凝膠法制備酒石酸鈣單晶體

1、.凝膠法制備酒石酸鈣單晶體   張雪東  （遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 遼寧 大連 116029）  摘 要: 用高溶解度的酒石酸鈣和氯化鈣生成難容的酒石酸鈣沉淀, 再利用硅凝膠控制成核速度, 得到無(wú)色透明的酒石酸鈣單晶體. 凝膠法生長(zhǎng)單晶體也稱為化學(xué)反應(yīng)法生長(zhǎng)單晶體. 凝膠法生長(zhǎng)單晶體的對(duì)象是在溶液中易沉淀的物質(zhì), Ksp 值小. 凝膠是常見分散體系的一種, 分散體系相互連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 分散介質(zhì)填充

2、于其間, 形成凝膠的必要條件是分散相有足夠的濃度. 當(dāng)改變陰陽(yáng)離子濃度, 使離子積小于溶度積時(shí), 物質(zhì)不沉淀. 利用硅凝膠可控制成核速度, 得到無(wú)色透明的酒石酸鈣單晶體, 采用紅外光譜對(duì)晶體的晶相、形貌、化學(xué)組成和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析. 結(jié)果表明, 采用稀釋法或控制成核速度的方法控制陰陽(yáng)離子濃度, 使離子積小于溶度積時(shí), 物質(zhì)不易沉淀.  關(guān)鍵詞: 凝膠法; 酒石酸鈣; 單晶體; 成核速度; 高溶解度  凝膠法生長(zhǎng)單晶

3、體也稱為化學(xué)反應(yīng)法生長(zhǎng)單晶體. 凝膠法生長(zhǎng)單晶體的對(duì)象是在溶液中易沉淀的物質(zhì), Ksp值小. 凝膠是常見分散體系的一種, 分散體系相互連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 分散介質(zhì)填充于其間, 形成凝膠的必要條件是分散相有足夠的濃度. 當(dāng)改變陰陽(yáng)離子濃度, 使離子積小于溶度積時(shí), 物質(zhì)不沉淀. 可以采用稀釋法或控制成核速度的方法達(dá)到控制陰陽(yáng)離子濃度的目的, 避免沉淀生成. 酒石酸鈣的溶度積Ksp =4.09 ×10-6 , 當(dāng)采用高溶解度的酒石酸和氯化鈣

4、反應(yīng)即生成難溶的酸石酸鈣沉淀:   H2C4H4O6 + CaCl2  CaC4H4O6(s) + 2 HCl      利用硅凝膠可控制成核速度, 得到無(wú)色透明的酒石酸鈣單晶體。  1. 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器  試劑：酒石酸；氯化鈣；濃鹽酸；硅酸鈉；pH試紙；濾紙。（所有藥品均為分析純 儀器：紅外光譜儀；電子天平； 單晶管；U型管；小燒杯；滴管；玻璃棒；容量 瓶；

5、表面皿.；pH 試紙；濾紙.。 1.2實(shí)驗(yàn)步驟  稱取224 g硅酸鈉于1000 mL杯中, 加入500 mL水溶解。用小燒杯每次取約10 mL溶液進(jìn)行下面操作。用1 mol· L-1HCl調(diào)節(jié)溶液的pH值至4-5, 反復(fù)實(shí)驗(yàn)后 得到透明凝膠, 裝入U(xiǎn)型管備用。 分別配置0.1 moL·L-1和0.2 moL·L-1的酒石酸和氯化鈣溶液裝在U型管兩側(cè)管中，觀察酒石酸鈣的生長(zhǎng)速度。 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 

6、;2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)  表1   化合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)    1  分子式 Ca(C2O3)2·4H2O 分子量 1035.896 晶系, 空間群 單斜, C2/c a, b, c / nm 0.624, 0.823, 1.043 , ,  / ° 94.874, 105.970,&#

7、160;107.562 V / nm3 , Z 2.4276 (10 ), 4 T/ K 298(2) Dc/ g·cm-3  0.482  Final RindicesI2(I) R1= 0.0281 , wR2 = 0.0709 R indices (all data) R1 = 0.

8、0326 , wR2 = 0.0751 F(000)  272 Goodness-of-fit on F2  1.068 Largest diff.peak and hole(103e·nm-3)  0.263, -0.197    表2   化合物的部分鍵長(zhǎng)(nm)和鍵角(°)  鍵長(zhǎng)Å    鍵長(zhǎng)

9、7;    鍵長(zhǎng)Å     Ca1O5#1 2.4033(14) O1C1 1.257(2) O5Ca1#2 2.4033(14) Ca1O1 2.4060(14) O2C1 1.252(2) O6C4 1.255(2) Ca1O1W 2.4219(15) O3C2 1.423(2) C1C2 1.526(2) Ca1O4W 2.4419

10、(16) O3H3D 0.829(10) C2C3 1.541(3) Ca1O2W 2.4483(15) O4C3 1.412(2)  C2H2A  0.9800 Ca1O3W 2.4769(15) O4Ca1#2 2.4781(13) C3C4 1.528(2) Ca1O4#1  2.4781(13) O4H4D  0.826(10)  C3H3A  0.9800 

11、 Ca1O3 2.5268(14) O5C4 1.255(2) C4Ca1#2 3.2398(19)  Ca1C4#1  3.2398(19)           鍵角/°     鍵角/°    鍵角/°     O5#1Ca1O1  93.03(5)  O1WCa1O3W 126.20

12、(6) O4WCa1O3 78.77(5) O5#1Ca1O1W 79.38(5) O4WCa1O3W 74.59(5) O2WCa1O3 139.73(5) O1Ca1O1W  135.68(5)  O2WCa1O3W 75.82(6) O3WCa1O3 142.97(5) O5#1Ca1O4W 149.26(5) O5#1Ca1O4#1 64.94(4) O4#1Ca1O3  118.52(5

13、)  O1Ca1O4W  86.59(5)  O1Ca1O4#1  74.87(5)  O5#1Ca1C4#1 19.30(4) O1WCa1O4W 79.58(6) O1WCa1O4#1 135.24(5) O1Ca1C4#1  80.69(5)  O5#1Ca1O2W 80.27(5) O4WCa1O4#1 143.10(5) O1WCa1C4#1 98.58(5) O1Ca1O2W  148

14、.76(5)  O2WCa1O4#1 74.67(5) O4WCa1C4#1 159.68(5) O1WCa1O2W 73.38(5) O3WCa1O4#1 73.50(5) O2WCa1C4#1 83.83(5) O4WCa1O2W 114.48(5) O5#1Ca1O3 73.57(5) O3WCa1C4#1 120.64(5) O5#1Ca1O3W 136.16(5) O1Ca1O3 63.

15、93(4) O4#1Ca1C4#1 47.30(4) O1Ca1O3W  89.04(5)  O1WCa1O3  72.11(5)  O3Ca1C4#1  81.42(5)  2.2 結(jié)構(gòu)圖      2.3 討論  在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意一些實(shí)驗(yàn)操作過程, 使實(shí)驗(yàn)獲得更高的產(chǎn)率, 實(shí)驗(yàn)中注意如下幾點(diǎn):   第一, 制備硅凝膠時(shí), 一定控制好pH值, 如果pH過高, 也能形成

16、凝膠, 但是不透明, 主要是硅酸鈉的取聚合體. 若pH值過低, 不易形成凝膠或需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能凝固.  第二, 用過的燒杯要及時(shí)清洗干凈, 否則易被強(qiáng)堿性的硅酸鈉腐蝕.  第三, 在滴加酸的過程中, 一定邊加酸邊攪拌, 在溶液粘度稍增大時(shí), 即停止加入酸, 立即將凝膠轉(zhuǎn)入U(xiǎn)型管中, 靜置片刻后即成無(wú)色透明的硅凝膠.   第四, 配制不同濃度的酒石酸溶液和氯化鈣溶液, 分別倒入U(xiǎn)形管兩側(cè), 并一定

17、要封好U形管兩側(cè)的管口, 然后靜置.  3 結(jié)論 3.1注意事項(xiàng)  1.制備硅凝膠時(shí)，一定控制好pH值，如果pH過高，也能形成凝膠，但是不透明，主要是硅酸鈉的取聚合體。項(xiàng)pH值過低，不易形成凝膠或需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能凝固。         2.用過的燒杯要及時(shí)清洗干凈，否則易被強(qiáng)堿性的硅酸鈉腐蝕。  3.在滴加酸的過程中，一定邊加酸邊攪拌，在溶液粘度稍增大時(shí)，即停止加入酸，立即將凝膠轉(zhuǎn)入U(xiǎn)型管中，靜置片刻后即成無(wú)色透明的硅凝膠。  4. 配制不同濃度的酒石酸溶液和氯化鈣溶液, 分別倒入U(xiǎn)形管兩側(cè), 并一定要封好U形管兩側(cè)的管口, 然后靜置。   3.2 討論  以酒石酸溶液和氯化鈣溶液用凝膠法制備酒石酸鈣單晶體, 稀釋法或控制成核速度的方法控制陰陽(yáng)離子濃度, 使離子積小于溶度積時(shí), 物質(zhì)不易沉淀, 可以清楚的