结晶现象的原理与发生步骤.pptVIP

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结晶现象的原理与方法 目 录 1、结晶与晶体 1、结晶与晶体 结晶是指固体物质以晶体状态从溶液、蒸汽或熔融物中析出的过程。 晶体是指内部结构中质点元素(原子、离子、分子)作三维有序规则排列排列的固态物质。 晶体可分为三大晶族,七大晶系如下: 高级晶族:立方晶系(等轴晶系) 中级晶族:三方晶系、四方晶系、六方晶系 低级晶族:正交晶系(斜方晶系)、单斜晶系、三斜晶系。 2、结晶的基本原理 2、结晶的基本原理 将一个被溶解物(溶质)放入一个溶剂中,由于分子的热运动,必然发生两个过程: (1)固体的溶解,即溶质分子扩散进入液体内部。 (2)物质的沉积,即溶质分子由液体中扩散到固体表面进行沉积,一定时间后,这两种分子扩散过程达到动态平衡。我们将能够与固相处于平衡的溶液称为该固体的饱和溶液。 溶液浓度恰好等于溶质的溶解度,即达到液固相平衡状态时的浓度曲线,称为饱和曲线; 溶液过饱和而欲自发的产生晶核的极限浓度曲线称为过饱和曲线。饱和曲线与过饱和曲线之间的区域为结晶的介稳区。 2、结晶的基本原理 不稳区 过渡区 亚稳区 稳定区 A稳定区:即不饱和区。其浓度≦平衡浓度,在这里不可能发生结晶。 B亚稳区:即第一过饱和区。在此区域内不会自发成核,当加入晶种时,结晶会生长,但不会产生新晶核。 C过渡区:即第二过饱和区。在此区域内也不会自发成核,但加入晶种后,在结晶生长的同时会有新晶核产生。 D不稳定区:溶液处于不稳定态,是自发成核区域,瞬间出现大量微小晶核,发生晶核泛滥。 1—饱和曲线;2—第一过饱和曲线;3—第二过饱和曲线 2、结晶的基本原理 一定温度、压力下,当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象,此时的溶液称为过饱和溶液; 溶液中,离子通过互相碰撞形成微小的晶核——成核过程; 晶核形成后溶液中的构晶离子向晶核表面扩散,并沉积在晶核上——晶核生长; 晶核就逐渐长大成晶粒,晶粒进一步聚集、定向排列成晶体;如果来不及定向排列则成为非晶粒沉淀。 3、结晶的步骤 3、结晶的步骤 结晶是从均一的溶液中析出固相晶体的一个操作,常包括为三个步骤:过饱和溶液的形成、晶核的生成和晶体的成长。 a-晶核的生成 b-诱导期 c-结晶成长 d-结晶老化 e-平衡的饱和溶液 3、结晶的步骤 (1)过饱和溶液的形成   结晶的首要条件是过饱和,制备过饱和溶液的方法一般有五种: 蒸发法 化学反应法 冷却法 盐析法 抗溶剂法 3、结晶的步骤 1)化学反应法 调节pH值或加入反应剂,使生成新的物质,其浓度超过它的溶解度。氟化钠过饱和溶液的形成,采用的便是此类方法。 2)蒸发法 常用于溶解度变化不大的物质。例如盐田晒盐(氯化钠)。将海水或盐卤引入盐田,经风吹、日晒使水分蒸发、浓缩而结晶出食盐。 3、结晶的步骤 3)冷却法 使溶液冷却(冷冻)而达到饱和产生结晶。此法用于溶解度随温度下降而减少的物质,例如:硝酸钾、氯化铵、磷酸钠、芒硝等,这些物质的溶解度温度系数变化很大,当温度下降后,这些物质的溶解度下降,形成了过饱和溶液,处于热力学不稳定状态,溶质就会自溶液中结晶析出。右图为部分盐的溶解度曲线。 3、结晶的步骤 4)盐析法 在溶液中,添加另一种物质使原溶质的溶解度降低,形成过饱和溶液而析出结晶。加入的物质可以是能与原溶媒互溶的另一种溶媒或另一种溶质。 5)抗溶剂法 通过加入能降低溶解度的抗溶剂,如碳酸钠的抗溶剂结晶,在此结晶体系中,乙二醇、一缩二乙二醇或者1,2-丙二醇等可加入其水溶液中,以降低溶解度,产生过饱和度。 3、结晶的步骤 晶体形成过程可以用一张简图表示如下: 3、结晶的步骤 (2)晶核的生成 在过饱和溶液中,溶质质点在过饱和度推动力的作用下,向晶核或者加入晶种运动,并在其表面有序堆积,使晶核或者晶种不断长大形成晶体。  (3)晶核的成长 晶核一经形成,立即开始长成晶体,与此同时,新的晶核还在不断生成。所得晶体的大小,决定于晶核生成速度和晶体成长速度的对比关系。如果晶体生长速度大大超过晶核生成速度,过饱和度主要用来使晶体成长,则可得到粗大而有规则的晶体;反之,过饱和度主要用来生成新的晶核,则所得晶体颗粒参差不齐,晶体细小,甚至呈无定形。 3、结晶的步骤 若要获得比较粗大和均匀的晶体,一般温度不宜太低,搅拌不宜太快,并要控制好晶核生成速度远远小于晶体成长速度,最好在较低的饱和度下即将溶液控制在介稳区内结晶,那么在较长的时间里可以只有一定量的晶核生成,而使原有的晶核不断成长为晶体。 加入晶种,能控制晶体的形状、大小和均匀度,但首要的晶种自身应有一定的形状、大小和比较均匀,不仅如此,加入晶种还可使晶核的生成提前,也就是说所需的过饱和度可以比不加晶种时低很多。所以,在工业生产中如遇结晶液浓度太低而结晶发生困难时,可适当加入些晶种,能

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