溶解-动力学过程 电子教材.pdf

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国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库

《水环境化学》教案

知识点溶解-沉淀动力学过程学时1学时

教学

溶解、沉淀

内容

教学沉淀过程

教学难点晶体生长速率

重点溶解过程

《环境化学》南京大学出版社

参考《水环境化学》高等教育出版社

资料《环境化学纲要》环境科学丛刊

《环境化学》哈尔滨工业大学出版社

一、溶解和沉淀概述

溶解和沉淀是天然水和水处理过程中极为重要的现象。天然水在循环过程中与岩

石中的矿物不断地相互作用,矿物既可溶解于水中或与水发生反应,也可沉积于湖泊、

河流或海洋的底部,因此,矿物质的溶解与沉淀成为决定天然水化学组成的重要因素。

掌握有关固态物质在水中溶解沉淀平衡的知识将有助于深入了解天然的风化过程和

沉积过程,了解天然水体中矿物质含量的变化规律,以及直观衡量一般金属化合物在

水体中的迁移能力。

二、溶解一沉淀动力学过程

天然水环境中固体的溶解一沉淀过程往往十分缓慢,因此,其动力学过程就十分

重要。但是影响动力学过程的因素相当复杂,很难进行严格的数学描述。通常在一定

条件下采用经验公式推算速率。

(一)沉淀过程

沉淀发生一般分为三个阶段:①成核(Nucleation);②晶体生长(Crystal

Growth);③晶体聚集(Agglomeration.Ripening)。

1.成核作用

核是一个细微的颗粒,可以由该沉淀的几个分子簇或该沉淀成分离子的几个离子

对簇组成。它们也可以是与沉淀物无关,但晶格结构部分相似的细微颗粒。晶核形成

是溶液中无规则运动的溶质组分变成具有确定表面的有组织的结构。这一过程需要消

耗能量,因此,沉淀在一个均匀溶液里形成之前,溶液就必须是过饱和,溶液中过饱

和度是晶核形成的驱动力,过饱和度越大,晶核越容易生成,非均相晶核较均相晶核

易生成,因为一方面溶质组分自身可以相互聚集形成晶核,另一方面溶质组分又可吸

附在其他溶质微粒表面形成晶核。

2.品体生长

晶体不断从溶液中获得离子,使品核颗粒长大,由于包括沉淀在内的水和废水处

理过程往往都达不到平衡,所以晶体生长速率极为重要,这种生长速率与溶液的浓度、

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温度、晶核粒度大小及表面状况等因素均有关系。晶体生长速率可用式表示为

dc*n

ks(cc)

dt

-1n-1-11-n

式中:dc/dt为晶体生长速率,mol·L;k为晶体生长速率常数,L·mg·t.mol;

-1

s为单位体积中具有一定表面积的晶核量,mol·L;c为结晶界面溶质离子的极限浓

-1-1

度,mol·L;c*为饱和浓度,mol·L;n为常数。

3.品核聚集

在沉淀形成初期,固相往往是不稳定的,通常都要经过一定时间,沉淀物才逐渐

转化为稳定的固相。稳定固相的溶解量一般比初始形成的状态有更低的溶解量。因此,

稳定固相的不断出现,溶液中溶质浓度也随之下降,使沉淀趋向更完全。晶体结构转

向稳定的过程称为“陈化”或“熟化”。该过程所需的时间决定于沉淀物性质和温度等条

件。

(二)溶解过程

溶解是沉淀的逆过程,其溶解速率与固体物质的性质、接触界面、溶剂性质及温

度等条件有关。溶解速率一般是由溶质离开固体的扩散速率所控制,动力学方程为

dc

ks(c

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