可溶性無機(jī)物晶體生長及鑒定

1、可溶性無機(jī)物晶體生長及鑒定余新武、李秋菊(湖北師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系 湖北 黃石 435002)摘 要：采用溶液法制備可溶性無機(jī)物晶體，對于不同物質(zhì)采用不同方式得到晶體，比較不同晶體的完整性，分析影響晶型原因，探討制備完美晶體的最佳條件。用掃描儀，顯微鏡，攝相頭等現(xiàn)代科技手段獲得不同晶體的圖片，并將晶體圖片用于教學(xué)過程，使得這種介觀的物質(zhì)讓學(xué)生能用肉眼清晰的感知，原本枯燥的實(shí)驗(yàn)變的十分生動而有興趣，實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí)的效益提高就是很自然的事。關(guān)鍵詞：過飽和度，溶解度，顯微分析，圖片中圖分類號：中圖分類號：0651 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A隨著科學(xué)技術(shù)與發(fā)展，我們對晶體材料的需求也日益增加。晶體材料科學(xué)屬新發(fā)展

2、起來的交叉邊緣學(xué)科，它涉及動力學(xué)、熱力學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等知識，它需要化學(xué)家們不斷的努力。但是目前在大學(xué)化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)教材中涉及這一方面內(nèi)容太少15，更沒有完整的大量晶體圖片供學(xué)生了解。本文采用溶液法生長晶體，采取不同的措施制備可溶性無機(jī)化合物晶體，比較分析不同方法優(yōu)劣，最終找出制備完美規(guī)則晶體的條件。并用掃描儀，顯微鏡，攝像頭等現(xiàn)代科技手段得到清晰的晶體圖片。使得這種介觀的物質(zhì)讓學(xué)生能用肉眼清晰的感知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及初步的科學(xué)研究能力，為培養(yǎng)未來的晶體材料人才奠定基礎(chǔ)。同時得到晶體圖片可用于教學(xué)參考。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑XSP-1型生物

3、顯微鏡, XTB-1連續(xù)變倍體式顯微鏡, 物鏡(2X，20X，40X), 目鏡(5X，10X，16X), 照相機(jī), 攝像頭, 電腦, 掃描儀, 分析純固體試劑, 一次蒸餾水。1.2 實(shí)驗(yàn)過程方法一：對照溶解度數(shù)據(jù)4，稱取固體配制成飽和溶液，加熱至有晶膜出現(xiàn)，然后靜置冷卻10min左右, 即有許多小晶體出現(xiàn)，然后取出生長較大且規(guī)則的晶體，用濾紙吸干表面，留待備用6。將以上溶液振蕩后靜置10min，傾倒出上層清液，然后投入籽晶。將此溶液靜置約56h即長出晶體。此法長出的晶體單一、純度高。方法二：對于不易吸潮的晶體，將其制成飽和溶液，稍加熱后自然冷卻到室溫。取12滴溶液于潔凈的載玻片上，等待5min

4、左右即有晶體析出，于顯微鏡下能觀察到晶體的生長。待晶體長到所需尺寸時，用濾紙吸干溶液，觀察晶體結(jié)構(gòu)。方法三：對于易吸潮的晶體，用固體制成飽和溶液后，于電爐上加熱至過飽和（稍稍加熱），靜置冷卻，上面蓋上表面皿，靜置12h后取出所需尺寸的晶體。此類晶體只能用于快速低溫下的攝像或掃描。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 一些常見可溶性無機(jī)鹽的晶體構(gòu)型見表1修稿日期: 2005.7.24基金項(xiàng)目: 湖北省教育廳2004年重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目（20040271）和湖北省教育廳2004年社科研究項(xiàng)目資助聯(lián)系人：余新武(1958),男,教授,研究方向:多酸化學(xué)及功能材料的研究. 表1 部分晶體結(jié)構(gòu)Table 1 some

5、 crystal shape晶體晶型晶體晶型晶體晶型NaCl立方體K2C2O4平行四邊Ba(ClO4)2針狀KCl立方體Pb(NO3)2正六邊形Cu(ClO4)2薄菱片NH4Cl樹枝狀NaNO3斜四棱柱KSCN箭頭狀BaCl2缺角四邊形KNO3圓柱狀KBr正方形CuCl2針狀Sr(NO3)2正六邊形KI正方形MgSO4圓柱狀K4Fe(CN)6正方形Na3PO4圓柱狀Na2SO4多面體K3Fe(CN)6薄菱狀Na2HPO4薄菱片CuSO4薄菱片K2Cr2O7正四棱柱鉬酸銨九棱柱NiSO4箭頭狀K2CrO4正四棱柱鉻鉀礬三角形ZnSO4箭頭狀KClO3薄菱狀雜多酸正方形CdSO4薄菱狀KBrO3化

6、石樹葉硼砂多面體(NH4)2C2O4四棱柱KClO4正方體CoCl2長方體2.2 部分晶體圖片如下 （1） MgSO4 （2） (NH4)2Fe2SO4 （3） NaNO3 （4） Na2HPO4 （5） K3Fe(CN)6 （6） Na3PO4 （7） K2Cr2O7 （8） KCl （9） Zn SO4 （10） Sr(NO3)2 （11） CuSO4 （12） Pb(NO 3)2 （13）KMnO4 （14）(NH4)2Fe(SO4)2 （15） PbI2 （16） SrSO4 （17） NaNO3 （18） CdSO4 （19） NiSO4 （20）SrCrO4 圖1 部分晶體圖片2.

7、3 結(jié)果討論（1）在制備晶體過程中，有的生長較單一且晶體較大；有的生長多但晶體小；有的生長快，而有的較慢。這與晶體的生長條件和生長習(xí)性有關(guān)。例如過飽和度, 過飽和度是結(jié)晶的驅(qū)動力7。過飽和度大，生長快，過飽和度小，生長慢。這是因?yàn)槭艿搅巳芤褐械臐舛忍荻群蛡髻|(zhì)作用大。過飽和度太大，晶體出現(xiàn)和生長均快，但晶體質(zhì)量不好，容易出現(xiàn)多晶。過飽和度低，生長速度慢，晶面發(fā)展較充分，一些高指數(shù)的次要晶面容易顯露。例如KSCN 當(dāng)過飽和度很大時，會在10min內(nèi)析出大量晶體，且晶體有點(diǎn)像平面片狀，前面針尖的尖頭不易顯露；當(dāng)過飽和度低時，如靜置48h，可長出1cm左右的針狀晶體。但過飽和度太低，晶體生長過慢不利于

8、晶體生長，有時甚至還會出現(xiàn)由于溶液過稀而使得晶體外表欠佳，甚至出現(xiàn)表面空洞。外在條件的變動也會影響晶體生長快慢，例如振蕩，氣溫升降等。（2）在制備晶體過程中，有的晶體透明，而有的晶體表面光均勻性不好。這與晶體的結(jié)晶溫度，過飽和度有關(guān)。溫度本身的影響可以認(rèn)為是改變晶體生長各個過程的激活能晶體生長過程很少是純表面反應(yīng)或是純擴(kuò)散過程。一般在較底溫度下，結(jié)晶過程主要由表面反應(yīng)這一步控制，當(dāng)溫度升高室，生長速度加快，擴(kuò)散就逐漸成為控制結(jié)晶過程的主要步驟了8。當(dāng)溫度突然由高溫降到低溫時；結(jié)晶過程的主要控制者就發(fā)生變化，并且溶解度的變化（尤其是溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)）使的溶液過飽和度猛增，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散，碰撞

9、加劇(產(chǎn)生母液包藏)，質(zhì)點(diǎn)聚集不均勻，使的光學(xué)均勻性和晶型完整性降低。（同理振蕩也如此）例如在制備NaCl晶體時,加熱情況下(或加熱時間較長)使的過飽和度很大，NaCl分子快速聚集成晶體，這時得到的為白色立方體,但是如果靜置一天以上，得到的為無色透明立方體。如圖2： 圖2 NaCl的透明與不透明晶體（3）在制備晶體過程中，有的晶體晶面光滑，有的晶體晶面有花紋。這重要是由外部生長條件變化引起。如溫度、過飽和度變化。晶體的不同晶面以及同一晶面上不同部位溶質(zhì)供應(yīng)不均勻，造成過飽和度差別很大，這種情況字晶體長期單向轉(zhuǎn)動或在較大過飽和度下停轉(zhuǎn)，特別是在靜止生長是很容易發(fā)生。此時晶面上受到生長渦流洗刷的部

10、分溶質(zhì)供應(yīng)不足，而它和接觸新鮮溶液的餓其他部分過飽和度差別很大，晶面花紋在生長過程中不斷發(fā)展加深。如圖3是KCl不同表面圖: 圖3 KCl的表面光滑與有花紋晶體（4）在制備晶體過程中，有些晶體易發(fā)生楔化和寄生生長。例如制備鉻鉀礬晶體時，有許多小的三角形的晶體附在大的三角行晶體上。寄生晶體一般在缺陷處出現(xiàn)，而這些缺陷及楔化很大部分原因是雜質(zhì)離子的影響。雜質(zhì)離子易被吸附當(dāng)它在那部分被吸附后就造成那部分的缺陷。最終導(dǎo)致楔化。如圖4為K3Fe(CN)6的寄生與單一生長情況： 圖4 K3Fe(CN)6的寄生與單一生長晶體（5）雜質(zhì)離子對晶體生長影響是多方面的，有的被吸附，有的均勻的取代晶格上的點(diǎn)，使得晶

11、型并不變化，但光學(xué)均勻性降低，有的被包裹。3 結(jié)束語本文采用溶液法生長的晶體效果較好，得到了許多常見的無機(jī)物晶體，探討不同條件得到的不同晶形，找出了制備完美晶體的條件。根據(jù)晶體特點(diǎn)（均勻性，各向異性，自發(fā)的形成多面體外形）9和制備過程中出現(xiàn)的問題，要得到完美規(guī)則的晶體，我們要注意以下幾點(diǎn)：（1）溶液要純凈（2）溫度應(yīng)恒定（3）過飽和度應(yīng)適當(dāng)（4）盡量保證在平衡狀態(tài)下結(jié)晶參考文獻(xiàn)1 武漢大學(xué)，吉林大學(xué)等校編.無機(jī)化學(xué)（第三版）M. 北京：高等教育出版社,19942 南京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室編. 無機(jī)化學(xué)（第四版）M.北京：高等教育出版社，20033 大連理工大學(xué)無機(jī)

12、化學(xué)教研室編。無機(jī)化學(xué)（第四版）M. 高等教育出版社，20024 北京師范大學(xué)無機(jī)教研室.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第二版）M. 北京：高等教育出版社，1999：2502525 余新武主編無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)M . 湖北師范學(xué)院化學(xué)系，2000年6 屈媛, 曾晶晶, 余新武. 無機(jī)物顯微結(jié)構(gòu)研究J. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001,21(2):82857 張克從, 張樂惠. 晶體生長科學(xué)與技術(shù)(第二版)M. 北京：科學(xué)出版社,1997：223227.8 仲維卓，華素坤. 晶體生長形態(tài)學(xué)M. 北京：科學(xué)出版社，1999：2789 周公渡, 段連運(yùn). 結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)第二版M. 北京：北京大學(xué)出版社，2002

13、：328329Growth and Appraising to the Crystal ofthe Deliquescent Inorganic CompoundYU Xin-wu LI Qiu-ju(Department of Chemistry and Environment Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002 )Abstract：This paper introduce the preparation of the crystals by the way of solution, uses different way to obtain different crystals, compares the intact of different crystals, analyzes the reasons influencing the shape of the crystals, inquires the best condition manufact