結(jié)晶現(xiàn)象的原理與發(fā)生步驟課件

結(jié)晶現(xiàn)象的原理與方法1結(jié)晶現(xiàn)象的原理與方法1目錄1結(jié)晶與晶體2

結(jié)晶的基本原理3結(jié)晶的步驟4結(jié)晶過程影響因素分析2目錄1結(jié)晶與晶體2結(jié)晶的基本原理3結(jié)晶的步驟4結(jié)晶過程1、結(jié)晶與晶體1、結(jié)晶與晶體結(jié)晶是指固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液、蒸汽或熔融物中析出的過程。晶體是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點元素（原子、離子、分子）作三維有序規(guī)則排列排列的固態(tài)物質(zhì)。晶體可分為三大晶族，七大晶系如下：高級晶族：立方晶系(等軸晶系）中級晶族：三方晶系、四方晶系、六方晶系低級晶族：正交晶系(斜方晶系）、單斜晶系、三斜晶系。31、結(jié)晶與晶體1、結(jié)晶與晶體結(jié)晶是指固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液2、結(jié)晶的基本原理2、結(jié)晶的基本原理將一個被溶解物(溶質(zhì))放入一個溶劑中，由于分子的熱運動，必然發(fā)生兩個過程：(1)固體的溶解，即溶質(zhì)分子擴散進入液體內(nèi)部。(2)物質(zhì)的沉積，即溶質(zhì)分子由液體中擴散到固體表面進行沉積，一定時間后，這兩種分子擴散過程達(dá)到動態(tài)平衡。我們將能夠與固相處于平衡的溶液稱為該固體的飽和溶液。溶液濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解度，即達(dá)到液固相平衡狀態(tài)時的濃度曲線，稱為飽和曲線；溶液過飽和而欲自發(fā)的產(chǎn)生晶核的極限濃度曲線稱為過飽和曲線。飽和曲線與過飽和曲線之間的區(qū)域為結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)。42、結(jié)晶的基本原理2、結(jié)晶的基本原理將一個被溶解物(溶質(zhì))放2、結(jié)晶的基本原理不穩(wěn)區(qū)過渡區(qū)亞穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)A穩(wěn)定區(qū)：即不飽和區(qū)。其濃度≦平衡濃度，在這里不可能發(fā)生結(jié)晶。B亞穩(wěn)區(qū)：即第一過飽和區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)不會自發(fā)成核，當(dāng)加入晶種時，結(jié)晶會生長，但不會產(chǎn)生新晶核。C過渡區(qū)：即第二過飽和區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)也不會自發(fā)成核，但加入晶種后，在結(jié)晶生長的同時會有新晶核產(chǎn)生。D不穩(wěn)定區(qū)：溶液處于不穩(wěn)定態(tài)，是自發(fā)成核區(qū)域，瞬間出現(xiàn)大量微小晶核，發(fā)生晶核泛濫。1—飽和曲線；2—第一過飽和曲線；3—第二過飽和曲線介穩(wěn)區(qū)52、結(jié)晶的基本原理不穩(wěn)區(qū)過渡區(qū)亞穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)A穩(wěn)定區(qū)：即不飽和2、結(jié)晶的基本原理一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象，此時的溶液稱為過飽和溶液；溶液中，離子通過互相碰撞形成微小的晶核——成核過程；晶核形成后溶液中的構(gòu)晶離子向晶核表面擴散，并沉積在晶核上——晶核生長；晶核就逐漸長大成晶粒，晶粒進一步聚集、定向排列成晶體；如果來不及定向排列則成為非晶粒沉淀。62、結(jié)晶的基本原理一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過3、結(jié)晶的步驟3、結(jié)晶的步驟結(jié)晶是從均一的溶液中析出固相晶體的一個操作，常包括為三個步驟：過飽和溶液的形成、晶核的生成和晶體的成長。a-晶核的生成b-誘導(dǎo)期c-結(jié)晶成長d-結(jié)晶老化e-平衡的飽和溶液73、結(jié)晶的步驟3、結(jié)晶的步驟結(jié)晶是從均一的溶液中析出固相晶體3、結(jié)晶的步驟（1）過飽和溶液的形成

結(jié)晶的首要條件是過飽和，制備過飽和溶液的方法一般有五種：蒸發(fā)法化學(xué)反應(yīng)法冷卻法鹽析法抗溶劑法83、結(jié)晶的步驟（1）過飽和溶液的形成

蒸發(fā)法化學(xué)反應(yīng)法冷卻3、結(jié)晶的步驟1)化學(xué)反應(yīng)法調(diào)節(jié)pH值或加入反應(yīng)劑，使生成新的物質(zhì)，其濃度超過它的溶解度。氟化鈉過飽和溶液的形成，采用的便是此類方法。2）蒸發(fā)法常用于溶解度變化不大的物質(zhì)。例如鹽田曬鹽（氯化鈉）。將海水或鹽鹵引入鹽田，經(jīng)風(fēng)吹、日曬使水分蒸發(fā)、濃縮而結(jié)晶出食鹽。93、結(jié)晶的步驟1)化學(xué)反應(yīng)法2）蒸發(fā)法93、結(jié)晶的步驟3）冷卻法使溶液冷卻（冷凍）而達(dá)到飽和產(chǎn)生結(jié)晶。此法用于溶解度隨溫度下降而減少的物質(zhì)，例如：硝酸鉀、氯化銨、磷酸鈉、芒硝等，這些物質(zhì)的溶解度溫度系數(shù)變化很大，當(dāng)溫度下降后，這些物質(zhì)的溶解度下降，形成了過飽和溶液，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，溶質(zhì)就會自溶液中結(jié)晶析出。右圖為部分鹽的溶解度曲線。103、結(jié)晶的步驟3）冷卻法103、結(jié)晶的步驟4）鹽析法在溶液中，添加另一種物質(zhì)使原溶質(zhì)的溶解度降低，形成過飽和溶液而析出結(jié)晶。加入的物質(zhì)可以是能與原溶媒互溶的另一種溶媒或另一種溶質(zhì)。5）抗溶劑法通過加入能降低溶解度的抗溶劑，如碳酸鈉的抗溶劑結(jié)晶，在此結(jié)晶體系中，乙二醇、一縮二乙二醇或者1,2-丙二醇等可加入其水溶液中，以降低溶解度，產(chǎn)生過飽和度。113、結(jié)晶的步驟4）鹽析法113、結(jié)晶的步驟晶體形成過程可以用一張簡圖表示如下：123、結(jié)晶的步驟晶體形成過程可以用一張簡圖表示如下：123、結(jié)晶的步驟（2）晶核的生成在過飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)點在過飽和度推動力的作用下，向晶核或者加入晶種運動，并在其表面有序堆積，使晶核或者晶種不斷長大形成晶體。

（3）晶核的成長晶核一經(jīng)形成，立即開始長成晶體，與此同時，新的晶核還在不斷生成。所得晶體的大小，決定于晶核生成速度和晶體成長速度的對比關(guān)系。如果晶體生長速度大大超過晶核生成速度，過飽和度主要用來使晶體成長，則可得到粗大而有規(guī)則的晶體；反之，過飽和度主要用來生成新的晶核，則所得晶體顆粒參差不齊，晶體細(xì)小，甚至呈無定形。133、結(jié)晶的步驟（2）晶核的生成133、結(jié)晶的步驟若要獲得比較粗大和均勻的晶體，一般溫度不宜太低，攪拌不宜太快，并要控制好晶核生成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體成長速度，最好在較低的飽和度下即將溶液控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)結(jié)晶，那么在較長的時間里可以只有一定量的晶核生成，而使原有的晶核不斷成長為晶體。加入晶種，能控制晶體的形狀、大小和均勻度，但首要的晶種自身應(yīng)有一定的形狀、大小和比較均勻，不僅如此，加入晶種還可使晶核的生成提前，也就是說所需的過飽和度可以比不加晶種時低很多。所以，在工業(yè)生產(chǎn)中如遇結(jié)晶液濃度太低而結(jié)晶發(fā)生困難時，可適當(dāng)加入些晶種，能使結(jié)晶順利進行。143、結(jié)晶的步驟若要獲得比較粗大和均勻的晶體，一般溫度不宜太低4、結(jié)晶過程影響因素分析4、結(jié)晶過程影響因素分析根據(jù)結(jié)晶原理，結(jié)晶操作的影響因素主要考慮晶核形成速率和晶體成長速率的影響因素，包括過飽和度、溫度、攪拌強度、冷卻速度、雜質(zhì)以及晶種等方面。（1）過飽和度的影響晶核生成速率和晶體成長速率均隨過飽和度的增加而增大。在不穩(wěn)區(qū)，溶液會產(chǎn)生大量晶核，不利于晶體成長。所以，過飽和度值應(yīng)大致使操作控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，又可保持較高的晶體成長速率，使結(jié)晶操作高產(chǎn)而優(yōu)質(zhì)。154、結(jié)晶過程影響因素分析4、結(jié)晶過程影響因素分析根據(jù)結(jié)晶原理4、結(jié)晶過程影響因素分析（2）溫度的影響（溫度梯度）溫度是重要的影響因素之一。在其它所有條件相同的情況下，速率應(yīng)隨溫度的提高而加快。而實際上由于物料的性質(zhì)、擴散速率等都與溫度有關(guān)，更重要的是溶解度取決于溫度，而過飽和度通常是隨溫度的提高而降低的。因此，晶體生長速率一方面由于粒子相互作用的過程加速，應(yīng)隨溫度的提高而加快，另一方面則由于伴隨著溫度提高，過飽和度降低而減慢。164、結(jié)晶過程影響因素分析（2）溫度的影響（溫度梯度）164、結(jié)晶過程影響因素分析（3）攪拌的影響結(jié)晶操作中，通常需要使用攪拌裝置，使溶液的溫度均勻，防止溶液產(chǎn)生局部濃度不均、結(jié)垢等弊病。同時也提高了溶質(zhì)擴散的速率，有利于晶體成長，晶核散布均勻，加快產(chǎn)生過程，這樣可防止晶體粘連在一起形成晶簇，降低產(chǎn)品質(zhì)量。適當(dāng)?shù)卦黾訑嚢鑿姸龋梢越档瓦^飽和度，從而減少了大量晶核快速析出的可能。但攪拌強度過大，將使介穩(wěn)區(qū)縮小，容易超越介穩(wěn)區(qū)到達(dá)不穩(wěn)區(qū)而產(chǎn)生細(xì)晶，同時也使得大晶粒之間摩擦、撞擊而破碎。174、結(jié)晶過程影響因素分析（3）攪拌的影響174、結(jié)晶過程影響因素分析（4）冷卻（蒸發(fā)）速度的影響在實際生產(chǎn)中，通過真空絕熱蒸發(fā)冷卻是使溶液產(chǎn)生過飽和度的重要手段之一。冷卻速度快，過飽和度增大就快，容易超越介穩(wěn)區(qū)極限，到達(dá)不穩(wěn)定區(qū)時將析出大量晶核，影響結(jié)晶粒度。因些，結(jié)晶操作過程的冷卻速度不宜太快。（5）雜質(zhì)的影響物料中雜質(zhì)的存在對晶體的生長有很大的影響，應(yīng)該盡量去除雜質(zhì)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。184、結(jié)晶過程影響因素分析（4）冷卻（蒸發(fā)）速度的影響184、結(jié)晶過程影響因素分析（6）晶種的影響工業(yè)生產(chǎn)中的結(jié)晶操作一般都是在人為加入晶種的情況下進行的（二次成核）。晶種的作用主要是用來控制晶核的數(shù)量，以得到較大而均勻的結(jié)晶產(chǎn)品。加晶種時，必須掌握好時機，應(yīng)在溶液進入介穩(wěn)區(qū)內(nèi)適當(dāng)溫度時加入晶種。如果溶液溫度較高，即高于飽和溫度，加入晶種可能部分或全部被溶化；如果溫度過低，即已進入不穩(wěn)區(qū)，溶液中已自發(fā)產(chǎn)生大量晶核，再加晶種已不起作用。此外，在加晶種時，應(yīng)當(dāng)輕微地攪拌，以使其均勻地散布在溶液之中。194、結(jié)晶過程影響因素分析（6）晶種的影響1920202022/11/27212022/11/2721結(jié)晶現(xiàn)象的原理與方法22結(jié)晶現(xiàn)象的原理與方法1目錄1結(jié)晶與晶體2

結(jié)晶的基本原理3結(jié)晶的步驟4結(jié)晶過程影響因素分析23目錄1結(jié)晶與晶體2結(jié)晶的基本原理3結(jié)晶的步驟4結(jié)晶過程1、結(jié)晶與晶體1、結(jié)晶與晶體結(jié)晶是指固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液、蒸汽或熔融物中析出的過程。晶體是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點元素（原子、離子、分子）作三維有序規(guī)則排列排列的固態(tài)物質(zhì)。晶體可分為三大晶族，七大晶系如下：高級晶族：立方晶系(等軸晶系）中級晶族：三方晶系、四方晶系、六方晶系低級晶族：正交晶系(斜方晶系）、單斜晶系、三斜晶系。241、結(jié)晶與晶體1、結(jié)晶與晶體結(jié)晶是指固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液2、結(jié)晶的基本原理2、結(jié)晶的基本原理將一個被溶解物(溶質(zhì))放入一個溶劑中，由于分子的熱運動，必然發(fā)生兩個過程：(1)固體的溶解，即溶質(zhì)分子擴散進入液體內(nèi)部。(2)物質(zhì)的沉積，即溶質(zhì)分子由液體中擴散到固體表面進行沉積，一定時間后，這兩種分子擴散過程達(dá)到動態(tài)平衡。我們將能夠與固相處于平衡的溶液稱為該固體的飽和溶液。溶液濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解度，即達(dá)到液固相平衡狀態(tài)時的濃度曲線，稱為飽和曲線；溶液過飽和而欲自發(fā)的產(chǎn)生晶核的極限濃度曲線稱為過飽和曲線。飽和曲線與過飽和曲線之間的區(qū)域為結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)。252、結(jié)晶的基本原理2、結(jié)晶的基本原理將一個被溶解物(溶質(zhì))放2、結(jié)晶的基本原理不穩(wěn)區(qū)過渡區(qū)亞穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)A穩(wěn)定區(qū)：即不飽和區(qū)。其濃度≦平衡濃度，在這里不可能發(fā)生結(jié)晶。B亞穩(wěn)區(qū)：即第一過飽和區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)不會自發(fā)成核，當(dāng)加入晶種時，結(jié)晶會生長，但不會產(chǎn)生新晶核。C過渡區(qū)：即第二過飽和區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)也不會自發(fā)成核，但加入晶種后，在結(jié)晶生長的同時會有新晶核產(chǎn)生。D不穩(wěn)定區(qū)：溶液處于不穩(wěn)定態(tài)，是自發(fā)成核區(qū)域，瞬間出現(xiàn)大量微小晶核，發(fā)生晶核泛濫。1—飽和曲線；2—第一過飽和曲線；3—第二過飽和曲線介穩(wěn)區(qū)262、結(jié)晶的基本原理不穩(wěn)區(qū)過渡區(qū)亞穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)A穩(wěn)定區(qū)：即不飽和2、結(jié)晶的基本原理一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、壓力下溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象，此時的溶液稱為過飽和溶液；溶液中，離子通過互相碰撞形成微小的晶核——成核過程；晶核形成后溶液中的構(gòu)晶離子向晶核表面擴散，并沉積在晶核上——晶核生長；晶核就逐漸長大成晶粒，晶粒進一步聚集、定向排列成晶體；如果來不及定向排列則成為非晶粒沉淀。272、結(jié)晶的基本原理一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過3、結(jié)晶的步驟3、結(jié)晶的步驟結(jié)晶是從均一的溶液中析出固相晶體的一個操作，常包括為三個步驟：過飽和溶液的形成、晶核的生成和晶體的成長。a-晶核的生成b-誘導(dǎo)期c-結(jié)晶成長d-結(jié)晶老化e-平衡的飽和溶液283、結(jié)晶的步驟3、結(jié)晶的步驟結(jié)晶是從均一的溶液中析出固相晶體3、結(jié)晶的步驟（1）過飽和溶液的形成

結(jié)晶的首要條件是過飽和，制備過飽和溶液的方法一般有五種：蒸發(fā)法化學(xué)反應(yīng)法冷卻法鹽析法抗溶劑法293、結(jié)晶的步驟（1）過飽和溶液的形成

蒸發(fā)法化學(xué)反應(yīng)法冷卻3、結(jié)晶的步驟1)化學(xué)反應(yīng)法調(diào)節(jié)pH值或加入反應(yīng)劑，使生成新的物質(zhì)，其濃度超過它的溶解度。氟化鈉過飽和溶液的形成，采用的便是此類方法。2）蒸發(fā)法常用于溶解度變化不大的物質(zhì)。例如鹽田曬鹽（氯化鈉）。將海水或鹽鹵引入鹽田，經(jīng)風(fēng)吹、日曬使水分蒸發(fā)、濃縮而結(jié)晶出食鹽。303、結(jié)晶的步驟1)化學(xué)反應(yīng)法2）蒸發(fā)法93、結(jié)晶的步驟3）冷卻法使溶液冷卻（冷凍）而達(dá)到飽和產(chǎn)生結(jié)晶。此法用于溶解度隨溫度下降而減少的物質(zhì)，例如：硝酸鉀、氯化銨、磷酸鈉、芒硝等，這些物質(zhì)的溶解度溫度系數(shù)變化很大，當(dāng)溫度下降后，這些物質(zhì)的溶解度下降，形成了過飽和溶液，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，溶質(zhì)就會自溶液中結(jié)晶析出。右圖為部分鹽的溶解度曲線。313、結(jié)晶的步驟3）冷卻法103、結(jié)晶的步驟4）鹽析法在溶液中，添加另一種物質(zhì)使原溶質(zhì)的溶解度降低，形成過飽和溶液而析出結(jié)晶。加入的物質(zhì)可以是能與原溶媒互溶的另一種溶媒或另一種溶質(zhì)。5）抗溶劑法通過加入能降低溶解度的抗溶劑，如碳酸鈉的抗溶劑結(jié)晶，在此結(jié)晶體系中，乙二醇、一縮二乙二醇或者1,2-丙二醇等可加入其水溶液中，以降低溶解度，產(chǎn)生過飽和度。323、結(jié)晶的步驟4）鹽析法113、結(jié)晶的步驟晶體形成過程可以用一張簡圖表示如下：333、結(jié)晶的步驟晶體形成過程可以用一張簡圖表示如下：123、結(jié)晶的步驟（2）晶核的生成在過飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)點在過飽和度推動力的作用下，向晶核或者加入晶種運動，并在其表面有序堆積，使晶核或者晶種不斷長大形成晶體。

（3）晶核的成長晶核一經(jīng)形成，立即開始長成晶體，與此同時，新的晶核還在不斷生成。所得晶體的大小，決定于晶核生成速度和晶體成長速度的對比關(guān)系。如果晶體生長速度大大超過晶核生成速度，過飽和度主要用來使晶體成長，則可得到粗大而有規(guī)則的晶體；反之，過飽和度主要用來生成新的晶核，則所得晶體顆粒參差不齊，晶體細(xì)小，甚至呈無定形。343、結(jié)晶的步驟（2）晶核的生成133、結(jié)晶的步驟若要獲得比較粗大和均勻的晶體，一般溫度不宜太低，攪拌不宜太快，并要控制好晶核生成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體成長速度，最好在較低的飽和度下即將溶液控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)結(jié)晶，那么在較長的時間里可以只有一定量的晶核生成，而使原有的晶核不斷成長為晶體。加入晶種，能控制晶體的形狀、大小和均勻度，但首要的晶種自身應(yīng)有一定的形狀、大小和比較均勻，不僅如此，加入晶種還可使晶核的生成提前，也就是說所需的過飽和度可以比不加晶種時低很多。所以，在工業(yè)生產(chǎn)中如遇結(jié)晶液濃度太低而結(jié)晶發(fā)生困難時，可適當(dāng)加入些晶種，能使結(jié)晶順利進行。353、結(jié)晶的步驟若要獲得比較粗大和均勻的晶體，一般溫度不宜太低4、結(jié)晶過程影響因素分析4、結(jié)晶過程影響因素分析根據(jù)結(jié)晶原理，結(jié)晶操作的影響因素主要考慮晶核形成速率和晶體成長速率的影響因素，包括過飽和度、溫度、攪拌強度、冷卻速度、雜質(zhì)以及晶種等方面。（1）過飽和度的影響晶核生成速率和晶體成長速率均隨過飽和度的增加而增大。在不穩(wěn)區(qū)，溶液會產(chǎn)生大量晶核，不利于晶體成長。所以，過飽和度值應(yīng)大致使操作控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，又可保持較高的晶體成長速率，使結(jié)晶操作高產(chǎn)而優(yōu)質(zhì)。364、結(jié)晶過程影響因素分析4、結(jié)晶過程影響因素分析根據(jù)結(jié)晶原理4、結(jié)晶過程影響因素分析（2）溫度的影響（溫度梯度）溫度是重要的影響因素之一。在其它所有條件相同的情況下，速率應(yīng)隨溫度的提高而加快。而實際上由于物料的性質(zhì)、擴散速率等都與溫度有關(guān)，更重要的是溶解度取決于溫度，而過飽和度通常是隨溫度的提高而降低的。因此，晶體生長速率一方面由于粒子相互作用的過程加速，應(yīng)隨溫度的提高而加快，另一方面則由于伴隨著溫度提高，過飽和度降低而減慢。374、結(jié)晶過程影響因素分析（2）溫度的影響（溫度梯度）1