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时间:2019-09-21
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1、Chapter10结晶Crystallization结晶应掌握的内容(1)什么是结晶过程?(2)结晶操作的特点有哪些?(3)凯尔文公式的内容?(4)了解饱和温度曲线和过饱和温度曲线的内容?(5)在何种条件下,溶液中才有晶体析出?(6)影响晶体形成的主要因素有哪些?(7)晶种的作用是什么?(8)过饱和溶液形成的方法有哪些?(9)何为晶体生长的扩散学说?其具体意义何在?(10)常用的工业起晶方法有哪些?(11)晶体纯度的计算方法?(12)影响晶体质量的因素有哪些?(13)何为重结晶?结晶与沉淀结晶固体物质以晶体状态从蒸气或溶液中析出的过
2、程沉淀固体物质以无定形状态从蒸气或溶液中析出的过程相同点都有新相析出结晶与沉淀纯净固体的两种状态结晶,无定形沉淀两者不同点(1)结晶体有一定规则,沉淀物无规则,两者的区别是构成单位的排列方式不同.(2)结晶的析出速度慢,溶质分子有足够时间进行排列,粒子排列有规则,无定形固体的析出速度快,粒子排列无规则几种典型的晶体结构结晶定义溶液中的溶质在一定条件下,因分子有规则的排列而结合成晶体,晶体的化学成分均一,具有各种对称的晶体,其特征为离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列。结晶过程分析饱和溶液当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱
3、和溶解度时,该溶液称为饱和溶液;过饱和溶液溶质浓度超过饱和溶解度时,该溶液称之为过饱和溶液;溶液的过饱和度溶质从溶液中结晶的推动力是一种浓度差。注:溶质只有在过饱和溶液中才能析出;溶质溶解度与温度、溶质分散度(晶体大小)有关。结晶过程分析晶浆在结晶器中由溶液结晶出来的晶体与余留下来的溶液构成的混合物。通常需要用搅拌器或其它方法将晶浆中的晶体悬浮在晶浆中,以促进晶体的进行,因此晶浆也称为悬浮体。母液晶浆去除悬浮于其中的晶体后所余留的溶液。结晶过程与类型结晶过程的两个步骤:1从微观的晶粒作为结晶的核心,这些核心称为晶核,产生晶核的过程称
4、为成核。2晶核长大、成为宏观的晶体,该过程称为晶体生长。类型:溶液结晶、熔融结晶、升华和沉淀四大类。结晶的步骤步骤(1)过饱和溶液的形成(2)晶核的形成(3)晶体生长其中,溶液达到过饱和状态是结晶的前提;过饱和度是结晶的推动力。结晶操作的特点(1)只有同类分子或离子才能排列成晶体,因此结晶过程有良好的选择性。(2)通过结晶,溶液中大部分的杂质会留在母液中,再通过过滤、洗涤,可以得到纯度较高的晶体。(3)结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便,广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。晶体的形成前提:形成新相(固体)
5、需要一定的表面自由能。条件:溶液浓度达到饱和溶解度时,晶体尚不能析出,只有当溶质浓度超过饱和溶解度后,才可能有晶体析出。首先形成晶核,由Kelvin公式,微小的晶核具有较大的溶解度。实质上,在饱和溶液中,晶核是处于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中,只有达到一定的过饱和度以后,晶核才能够稳定存在温度与溶解度的关系物质溶解------吸收热量、结晶------放出结晶热。因此,结晶也是一个质量与能量的传递过程,它与体系温度的关系十分密切。溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱和曲线表示温度与溶解度的关系SS曲线下方为稳定区,在该区域
6、任意一点溶液均是稳定的;在SS曲线和TT曲线之间的区域为亚稳定区,(1)不采取一定的手段(如加入晶核),溶液可长时间保持稳定;(2)加入晶核后,溶质在晶核周围聚集、排列,溶质浓度降低,并降至SS线;饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域,可以进一步划分刺激结晶区和养晶区。温度与溶解度的关系在TT曲线的上半部的区域称为不稳定区,在该区域任意一点溶液均能自发形成结晶,溶液中溶质浓度迅速降低至SS线(饱和);晶体生长速度快,晶体尚未长大,溶质浓度便降至饱和溶解度,此时已形成大量的细小结晶,晶体质量差;因此,工业生产中通常采用加入晶种,
7、并将溶质浓度控制在养晶区,以利于大而整齐的晶体形成。溶质结晶的影响因素过过饱和度比,一般用S表示S=C/c*C是过饱和浓度,C*是饱和浓度假如以水作为成核的诱导期,那么S=4时可以瞬时结晶。实验证明:一个物质的溶解度与它的颗粒大小有关系,微小颗粒的溶解度比正常颗粒的溶解度大。凯尔文(Kelvin)公式C2---微小颗粒(晶核)的溶解度C1---正常晶体的溶解度σ---晶体与溶液间的表面张力;ρ---晶体密度L1---正常晶体的半径;L2---普通晶体半径R---气体常数;T---绝对温度M---溶质的相对分子质量溶质溶解度与温度、溶
8、质分散度(晶体大小)有关。实验证明:一个物质的溶解度与它的颗粒大小有关系,微小颗粒的溶解度比正常颗粒的溶解度大。结晶与溶解度之间的关系晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解—析出平衡;固体溶质加入未饱和溶液——溶解;固体溶质加入饱和溶液—
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