更新时间:2022-08-26 11:39
加晶种进行结晶是控制结晶过程、提高结晶速率、保证产品质量的重要方法之一。
工业上晶种的引入有两种方法:一种是通过蒸发或降温等方法,使溶液的过饱和状态达到不稳定区,自发成核一定数量后,迅速降低溶液浓度(如稀释法)至介稳区,这部分自发成核的晶核作为晶种;另一种是向处于介稳区的过饱和溶液中直接添加细小均匀晶种。工业生产中主要采用第二种加晶种的方法。
对于不易结晶(也就是难以形成晶核)的物质,常采用加入晶种的方法,以提高结晶速率。对于溶液黏度较高的物系,晶核产生困难,而在较高的过饱和度下进行结晶时,由于晶核形成速率较快,容易发生聚晶现象,使产品质量不易控制。因此,高黏度的物系必须采用在介稳区内添加晶种的操作方法。
晶种用以提供晶体生长的位点,以便从均匀的、仅存在一相的溶液中越过一个能垒形成晶核,加入的晶种加速了目标晶型的生长速率,有助于得到目标品型。工业制品中,为了得到粒度大且均匀的晶体产品,都要尽可能避免初级成核,控制二次成核,加入适量的晶种作为晶体生长的核心通常是必须的,晶种的制备因此也成为制备晶体的一个重要环节。
晶种的重要性在于所用的晶种是否需要特别工艺获取,如果需要,则需要说明晶种的获取途径,如果晶种的性质有特别要求,需说明晶种的特性及检测方法。另外,晶种与晶型的稳定性也存在一定的联系。例如,也存在某一晶型在别的晶型晶体的表面生长。稳定晶型会在亚稳定型或不稳定型晶型表面成核、生长,直至最终完全转晶,这是由于两种型的某一晶面的结构相似,溶质分子可以在亚稳定型或不稳定型晶型晶面上直接堆积、排列成稳定晶型。
加晶种时,必须掌握好时机,应在溶液进入介稳区内适当温度时加入晶种。如果溶液温度较高,即高于饱和温度,加入晶种可能部分或全部被溶化;如温度过低,即已进入不稳区,溶液中已自发产生大量晶核,再加晶种已不起作用。此外,在加晶种时,应当轻微地搅动,以使其均匀地散布在溶液之中。
1. 三斜晶体:三结晶轴互相斜交。其长度均不同。
2. 单斜晶体:三结晶轴均不等长,其中两轴互相斜交,但皆垂直於第三轴。
3. 斜方晶体:三结晶轴均不等长,互相垂直。
4. 正方晶体:三结晶轴互相垂直,其中两轴等长,另一轴不等。
5. 三方晶体:等长三轴互相倾斜,且倾角相等。
6. 六方晶体:三轴等长,且相交成60度角。另一不等长的轴则与此平面垂直。
7. 等轴晶体:三轴相等,且相互垂直。
1、结晶习性,俗称晶癖,指结晶成长过程中,各晶面相对的生长率。
2、 各晶面生长率随晶体本身之性质及外界之条件而变化。
3、 影响晶癖的主要因素:
(1)溶剂种类;
(2)不纯物的含量;
(3)搅拌速度;
(4) 溶液的pH值;
(5) 溶液温度。
过饱和法
1、 结晶的步骤:
(1) 晶核之生成: 单位聚群晶胚晶核;
(2) 晶体的生长:晶核结合了动力单位而形者。
2、达成过饱和的方法:
(1) 冷却法:溶质之溶解度变化很大时。
(2) 溶剂蒸发法:溶质之溶解度随温度变化很小时。
(3) 盐析法:在溶液中加入第三种物质,藉以急速降低溶质之溶解度。
(4) 绝热蒸发法:急速蒸发,可降低溶液温度,同时减少溶剂的量。
3、影响结晶的因素:
(1)晶种:在准安定区结晶,可获得大颗粒结晶。
(2)温度:温度不同,则溶液的饱和度不同。
(3)杂质:有杂质存在,则晶形不同。
(4) 搅拌:对於高黏度容液的结晶,搅拌,可以促进晶核成长。
1、 晶体与溶液分离时可能含有母液。
2、可用过滤或离心分离,或以新鲜溶剂洗涤。
结晶之赫夷定律
同一溶质所析出的晶体,其边长与面积的大小可能不同,然而各相对的夹角均相同;即析出之晶体均成几何相似,此为赫夷定律。
结晶之迈耶理论
1、迈耶提出在溶解度曲线以上的过饱和区,再以过溶解度曲线分为不安定区及准安定区。
2、准安定区:只能成长晶体不能生成晶体,故需加入少数微小晶体,作为晶种;如控制得当,可得较大之晶体。
3、不安定区:会有大量微小晶体析出,分享了过饱和溶质的量,使晶体无法长大,故成为微小的晶体。
结晶之目的在于求得适当大小及形状之高纯度晶体。
应注意事项如下:
1、 以适当加热方式除去多余之晶核。
2、避免快速冷却及过大之过饱和度,以防止大量晶核产生。
3、保持均匀之过饱和。
4、 选用器壁平滑之结晶器。
5、减少碰撞及摩擦,以避免产生新晶核。