結(jié)晶及晶體生長(zhǎng)形態(tài)的觀察

PAGE3結(jié)晶及晶體生長(zhǎng)形態(tài)的觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.認(rèn)識(shí)結(jié)晶的基本過(guò)程及實(shí)驗(yàn)原理。2.了解結(jié)晶是混合物分離的常用方法。3.認(rèn)識(shí)水溶液的溶解度與結(jié)晶。4.認(rèn)識(shí)晶體形態(tài)與所屬晶系的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理晶體具有規(guī)則的幾何外形而固體不一定有。晶體屬于固體，而固體不一定是晶體。溶質(zhì)以晶體的形式從溶液中析出的過(guò)程叫做結(jié)晶。只有在那個(gè)溫度下，溶液已不能繼續(xù)溶解這些晶體時(shí)，晶體才會(huì)析出。或者說(shuō)，析出晶體時(shí)的溶液，肯定是該溫度下這種晶體的飽和溶液。定溫定壓時(shí)，飽和溶液中所含溶質(zhì)的量，稱為該溶質(zhì)在該溫度、壓力下的溶解度。在一定量的水中一定的溫度下，所能溶解的溶質(zhì)量是有限的，溶質(zhì)在水中無(wú)法繼續(xù)溶解時(shí)，多余的溶質(zhì)便沉在杯底，即使經(jīng)過(guò)攪拌也無(wú)法令更多的溶質(zhì)溶解。此時(shí)杯中水溶液所能溶解的溶質(zhì)已達(dá)最大量，稱之為“飽和溶液”。溶劑中所能溶解的溶質(zhì)未達(dá)最大量，此時(shí)的溶液稱之為“未飽和溶液”，如果再繼續(xù)加入少許溶質(zhì)時(shí)，固體溶質(zhì)會(huì)繼續(xù)溶解。利用較高溫度配置溶液達(dá)到飽和后，再降低溫度，水溶液在高溫中溶解度較高，一旦降溫后溶解度也降低，但溶質(zhì)的量不減，因此，水溶液的濃度大于最大溶解度，此時(shí)的溶液稱為“過(guò)飽和溶液”。過(guò)飽和溶液是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，過(guò)量的溶質(zhì)會(huì)伺機(jī)結(jié)晶析出而成為飽和溶液。圖1.幾種典型鹽的溶解度曲線利用物質(zhì)在水溶液中的溶解度對(duì)溫度變化的差異，將水溶液加熱后配置成飽和水溶液，再將溫?zé)岬娘柡退芤号c過(guò)剩的溶質(zhì)經(jīng)由過(guò)濾分離后，當(dāng)水溶液溫度降低時(shí)即成為過(guò)飽和水溶液，過(guò)剩的溶質(zhì)會(huì)結(jié)晶析出形成晶體。由上圖可以看出，結(jié)晶有兩種方法：一為蒸發(fā)溶劑結(jié)晶（如食鹽溶解度受溫度影響小的物質(zhì)），二為冷卻熱飽和溶液（如硝酸鉀溶解度受溫度影響大的物質(zhì)）。①蒸發(fā)結(jié)晶—溫度不變?nèi)軇p少。②降溫結(jié)晶—溶劑不變溫度降低。利用結(jié)晶可以分離部分水溶性物質(zhì)，①對(duì)溶解度受溫度變化影響不大的固體溶液，一般用蒸發(fā)溶劑的方法得到晶體(即蒸發(fā)結(jié)晶)，達(dá)到分離目的。②對(duì)溶解度受溫度變化影響相當(dāng)大的固體溶質(zhì)，一般采用冷卻其熱飽和溶液的方法得到晶體(即降溫結(jié)晶)，達(dá)到分離目的。從微粒運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看，溶解是溶質(zhì)微粒離開溶質(zhì)表面向溶劑里分散的過(guò)程；結(jié)晶是分散在溶液里的溶質(zhì)微粒向溶質(zhì)表面聚集的過(guò)程。顯然，溶解和結(jié)晶是相反的兩個(gè)過(guò)程。當(dāng)溶質(zhì)開始溶解時(shí)，單位時(shí)間里從固體溶質(zhì)表面擴(kuò)散到溶劑里的微粒數(shù)目，比回到固體溶質(zhì)表面的溶質(zhì)微粒數(shù)目多，固體溶質(zhì)不斷減少。隨著溶解的進(jìn)行，溶液中溶質(zhì)微粒數(shù)目逐漸增加，由溶液里回到固體溶質(zhì)表面的溶質(zhì)微粒數(shù)目也不斷增加，溶質(zhì)溶解的速率逐漸減小，而溶質(zhì)結(jié)晶的速率卻逐漸增大。當(dāng)單位時(shí)間里擴(kuò)散到溶液里的溶質(zhì)微粒數(shù)目，與回到溶質(zhì)表面的溶質(zhì)微粒數(shù)目相等時(shí)，也就是溶質(zhì)溶解的速率與溶質(zhì)結(jié)晶的速率相等時(shí)，溶解過(guò)程與結(jié)晶過(guò)程達(dá)到了平衡。這兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的相反過(guò)程是可逆的，通常用“”表示。固體溶質(zhì)溶液里的溶質(zhì)這時(shí)，可以看成溶質(zhì)不再溶解，也不再結(jié)晶。但實(shí)際上，溶解和結(jié)晶都仍在進(jìn)行。這時(shí)的溶液就是我們前面所說(shuō)的飽和溶液。能溶解在水里的物質(zhì)，不能無(wú)限制地溶解的原因就是因?yàn)榇嬖谶@個(gè)平衡。當(dāng)外界條件改變（如飽和溶液冷卻或蒸發(fā)溶劑）時(shí)，溶解和結(jié)晶的速率也要相應(yīng)地改變，便會(huì)有晶體析出等現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)晶體種類五花八門，我們之所以要選擇硫酸銅作為試驗(yàn)的觀察物質(zhì)，是因?yàn)榱蛩徙~結(jié)晶容易、顏色艷麗、晶體形狀漂亮有如藍(lán)寶石，所以我們采用硫酸銅和明礬結(jié)晶作為試驗(yàn)對(duì)象。硫酸銅結(jié)晶寶藍(lán)色菱形晶體。明礬結(jié)晶-八面體。圖4.硫酸銅晶體圖5.明礬晶體三、實(shí)驗(yàn)用具和藥品實(shí)驗(yàn)用具：燒杯，玻璃棒，棉線，酒精燈或電爐實(shí)驗(yàn)藥品：明礬，硫酸銅四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用燒杯裝取2杯熱水，分別配置明礬（100℃時(shí)溶解度約為154克）以及硫酸銅（100℃時(shí)溶解度約為2.取出上層較清澈水溶液倒入小燒杯中，靜置一段時(shí)間等結(jié)晶成形后，挑選晶體形狀較規(guī)則的結(jié)晶作為晶種。3.將剩余的飽和水溶液加熱，溶解更多的溶質(zhì)，配置溫?zé)岬娘柡退芤骸?.將晶種用棉線綁好吊入所配置的過(guò)飽和水溶液中，靜置等待結(jié)晶。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)燒杯的杯壁也有細(xì)小晶體的產(chǎn)生，持續(xù)觀察幾天后，杯壁上晶體的面積越來(lái)越大，原來(lái)是晶體會(huì)沿著杯壁往上爬升，這些晶體甚至爬出杯子外側(cè)。杯內(nèi)的溶液也逐漸減少。由此可以斷定，在常溫下，硫酸銅水溶液在燒杯內(nèi)壁產(chǎn)生晶體，水溶液又因毛細(xì)作用往上攀爬，漸漸在燒杯壁上形成晶體，此現(xiàn)象是為“攀晶”。2.在不同溫度下結(jié)晶會(huì)造成結(jié)晶速度不同，晶體大小也有差別。將某種物質(zhì)溶在水中，使其達(dá)到飽和，再將溫度降低，由此讓溶液達(dá)到過(guò)飽和，