Un crisol es un recipiente de cerámica o metal en el que se pueden fundir metales u otras sustancias o someterlos a temperaturas muy altas. Aunque históricamente los crisoles han tendido a estar hechos de arcilla , [1] pueden estar hechos de cualquier material que resista temperaturas lo suficientemente altas como para derretir o alterar su contenido.
La forma del crisol ha variado a lo largo del tiempo, con diseños que reflejan el proceso para el que se utilizan, así como la variación regional. Las primeras formas de crisol derivan del sexto/quinto milenio antes de Cristo en Europa del Este e Irán . [2]
Los crisoles utilizados para la fundición de cobre eran generalmente vasijas anchas y poco profundas hechas de arcilla que carece de propiedades refractarias , similar a los tipos de arcilla utilizados en otras cerámicas de la época. [3] Durante el período Calcolítico , los crisoles se calentaban desde arriba mediante cerbatanas . [4] Los crisoles cerámicos de esta época tuvieron ligeras modificaciones en su diseño como mangos, pomos o picos vertedores [5] que permitían su manipulación y vertido más fácilmente. Los primeros ejemplos de esta práctica se pueden ver en Feinan, Jordania. [4] Estos crisoles tienen asas adicionales para permitir una mejor manipulación; sin embargo, debido a la mala conservación de los crisoles, no hay evidencia de un pico vertedor. El objetivo principal del crisol durante este período era mantener el mineral en la zona donde se concentraba el calor para separarlo de las impurezas antes de darle forma. [6]
En un recinto religioso de Kerma se ha encontrado un horno de crisol que data del 2300-1900 a. C. para fundir bronce . [7]
El uso de crisoles en la Edad del Hierro sigue siendo muy similar al de la Edad del Bronce , utilizándose la fundición de cobre y estaño para producir bronce . Los diseños del crisol de la Edad del Hierro siguen siendo los mismos que los de la Edad del Bronce. [ cita necesaria ]
La época romana muestra innovaciones técnicas, con crisoles para nuevos métodos utilizados para producir nuevas aleaciones. El proceso de fundición y fundición también cambió tanto con la técnica de calentamiento como con el diseño del crisol. El crisol pasó a ser vasos de fondo redondeado o puntiagudo con forma más cónica; estos se calentaban desde abajo, a diferencia de los tipos prehistóricos que tenían una forma irregular y se calentaban desde arriba. Estos diseños dieron mayor estabilidad dentro del carbón. [8] Estos crisoles en algunos casos tienen paredes más delgadas y tienen más propiedades refractarias. [9]
Durante la época romana se inició un nuevo proceso de trabajo del metal, la cementación , utilizado en la producción de latón . Este proceso implica la combinación de un metal y un gas para producir una aleación. [10] El latón se fabrica mezclando cobre metálico sólido con óxido o carbonato de zinc que se presenta en forma de calamina o smithsonita . [11] Este se calienta a aproximadamente 900 °C, el óxido de zinc se vaporiza en un gas y el gas de zinc se une al cobre fundido. [12] Esta reacción debe tener lugar en un recipiente parcialmente cerrado o cerrado, de lo contrario el vapor de zinc se escaparía antes de que pueda reaccionar con el cobre. Por lo tanto, los crisoles de cementación tienen una tapa o capuchón que limita la cantidad de pérdida de gas del crisol. El diseño del crisol es similar a los crisoles de fundición y fusión de la época, utilizando el mismo material que los crisoles de fundición y fusión. La forma cónica y la boca pequeña permitieron añadir la tapa. Estos pequeños crisoles se ven en la Colonia Ulpia Trajana (hoy Xanten ), Alemania, donde los crisoles miden alrededor de 4 cm, sin embargo, estos son pequeños ejemplos. [13] Hay ejemplos de vasijas más grandes, como ollas de cocina y ánforas, que se utilizan para cementar y procesar mayores cantidades de latón; dado que la reacción tiene lugar a bajas temperaturas, se podrían utilizar cerámicas cocidas a temperaturas más bajas. [6] Los recipientes de cerámica que se utilizan son importantes ya que el recipiente debe poder perder gas a través de las paredes, de lo contrario la presión rompería el recipiente. Los recipientes de cementación se producen en masa debido a que los crisoles deben abrirse para extraer el latón una vez que la reacción ha terminado, ya que en la mayoría de los casos la tapa se habría endurecido al recipiente o el latón podría haberse adherido a las paredes del recipiente.
La fundición y fusión del cobre y sus aleaciones , como el bronce con plomo, se fundían en crisoles similares a los del período romano que tienen paredes más delgadas y bases planas para asentarse dentro de los hornos. La tecnología para este tipo de fundición empezó a cambiar a finales de la época medieval con la introducción de nuevos materiales de templado para los crisoles cerámicos. Algunos de estos crisoles de aleación de cobre se utilizaban en la fabricación de campanas. Los crisoles de fundición de campana debían ser más grandes, de unos 60 cm. [14] Estos crisoles medievales posteriores eran un producto más producido en masa.
El proceso de cementación, que se perdió desde finales de la época romana hasta principios de la Edad Media, continuó de la misma manera con el latón. La producción de latón aumentó durante el período medieval debido a una mejor comprensión de la tecnología detrás de ella. Además, el proceso de cementación del latón no cambió mucho hasta el siglo XIX. [15]
Sin embargo, durante este período se produjo una vasta y muy importante innovación tecnológica mediante el proceso de cementación, la producción de acero al crisol . La producción de acero con hierro y carbono funciona de manera similar al latón, mezclando el hierro metálico con carbono para producir acero. Los primeros ejemplos de acero de cementación son el acero wootz de la India, [16] donde los crisoles se llenaban con hierro forjado de buena calidad con bajo contenido de carbono y carbono en forma de sustancias orgánicas como hojas, madera, etc. el crisol. Estos primeros crisoles sólo producirían una pequeña cantidad de acero, ya que habría que romperlos una vez finalizado el proceso.
A finales del período medieval, la producción de acero se había trasladado de la India al actual Uzbekistán, donde se utilizaban nuevos materiales en la producción de crisoles de acero, por ejemplo, se introdujeron los crisoles de mullita. [17] Se trataba de crisoles de arcilla arenosa que se habían formado alrededor de un tubo de tela. [17] Estos crisoles se utilizaron de la misma manera que otros recipientes de cementación, pero con un orificio en la parte superior del recipiente para permitir que escapara la presión.
Al final de la Era Medieval y en la Era Postmedieval, comenzaron nuevos tipos de diseños y procesos de crisoles. Los tipos de crisoles de fundición y fusión comenzaron a ser más limitados en diseños producidos por unos pocos especialistas. Los principales tipos utilizados durante el período posmedieval son los crisoles de Hesse que se fabricaron en la región de Hesse en Alemania. Se trata de vasijas triangulares hechas sobre una rueda o dentro de un molde utilizando arcilla con alto contenido de alúmina y templadas con arena de cuarzo puro. [18] Además, otro crisol especializado que se fabricó al mismo tiempo fue el de grafito del sur de Alemania. Tenían un diseño muy similar al de los crisoles triangulares de Hesse, pero también se presentaban en forma cónica. Estos crisoles se comercializaron en toda Europa y el Nuevo Mundo .
El perfeccionamiento de los métodos durante los períodos medieval y posmedieval llevó a la invención de la cupel, que se asemeja a una pequeña huevera, hecha de cerámica o ceniza de hueso que se utilizaba para separar los metales comunes de los metales nobles. Este proceso se conoce como copelación . La copelación se inició mucho antes de la época Postmedieval, sin embargo, las primeras vasijas fabricadas para realizar este proceso datan del siglo XVI. [19] Otro recipiente utilizado para el mismo proceso es un escorificador que es similar a una copa pero un poco más grande y elimina el plomo y deja atrás los metales nobles. Las copas y los escorificadores se producían en masa, ya que después de cada reducción los recipientes absorbían todo el plomo y quedaban completamente saturados. Estos recipientes también se utilizaron en el proceso de ensayo metalúrgico en el que los metales nobles se eliminan de una moneda o un peso de metal para determinar la cantidad de metales nobles dentro del objeto.
El crisol se utiliza en el laboratorio para contener compuestos químicos cuando se calienta a temperaturas extremadamente altas . Los crisoles están disponibles en varios tamaños y normalmente vienen con una tapa del tamaño correspondiente . Cuando se calienta sobre una llama, el crisol a menudo se sostiene dentro de un triángulo de arcilla para tubos que a su vez se sostiene encima de un trípode.
Los crisoles y sus cubiertas están fabricados de materiales resistentes a altas temperaturas, generalmente porcelana , alúmina o un metal inerte . Uno de los primeros usos del platino fue la fabricación de crisoles. Las cerámicas como la alúmina , el circonio y especialmente la magnesia tolerarán las temperaturas más altas. Más recientemente se han utilizado metales como el níquel y el circonio . Las tapas suelen ser holgadas para permitir que los gases escapen durante el calentamiento de una muestra en el interior. Los crisoles y sus tapas pueden venir en formas altas y bajas y en varios tamaños, pero comúnmente se usan crisoles de porcelana de tamaño más bien pequeños de 10 a 15 ml para el análisis químico gravimétrico . Estos crisoles de pequeño tamaño y sus cubiertas de porcelana son bastante baratos cuando se venden en cantidades a los laboratorios y, a veces, los crisoles se desechan después de su uso en análisis químicos cuantitativos precisos. Generalmente hay un gran margen de beneficio cuando se venden individualmente en tiendas de hobby .
En el ámbito del análisis químico, los crisoles se utilizan en el análisis químico gravimétrico cuantitativo (análisis midiendo la masa de un analito o su derivado). El uso común del crisol puede ser el siguiente. Un residuo o precipitado en un método de análisis químico se puede recolectar o filtrar a partir de alguna muestra o solución en papel de filtro especial "sin cenizas" . El crisol y la tapa que se van a utilizar se pesan previamente con mucha precisión en una balanza analítica . Después de un posible lavado y/o secado previo de este filtrado , el residuo del papel de filtro se puede colocar en el crisol y cocer (calentar a temperatura muy alta) hasta que todos los volátiles y la humedad se eliminen del residuo de la muestra en el crisol. En este proceso el papel de filtro "sin cenizas" se quema por completo. Se deja enfriar el crisol con la muestra y la tapa en un desecador . El crisol y la tapa con la muestra en el interior se vuelven a pesar con mucha precisión sólo después de que se hayan enfriado completamente a temperatura ambiente (una temperatura más alta provocaría corrientes de aire alrededor de la balanza que darían resultados inexactos). La masa del crisol y la tapa vacíos y previamente pesados se resta de este resultado para obtener la masa del residuo completamente seco en el crisol.
Un crisol con un fondo perforado con pequeños orificios que están diseñados específicamente para su uso en filtración, especialmente para análisis gravimétricos como se acaba de describir, se llama crisol Gooch en honor a su inventor, Frank Austin Gooch .
Para obtener resultados completamente precisos, el crisol se manipula con pinzas limpias porque las huellas dactilares pueden añadir una masa pesada al crisol. Los crisoles de porcelana son higroscópicos , es decir, absorben una pequeña cantidad de humedad del aire. Por esta razón, el crisol de porcelana y la tapa también se precalientan (precalentando a alta temperatura) hasta obtener una masa constante antes del pesaje previo. Esto determina la masa del crisol y la tapa completamente secos. Se necesitan al menos dos cocciones, enfriamientos y pesajes que den como resultado exactamente la misma masa para confirmar la masa constante (completamente seca) del crisol y la tapa y de manera similar para el crisol, la tapa y el residuo de muestra del interior. Dado que la masa de cada crisol y tapa es diferente, la precocción/pesaje previo debe realizarse para cada nuevo crisol/tapa utilizado. El desecador contiene desecante para absorber la humedad del aire del interior, por lo que el aire del interior estará completamente seco.