结晶现象的原理与发生步骤.ppt

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1、结晶现象的原理与方法目录1结晶与晶体2结晶的基本原理3结晶的步骤4结晶过程影响因素分析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

2、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

3、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—第二过饱和曲线介稳区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

4、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

5、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

6、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

7、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，能使结晶顺利进行。4、结晶过程影响因素分析4、结晶过程影响因素分析根据结晶原理，结晶