકરણ (crystallization) : દ્રાવણ, પિગાળ (melt) કે બાષ્પ અથવા વાયુમાંથી ઘન સ્વરૂપે અથવા અન્ય ઘન પ્રાવસ્થા રૂપે પદાર્થના સ્ફટિકો ઉત્પન્ન કરવાની પ્રવિધિ અથવા ઘટના. દ્રાવણમાંથી સ્ફટિકીકરણ એ એક મહત્વની ઔદ્યોગિક વિધિ (operation) છે, કારણ કે ઘણાબધા પદાર્થો સ્ફટિકીય કણો રૂપે બજારમાં મુકાય છે. કોઈ પણ રાસાયણિક ફૅક્ટરીમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા થયા બાદ ઉત્પન્ન થયેલ પદાર્થનું દ્રાવણમાંથી અન્ય અશુદ્ધિઓથી અલગીકરણ એ ખૂબ જ અગત્યનો તબક્કો છે. આ માટે પ્રાપ્ય વિકલ્પો પૈકી કયો વિકલ્પ પસંદ કરવો એ ઉત્પાદિત પદાર્થ તથા અશુદ્ધિઓની અવસ્થા (ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ) પર આધાર રાખે છે. પાણીનું બરફમાં ફેરવાવું એ સ્ફટિકીકરણનું કુદરતમાં જોવા મળતું સામાન્ય ઉદાહરણ છે. દાંત તેમજ હાડકાંનો ઉદભવ એ જૈવિક સ્ફટિકીકરણનાં ઉદાહરણો છે. વિભાગીય (fractional) સ્ફટિકીકરણ એ રસાયણોના અલગન અને શુદ્ધીકરણ માટે સૌથી વધુ વપરાતી પદ્ધતિઓ પૈકીની એક છે.
ઔદ્યોગિક રીતે મોટા પ્રમાણમાં અને વૈવિધ્યપૂર્ણ ઉત્પાદન માટે સ્ફટિકીકરણ ઉપયોગી છે. દા. ત., દરિયાના પાણીમાંથી મીઠું, શેરડીના રસમાંથી ખાંડ તેમજ એમોનિયમ નાઇટ્રેટ, પોટૅશિયમ ક્લોરાઇડ, એમોનિયમ ફૉસ્ફેટ, યુરિયા જેવાં ખાતરો બનાવવા વિશિષ્ટ પ્રકારના સ્ફટિકીકરણનો ઉપયોગ થાય છે.
સ્ફટિકીકરણની વિધિના બે મુખ્ય તબક્કા છે : (i) નાના ઘન કણોનો ઉદભવ અથવા નાભિકન (nucleotion) અને (ii) નાના કણોમાંથી સ્ફટિકોની વૃદ્ધિ અથવા અભિવૃદ્ધિ (accretion). સ્ફટિકીકરણ માટે જેમાંથી સ્ફટિકો ઉત્પન્ન થવાના હોય તે દ્રાવણની અતિસંતૃપ્તિ (અતિસંતૃપ્તતા, supersaturation) એ એક આવશ્યક અંગ છે. આ અતિસંતૃપ્તિ એટલે દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય પદાર્થની દ્રાવ્યતા કરતાં વધુ સાંદ્રતામાં હાજરી. અસંતૃપ્ત દ્રાવણમાંથી અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણ બનાવવાની ઘણી રીતો છે, જે તાપમાન સાથે દ્રાવ્યતા કેવી રીતે બદલાય છે તેના ઉપર આધાર રાખે છે.
(i) તાપમાનમાં ઘટાડો કરવાથી : સામાન્ય રીતે તાપમાન ઘટાડવાથી દ્રાવ્ય(solute)ની દ્રાવણમાંની દ્રાવ્યતા ઘટે છે. આથી દ્રાવ્યના સ્ફટિકીકરણની ક્રિયા શરૂ થઈ શકે છે.
(ii) બાષ્પીભવન : દ્રાવણમાંના દ્રાવકનું બાષ્પીભવન કરવાથી પણ અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણ મેળવી શકાય છે.
(iii) દ્રાવણમાં અન્ય પદાર્થ ઉમેરવાથી : એક પદાર્થના દ્રાવણમાં અન્ય પદાર્થ ઉમેરવાથી સંતુલનમાં ફેરફાર થાય છે અને દ્રાવ્ય પદાર્થનું સ્ફટિકીકરણ શક્ય બને છે; દા. ત., મીઠાના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ પસાર કરવામાં આવે તો સોડિયમ ક્લોરાઇડ સ્ફટિક રૂપે બહાર આવે છે.
(iv) રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા : દ્રાવણમાં જે પદાર્થ ઓગાળવામાં આવ્યો હોય તેની સાથે રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરે તેવો અન્ય પદાર્થ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે ઉદભવતા સંયોજનની દ્રાવ્યતા ઓછી હોય તો તે અવક્ષેપ કે સ્ફટિક રૂપે બહાર આવે છે.
આકૃતિમાં બે પદાર્થો, પોટૅશિયમ નાઇટ્રેટ (KNO3) અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ(NaCl)ની પાણીમાંની દ્રાવ્યતા તાપમાન સાથે કેવી રીતે બદલાય છે તે દર્શાવેલ છે. દ્રાવણને ગરમ કરી તેમાંના પાણીનું બાષ્પીભવન કરવાથી અથવા દ્રાવણને ઠંડું કરવાથી KNO3નું સ્ફટિકીકરણ કરી શકાય છે, જ્યારે NaClના સ્ફટિકીકરણ માટે ફક્ત બાષ્પીભવન જ અસરકારક નીવડે છે. અન્ય વિકલ્પ એ છે કે દ્રાવણમાં ઇથેનોલ જેવાં અન્ય દ્રાવક ઉમેરવામાં આવે કે જે મીઠાની દ્રાવ્યતા ઘણી ઘટાડી નાંખે.
નાભિકન : નાના નવા સ્ફટિકોના ઉદભવને નાભિકન કહે છે. દ્રાવણમાં કોઈ એક પ્રક્રિયક ઉમેરવામાં આવે અથવા જેમાં દ્રાવ્યની દ્રાવ્યતા (solubility) ઓછી હોય તેવો દ્રાવક ઉમેરવાથી ઘણી ઊંચી અતિસંતૃપ્તતા પ્રાપ્ય થવાને કારણે ઘન સપાટીની ગેરહાજરીમાં પણ સ્થૂળ (bulk) દ્રાવણમાં નાભિકન ઉદભવી શકે છે. આને સમાંગ (homogeneous) નાભિકન કહે છે. સાધારણ અતિસંતૃપ્તતાએ દ્રાવણમાં હાજર હોય તેવા ઘન કણો ઉપર અથવા સપાટી [દા. ત., ધૂળ (dust), બીજિકા (motes), નાભિકન ઉદ્દીપકો] ઉપર નાભિકન ઉદભવે છે. આને વિષમાંગ (heterogeneous) નાભિકન કહે છે.
સ્ફટિકનું પરિમાપ (size) : સામાન્ય રીતે નાના સ્ફટિકો કરતાં મોટા સ્ફટિકો વધુ ઇચ્છનીય ગણવામાં આવે છે, કારણ કે તેઓને વધુ શુદ્ધ માનવામાં આવે છે. જોકે કેટલીક વખત સ્ફટિકો મોટા બને ત્યારે તેમાં અંતર્વેશ (inclusion) તરીકે દ્રાવક દાખલ થઈ જાય છે (અધિધારણ, occlusion). સામાન્ય રીતે સ્ફટિકના પરિમાપનું વિતરણ અતિસંતૃપ્તિની માત્રા, દ્રાવણને હલાવવાનું પ્રમાણ અને વૃદ્ધિ માટેના સમય પર આધાર રાખે છે. અતિસંતૃપ્તિની ઓછી માત્રા, હળવું વલોવણ અને લાંબો સમય મોટા સ્ફટિકો ઉત્પન્ન કરે છે.
આકૃતિ 1 : NaCl અને KNO3ના તાપમાન-દ્રાવ્યતા વક્રો
સ્ફટિકીકરણ માટે અલગ અલગ પ્રકારનાં પાત્રોનો ઉપયોગ થાય છે. તેમનું વર્ગીકરણ અતિસંતૃપ્તતા લાવવા માટેની રીત પરથી કરી શકાય છે. આ પૈકી નિર્વાતન (vacuum) પ્રકારની રીત અત્યાધુનિક છે. તેમાં અતિસંતૃપ્તતા મેળવવા માટે તાપમાનનો ઘટાડો તથા બાષ્પીભવન બંનેનો ઉપયોગ થાય છે. આ ઉપરાંત આ પાત્રોમાં મુખ્યત્વે બે પ્રકારની ક્રિયા દ્વારા સ્ફટિકીકરણ શક્ય બને છે : (i) જે પ્રવાહીમાંથી સ્ફટિકીકરણ કરવાનું હોય તેનું અભિસરણ (circulation) અને (ii) સમગ્ર ભૂરસ(magma)નું અભિસરણ. દ્રાવણને હલાવવા માટે પાત્રોનાં આલોડન (agitator) તથા પંપનો ઉપયોગ થાય છે. પાત્રોની પસંદગી અતિસંતૃપ્તતા મેળવવા માટેની પ્રક્રિયા, પ્રક્રિયાનો પ્રકાર [ઘાણ (batch) કે સતત], સ્ફટિકના પરિમાપ અને તેની શુદ્ધતા પર આધાર રાખે છે.
વિભાગીય (fractional) સ્ફટિકીકરણ : આ વિધિ એક જ દ્રાવણમાં રહેલા અનેક દ્રાવ્ય પદાર્થોનું અલગીકરણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. સામાન્ય રીતે આ માટે એવાં તાપમાનો અને દ્રાવકો પસંદ કરવામાં આવે છે કે જેથી ફક્ત એક જ દ્રાવ્યની અતિસંતૃપ્તતા પ્રાપ્ત થઈ તેનું સ્ફટિકીકરણ થાય. ક્વચિત્ એમ પણ બને છે કે દ્રાવણ એક કરતાં વધુ દ્રાવ્ય પદાર્થોને અનુલક્ષીને અતિસંતૃપ્ત બને પણ એકનું જ સ્ફટિકીકરણ થાય; કારણ કે અન્યનું નાભિકન થતું નથી. અન્ય દ્રાવ્ય પદાર્થો માટે વિશિષ્ટ નાભિકન-અવરોધકો (inhibitors) વાપરીને અથવા ઇચ્છિત પદાર્થના સ્ફટિકો વડે બીજનિક્ષેપણ (seeding) કરવાથી પણ સ્ફટિકીકરણમાં સફળતા મળે છે. પ્રાપ્ત થયેલા સ્ફટિકોનું વારંવાર સ્ફટિકીકરણ કરવાથી શુદ્ધ સ્ફટિકો મળે છે.
પિગાળ (melts) : જો દ્રાવક વાપર્યા વિના એક ઘન પદાર્થને પિગાળવામાં આવે તો તેને પિગાળ (melt) કહે છે. તે અનેક પદાર્થોનું મિશ્રણ હોઈ શકે છે. પિગાળના સ્ફટિકીકરણને ઘનીભવન (solidification) કહે છે. પિગાળને ધીરે ધીરે ઠંડો પાડવાથી પણ પ્રાવસ્થા આકૃતિ (phase diagram) પ્રમાણે અલગન પ્રાપ્ત થઈ શકે છે.
આ માટે પિગાળને હલાવતા જવામાં આવે છે. આ રીતે મળતા ઘનને કાપીને તેના વિવિધ ખંડો (sections) પૈકી જે વધુ શુદ્ધ હોય તેનું ફરીથી વિભાગીય સ્ફટિકીકરણ કરવામાં આવે છે.
મિલિંદ જોષીપુરા