Un crisol es un recipiente en el que se pueden fundir metales u otras sustancias o someterlas a temperaturas muy altas. Aunque históricamente los crisoles se han fabricado con arcilla , [1] pueden estar hechos de cualquier material que resista temperaturas lo suficientemente altas como para fundir o alterar de alguna otra manera 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 variaciones regionales. Las formas más antiguas de crisol se remontan al sexto o quinto milenio a. C. 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 , lo que es 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 el uso de sopletes . [4] Los crisoles de cerámica de esta época tenían ligeras modificaciones en sus diseños, como asas, perillas o picos vertedores [5], lo que permitía manipularlos y verterlos con mayor facilidad. Los primeros ejemplos de esta práctica se pueden ver en Feinan, Jordania. [4] Estos crisoles tienen asas añadidas para permitir una mejor manipulación, sin embargo, debido a la mala conservación de los crisoles, no hay evidencia de un pico vertedor. El propósito principal del crisol durante este período era mantener el mineral en el área 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 de crisoles de la Edad del Hierro siguen siendo los mismos que los de la Edad del Bronce. [ cita requerida ]
En la época romana se producen innovaciones técnicas, con crisoles que permiten la producción de nuevas aleaciones. El proceso de fundición y fusión también cambia, tanto en la técnica de calentamiento como en el diseño de los crisoles. Estos últimos se transforman en recipientes de fondo redondeado o puntiagudo con una forma más cónica; estos se calientan desde abajo, a diferencia de los tipos prehistóricos que tenían una forma irregular y se calentaban desde arriba. Estos diseños confieren una mayor estabilidad al carbón. [8] Estos crisoles en algunos casos tienen paredes más delgadas y tienen más propiedades refractarias. [9]
Durante el período romano se inició un nuevo proceso de metalistería, 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 metal de cobre sólido con óxido de zinc o carbonato que viene en forma de calamina o smithsonita . [11] Esto se calienta a unos 900 °C, el óxido de zinc se vaporiza en un gas y el gas de zinc se une al cobre fundido. [12] Esta reacción tiene que tener lugar en un recipiente parcialmente cerrado o cerrado, de lo contrario, el vapor de zinc escaparía antes de poder reaccionar con el cobre. Los crisoles de cementación, por lo tanto, tienen una tapa o tapa 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 que utilizan el mismo material que los crisoles de fundición y fusión. La forma cónica y la boca pequeña permitieron agregar la tapa. Estos pequeños crisoles se ven en Colonia Ulpia Trajana (actual Xanten ), Alemania, donde los crisoles miden alrededor de 4 cm de tamaño, sin embargo, estos son ejemplos pequeños. [13] Hay ejemplos de recipientes más grandes, como ollas de cocina y ánforas, que se utilizan para la cementación para procesar mayores cantidades de latón; dado que la reacción tiene lugar a bajas temperaturas, se podrían utilizar cerámicas cocidas a menor temperatura. [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 romperse para quitar el latón una vez que la reacción ha terminado, ya que en la mayoría de los casos la tapa se habría endurecido en el recipiente o el latón podría haberse adherido a las paredes del recipiente.
La fundición y el derretimiento del cobre y sus aleaciones , como el bronce con plomo, se realizaban en crisoles similares a los de la época romana, que tienen paredes más delgadas y bases planas para asentarse dentro de los hornos. La tecnología para este tipo de fundición comenzó a cambiar a finales de la época medieval con la introducción de un nuevo material de templado para los crisoles de cerámica. Algunos de estos crisoles de aleación de cobre se utilizaban para la fabricación de campanas. Los crisoles de fundición de campanas tenían que ser más grandes, de unos 60 cm. [14] Estos crisoles medievales posteriores eran un producto de producción más masiva.
El proceso de cementación, que se perdió desde finales del periodo romano hasta principios de la Edad Media, continuó de la misma manera con el latón. La producción de latón aumentó durante el periodo medieval debido a una mejor comprensión de la tecnología que lo sustentaba. Además, el proceso de cementación del latón no cambió mucho hasta el siglo XIX. [15]
Sin embargo, durante este período se produjo una vasta e importante innovación tecnológica mediante el proceso de cementación, la producción de acero al crisol . La producción de acero utilizando hierro y carbono funciona de manera similar al latón, con el metal de hierro mezclándose 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 bajo carbono de buena calidad y carbono en forma de sustancias orgánicas como hojas, madera, etc. Sin embargo, no se utilizaba carbón vegetal dentro del crisol. Estos primeros crisoles solo producirían una pequeña cantidad de acero, ya que tendrían que romperse una vez que el proceso hubiera terminado.
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] Estos eran crisoles de arcilla arenosa que se habían formado alrededor de un tubo de tela. [17] Estos crisoles se usaban 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 Edad Media y en la Era Post-Medieval, comenzaron a aparecer nuevos tipos de diseños y procesos de crisol. Los tipos de crisoles de fundición y fusión comenzaron a ser más limitados en diseños que eran producidos por unos pocos especialistas. Los principales tipos utilizados durante el período Post-Medieval son los crisoles de Hesse que se fabricaban en la región de Hesse en Alemania. Estos son recipientes triangulares hechos en una rueda o dentro de un molde usando arcilla con alto contenido de alúmina y templados con arena de cuarzo puro. [18] Además, otro crisol especializado que se fabricó al mismo tiempo fue el de grafito del sur de Alemania. Estos tenían un diseño muy similar al de los crisoles triangulares de Hesse, pero también se presentan en formas cónicas. Estos crisoles se comercializaron en toda Europa y el Nuevo Mundo .
El refinamiento de los métodos durante los períodos medieval y postmedieval condujo a la invención de la copela, que se asemeja a una pequeña huevera, hecha de cerámica o ceniza de hueso que se usaba para separar los metales básicos de los metales nobles. Este proceso se conoce como copelación . La copelación comenzó mucho antes del período postmedieval, sin embargo, los primeros recipientes hechos para llevar a cabo este proceso comenzaron en el siglo XVI. [19] Otro recipiente utilizado para el mismo proceso es un escorificador, que es similar a una copela pero un poco más grande y elimina el plomo y deja atrás los metales nobles. Las copelas y los escorificadores se produjeron en masa, ya que después de cada reducción, los recipientes habrían absorbido todo el plomo y se saturarían por completo. Estos recipientes también se usaron en el proceso de ensayo metalúrgico donde 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, por lo general, vienen con una tapa del tamaño correspondiente . [20] Cuando se calienta sobre una llama, el crisol a menudo se mantiene dentro de un triángulo de arcilla para tubos que, a su vez, se sostiene sobre un trípode.
Los crisoles y sus tapas están hechos de materiales resistentes a altas temperaturas, generalmente porcelana , alúmina o un metal inerte . Uno de los primeros usos del platino fue hacer crisoles. Las cerámicas como la alúmina , el zirconio y especialmente la magnesia tolerarán las temperaturas más altas. Más recientemente, se han utilizado metales como el níquel y el zirconio . Las tapas suelen estar sueltas 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 los crisoles de porcelana de tamaño bastante pequeño de 10 a 15 ml se utilizan comúnmente para el análisis químico gravimétrico . Estos crisoles de tamaño pequeño y sus tapas hechas de porcelana son bastante baratos cuando se venden en cantidad a los laboratorios, y los crisoles a veces se desechan después de su uso en análisis químico cuantitativo preciso. Por lo general, hay un gran margen de beneficio cuando se venden individualmente en tiendas de pasatiempos .
En el área de 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 de alguna muestra o solución en un papel de filtro especial "sin cenizas" . El crisol y la tapa que se utilizarán se pesan previamente con mucha precisión en una balanza analítica . Después de un posible lavado y/o presecado de este filtrado , el residuo en el 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 muestra en el crisol. El papel de filtro "sin cenizas" se quema completamente en este proceso. El crisol con la muestra y la tapa se deja enfriar en un desecador . El crisol y la tapa con la muestra en el interior se pesan nuevamente con mucha precisión solo después de que se hayan enfriado completamente a temperatura ambiente (una temperatura más alta causaría corrientes de aire alrededor de la balanza dando resultados inexactos). A este resultado se le resta la masa del crisol vacío y previamente pesado y la tapa para obtener la masa del residuo completamente seco en el crisol.
Un crisol con un fondo perforado con pequeños agujeros que están diseñados específicamente para su uso en filtración, especialmente para el análisis gravimétrico como el que 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 agregar una masa pesable al crisol. Los crisoles de porcelana son higroscópicos , es decir, absorben un poco de humedad pesable del aire. Por esta razón, el crisol y la tapa de porcelana también se precalientan (precalentando a alta temperatura) hasta obtener una masa constante antes del prepesaje. Esto determina la masa del crisol y la tapa completamente secos. Se necesitan al menos dos cocciones, enfriamientos y pesajes que resulten exactamente en la misma masa para confirmar la masa constante (completamente seca) del crisol y la tapa y lo mismo nuevamente para el crisol, la tapa y el residuo de muestra en el interior. Dado que la masa de cada crisol y tapa es diferente, la precocción/prepesaje debe realizarse para cada nuevo crisol/tapa utilizado. El desecador contiene desecante para absorber la humedad del aire en el interior, por lo que el aire en el interior estará completamente seco.