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Chapter 10结 晶Crystallization 结晶应掌握的内容 （1）什么是结晶过程？ （2）结晶操作的特点有哪些？ （3）凯尔文公式的内容？ （4）了解饱和温度曲线和过饱和温度曲线的内容？ （5）在何种条件下，溶液中才有晶体析出？ （6）影响晶体形成的主要因素有哪些？ （7）晶种的作用是什么？ （8）过饱和溶液形成的方法有哪些？ （9）何为晶体生长的扩散学说？其具体意义何在？ （10）常用的工业起晶方法有哪些？ （11）晶体纯度的计算方法？ （12）影响晶体质量的因素有哪些？ （13）何为重结晶？ 结晶与沉淀 结晶 固体物质以晶体状态从蒸气或溶液中析出的过程 沉淀 固体物质以无定形状态从蒸气或溶液中析出的过程 相同点 都有新相析出 结晶与沉淀 纯净固体的两种状态 结晶，无定形沉淀 两者不同点 （1）结晶体有一定规则，沉淀物无规则，两者的区别是构成单位的排列方式不同． （2）结晶的析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则，无定形固体的析出速度快，粒子排列无规则 几种典型的晶体结构 结晶定义 溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，具有各种对称的晶体，其特征为离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列。 结晶过程分析 饱和溶液 当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液； 过饱和溶液 溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液； 溶液的过饱和度 溶质从溶液中结晶的推动力是一种浓度差。 注：溶质只有在过饱和溶液中才能析出；溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶体大小）有关。 结晶过程分析 晶浆 在结晶器中由溶液结晶出来的晶体与余留下来的溶液构成的混合物。 通常需要用搅拌器或其它方法将晶浆中的晶体悬浮在晶浆中，以促进晶体的进行，因此晶浆也称为悬浮体。 母液 晶浆去除悬浮于其中的晶体后所余留的溶液。 结晶过程与类型 结晶过程的两个步骤： 1 从微观的晶粒作为结晶的核心，这些核心称为晶核，产生晶核的过程称为成核。 2 晶核长大、成为宏观的晶体，该过程称为晶体生长。 类型： 溶液结晶、熔融结晶、升华和沉淀四大类。 结晶的步骤 步骤 （1）过饱和溶液的形成 （2）晶核的形成 （3）晶体生长 其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。 结晶操作的特点 （1）只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此结晶过程有良好的选择性。 （2）通过结晶，溶液中大部分的杂质会留在母液中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高的晶体。 （3）结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。 晶体的形成 前提:形成新相（固体）需要一定的表面自由能。 条件:溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。 首先形成晶核，由Kelvin公式，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能够稳定存在 温度与溶解度的关系 物质溶解------吸收热量、 结晶------ 放出结晶热。 因此，结晶也是一个质量与能量的传递过程，它与体系温度的关系十分密切。 溶解度与温度的关系 可以用饱和曲线和过饱和曲线表示 温度与溶解度的关系 温度与溶解度的关系 在TT曲线的上半部的区域称为不稳定区， 在该区域任意一点溶液均能自发形成结晶，溶液中溶质浓度迅速降低至SS线（饱和）； 晶体生长速度快，晶体尚未长大，溶质浓度便降至饱和溶解度，此时已形成大量的细小结晶，晶体质量差； 因此，工业生产中通常采用加入晶种，并将溶质浓度控制在养晶区，以利于大而整齐的晶体形成。 溶质结晶的影响因素 过过饱和度比，一般用S表示 S=C/c*?? C是过饱和浓度，C*是饱和浓度 假如以水作为成核的诱导期，那么S＝4时可以瞬时结晶。 实验证明：一个物质的溶解度与它的颗粒大小有关系，微小颗粒的溶解度比正常颗粒的溶解度大。 凯尔文（Kelvin）公式 结晶与溶解度之间的关系 晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解—析出平衡； 固体溶质加入未饱和溶液——溶解； 固体溶质加入饱和溶液——平衡（Vs=Vd） 固体溶质加入过饱和溶液——晶体析出 过饱和溶液的形成方法 （1）热饱和溶液冷却（等溶剂结晶） 适用于溶解度随温度升高而增加的体系；同时，溶解度随温度变化的幅度要适中； （2）部分溶剂蒸发法（等温结晶法） 适用于溶解度随温度降低变化不大的体系，或随温度升高溶解度降低的体系； 过饱和溶液的形成方法 （3）真空蒸发冷却法 使溶剂在