結(jié)晶系統(tǒng)

溶液中溶質(zhì)的濃度超過其飽和溶解度之值。晶核的生成有三種形式：即初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。在高過飽和度下，溶液自發(fā)地生成晶核的過程，稱為初級均相成核；溶液在外來物（如大氣中的微塵）的誘導(dǎo)下生成晶核的過程，稱為初級非均相成核；而在含有溶質(zhì)晶體的溶液中的成核過程，稱為二次成核。二次成核也屬于非均相成核過程，它是在晶體之間或晶體與其他固體（器壁、攪拌器等）碰撞時所產(chǎn)生的微小晶粒的誘導(dǎo)下發(fā)生的。

對結(jié)晶操作的要求是制取純凈而又有一定粒度分布的晶體。晶體產(chǎn)品的粒度及其分布，主要取決于晶核生成速率(單位時間內(nèi)單位體積溶液中產(chǎn)生的晶核數(shù))、晶體生長速率（單位時間內(nèi)晶體某線性尺寸的增加量）及晶體在結(jié)晶器中的平均停留時間。溶液的過飽和度，與晶核生成速率和晶體生長速率都有關(guān)系，因而對結(jié)晶產(chǎn)品的粒度及其分布有重要影響。在低過飽和度的溶液中，晶體生長速率與晶核生成速率之比值較大（見圖），因而所得晶體較大，晶形也較完整，但結(jié)晶速率很慢。在工業(yè)結(jié)晶器內(nèi)，過飽和度通?？刂圃诮榉€(wěn)區(qū)內(nèi)，此時結(jié)晶器具有較高的生產(chǎn)能力，又可得到一定大小的晶體產(chǎn)品。使結(jié)晶完整。

晶體在一定條件下所形成的特定晶形，稱為晶習(xí)。向溶液添加或自溶液中除去某種物質(zhì)(稱為晶習(xí)改變劑)可以改變晶習(xí)，使所得晶體具有另一種形狀。這對工業(yè)結(jié)晶有一定的意義。晶習(xí)改變劑通常是一些表面活性物質(zhì)以及金屬或非金屬離子。

晶體在溶液中形成的過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶的方法一般有2種：一種是蒸發(fā)溶劑法，它適用于溫度對溶解度影響不大的物質(zhì)。沿海地區(qū)“曬鹽”就是利用的這種方法。另一種是冷卻熱飽和溶液法[4]。此法適用于溫度升高，溶解度也增加的物質(zhì)。如北方地區(qū)的鹽湖，夏天溫度高，湖面上無晶體出現(xiàn)；每到冬季，氣溫降低，石堿(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物質(zhì)就從鹽湖里析出來。在實驗室里為獲得較大的完整晶體，常使用緩慢降低溫度，減慢結(jié)晶速率的方法。

人們不能同時看到物質(zhì)在溶液中溶解和結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象，但是溶液中實際上同時存在著組成物質(zhì)的微粒在溶液中溶解與結(jié)晶的兩種可逆的運動。通過改變溫度或減少溶劑的辦法，可以使某一溫度下溶質(zhì)微粒的結(jié)晶速率大于溶解的速率，這樣溶質(zhì)便會從溶液中結(jié)晶析出。

結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)晶知識

在結(jié)晶結(jié)晶學(xué)和重結(jié)晶純化化學(xué)試劑的操作中，溶劑的選擇是關(guān)系到純化質(zhì)量和回收率的關(guān)鍵問題。選擇適宜的溶劑時應(yīng)注意以下幾個問題：

選擇的溶劑應(yīng)不與欲純化的化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如脂肪族鹵代烴類化合物不宜用作堿性化合物結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑；醇類化合物不宜用作酯類化合物結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑，也不宜用作氨基酸鹽酸鹽結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑。

對欲純化的化學(xué)試劑中可能存在的雜質(zhì)或是溶解度甚大，以便能使雜質(zhì)在欲純化的化學(xué)試劑結(jié)晶和重結(jié)晶時留在母液中，在結(jié)晶和重結(jié)晶時不隨晶體一同析出；或是溶解度甚小，以便能使雜質(zhì)在欲純化的化學(xué)試劑加熱溶解時，很少在熱溶劑溶解，在熱過濾時被除去。

用于結(jié)晶和重結(jié)晶的常用溶劑有：水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、冰醋酸、二氧六環(huán)、四氯化碳、苯、石油醚等。此外，甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亞砜等也常使用。二甲基甲酰胺和二甲亞砜的溶解能力大，當(dāng)找不到其它適用的溶劑時，可以試用。但往往不易從溶劑中析出結(jié)晶，且沸點較高，晶體上吸附的溶劑不易除去，是其缺點。乙醚雖是常用的溶劑，但是若有其它適用的溶劑時，最好不用乙醚，因為一方面由于乙醚易燃、易爆，使用時危險性特別大，應(yīng)特別小心；另一方面由于乙醚易沿壁爬行揮發(fā)而使欲純化的化學(xué)試劑在瓶壁上析出，以致影響結(jié)晶的純度。

在選擇溶劑時必須了解欲純化的化學(xué)試劑的結(jié)構(gòu)，因為溶質(zhì)往往易溶于與其結(jié)構(gòu)相近的溶劑中―“相似相溶”原理。極性物質(zhì)易溶于極性溶劑，而難溶于非極性溶劑中；相反，非極性物質(zhì)易溶于非極性溶劑，而難溶于極性溶劑中。這個溶解度的規(guī)律對實驗工作有一定的指導(dǎo)作用。如：欲純化的化學(xué)試劑是個非極性化合物，實驗中已知其在異丙醇中的溶解度太小，異丙醇不宜作其結(jié)晶和重結(jié)晶的溶劑，這時一般不必再實驗極性更強的溶劑，如甲醇、水等，應(yīng)實驗極性較小的溶劑，如丙酮、二氧六環(huán)、苯、石油醚等。適用溶劑的最終選擇，只能用試驗的方法來決定。

關(guān)于晶體的析出過濾得到的濾液冷卻后，晶體就會析出。用冷水或冰水迅速冷卻并劇烈攪動溶液時，可得到顆粒很小的晶體，將熱溶液在常溫條件下靜置使之緩緩冷卻，則可得到均勻而較大的晶體。

如果溶液冷卻后晶體仍不析出，可用玻璃抹摩控液面下的容器壁，也可加入晶種，或進一步降低溶液溫度(用冰水或其它冷凍溶液冷卻)。如果溶液冷卻后不析出晶體而得到油狀物時，可重新加熱，至形成澄清的熱溶液后，任其自行冷卻，并不斷用玻璃棒攪拌溶液，摩擦器壁或投人晶種，以加速晶體的析出。若仍有油狀物開始析出，應(yīng)立即劇烈攪拌使油滴分散。

結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)晶方法

晶體在溶液中形成的過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶的方法一般有2種：一種是蒸發(fā)溶劑法，它適用于溫度對溶解度影響不大的物質(zhì)。沿海地區(qū)“曬鹽”就是利用的這種方法。另一種是冷卻熱飽和溶液法。此法適用于溫度升高，溶解度也增加的物質(zhì)。如北方地區(qū)的鹽湖，夏天溫度高，湖面上無晶體出現(xiàn)；每到冬季，氣溫降低，石堿(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物質(zhì)就從鹽湖里析出來。在實驗室里為獲得較大的完整晶體，常使用緩慢降低溫度，減慢結(jié)晶速率的方法。

結(jié)晶系統(tǒng)原理

蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡停^續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會呈晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶。例如：當(dāng)NaCl和KNO3的混合物中NaCl多而KNO3少時，即可采用此法，先分離出NaCl，再分離出KNO3。

可以觀察溶解度曲線，溶解度隨溫度升高而升高得很明顯時，這個溶質(zhì)叫陡升型，反之叫緩升型。

當(dāng)陡升型溶液中混有緩升型時，若要分離出陡升型，可以用降溫結(jié)晶的方法分離，若要分離出緩升型的溶質(zhì)，可以用蒸發(fā)結(jié)晶的方法，也就是說，蒸發(fā)結(jié)晶適合溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)，如：氯化鈉。

如硝酸鉀就屬于陡升型，氯化鈉屬于緩升型，所以可以用蒸發(fā)結(jié)晶來分離出氯化鈉，也可以用降溫結(jié)晶分離出硝酸鉀。

結(jié)晶系統(tǒng)實驗過程

在蒸發(fā)皿中進行，蒸發(fā)皿放于鐵架臺的鐵圈上，倒入液體不超過蒸發(fā)皿容積的2/3，蒸發(fā)過程中不斷用玻璃棒攪拌液體，防止受熱不均，液體飛濺?？吹接写罅抗腆w析出，或者僅余少量液體時,停止加熱，利用余熱將液體蒸干過濾與蒸發(fā)相伴隨的往往有過濾。這里介紹幾種常見的過濾方法：

1 常壓過濾，所用儀器有：玻璃漏斗、小燒杯、玻璃棒、鐵架臺等。要注意的問題有：在疊濾紙的時候要盡量讓其與玻璃漏斗內(nèi)壁貼近，這樣會形成連續(xù)水珠而使過濾速度加快。這在一般的過濾中與速度慢的區(qū)別還不太明顯，當(dāng)要求用熱過濾時就有很大的區(qū)別了。比如說在制備KNO3時，如果你的速度太慢，會使其在漏斗中就因冷卻而使部分KNO3析出堵住漏斗口，這樣實驗效果就會不太理想。

2減壓過濾，所用儀器有：布氏漏斗、抽濾瓶、濾紙、洗瓶、玻璃棒、循環(huán)真空泵等。要注意的問題有：選擇濾紙的時候要適中，當(dāng)抽濾瓶與循環(huán)真空泵連接好后用洗瓶將濾紙周邊潤濕，后將要過濾的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至其中（若有溶液部分要用玻璃棒引流）。降溫結(jié)晶先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。例如：當(dāng)NaCl和KNO3的混合物中KNO3多而NaCl少時，即可采用此法，先分離出KNO3，再分離出NaCl。

與結(jié)晶相伴隨的往往有過濾。這里介紹幾種常見的過濾方法：1 常壓過濾，所用儀器有：玻璃漏斗、小燒杯、玻璃棒、鐵架臺等。要注意的問題有：在疊濾紙的時候要盡量讓其與玻璃漏斗內(nèi)壁貼近，這樣會形成連續(xù)水珠而使過濾速度加快。這在一般的過濾中與速度慢的區(qū)別還不太明顯，當(dāng)要求用熱過濾時就有很大的區(qū)別了。比如說在制備KNO3時，如果你的速度太慢，會使其在漏斗中就因冷卻而使部分KNO3析出堵住漏斗口，這樣實驗效果就會不太理想。2 減壓過濾，所用儀器有:布氏漏斗、抽濾瓶、濾紙、洗瓶、玻璃棒、循環(huán)真空泵等。要注意的問題有：選擇濾紙的時候要適中，當(dāng)抽濾瓶與循環(huán)真空泵連接好后用洗瓶將濾紙周邊潤濕，后將要過濾的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至其中（若有溶液部分要用玻璃棒引流）。2100433B

只是一個Bravais點陣類型：六角形的六角晶格系統(tǒng)。的六方晶系系統(tǒng)由7點群，使得其所有的空間群有作為基礎(chǔ)晶格的六邊形格子。的六方晶系晶體家族包括12點的基團，使得它們的空間群中的至少一個具有作為基礎(chǔ)晶格的六邊形格子，是六方晶系系統(tǒng)的聯(lián)合和三角晶系統(tǒng)在某些情況下，它是有用的或指導(dǎo)重繪與orthohexagonal軸的六方晶系結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述b軸是在90℃的a軸和c軸重繪。石墨是一個例子，在六方晶系的結(jié)晶的晶體。六邊形格子系統(tǒng)是七晶格系統(tǒng)之一，由六方晶系布喇菲晶格。這是與45個空間群，其基本晶格點群第24號命令。它經(jīng)常被混淆，六方晶系的小系統(tǒng)，它由27空間群，使得相同的點群的所有的空間群是在六邊形格子系統(tǒng)，或具有較大的六方晶系家族，由52個空間群無論是六方或菱面體的晶格系統(tǒng)。六方晶系晶體家族包括12點的基團，使得它們的空間群中的至少一個具有作為基礎(chǔ)晶格的六邊形格子，是六方晶系晶體和三角晶系統(tǒng)工會。有50個與空間群，這正是那些布拉菲格子是六角形或菱面體的。

為防鋼水在冷凝過程中與結(jié)晶器內(nèi)壁粘結(jié)，減小拉坯時的摩擦阻力，改善鑄坯表面質(zhì)量、延長結(jié)晶器的使用壽命，在生產(chǎn)中，還要對結(jié)晶器內(nèi)壁進行潤滑。潤滑是采用沸點高于結(jié)晶器內(nèi)壁溫度（約200℃左右）的液體潤滑劑或保護渣，在結(jié)晶器振動的過程中，它們不斷被帶入鋼液面下的內(nèi)壁上，并在鋼水或坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁間形成一層油氣膜或熔渣膜，以潤滑內(nèi)壁。