结晶Crystallization.ppt
《结晶Crystallization.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《结晶Crystallization.ppt(50页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、23结 晶 Crystallization,结晶的概念,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 固体有结晶和无定形两种状态 结晶: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:析出速度快,粒子排列无规则-沉淀,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。 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。 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。,AFM下
2、的抗生素晶体,AFM下的抗生素晶体层,23.1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。,凯尔文(Kelvin)公式,C*-小晶体的溶解度; C-颗粒半径为r的溶质溶解度 -固体颗粒与溶液间的界面张力; -晶体密度 R-气体常数; T-绝对温度,结晶过程的实质,结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出,形成新相的过程。 这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固体,还包括这些分子有规律地排列在一定晶格中,这一过
3、程与表面分子化学键力变化有关; 因此,结晶过程是一个表面化学反应过程。,晶体的形成,形成新相(固体)需要一定的表面自由能。因此,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。,过饱和度S:,最先析出的微小颗粒是以后晶体的中心,称为晶核。,晶体的形成过程: 过饱和溶液的形成 晶核的形成 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。,温度与溶解度的关
4、系,由于物质在溶解时要吸收热量、结晶时要放出结晶热。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,影响溶液过饱和度的因素,饱和曲线是固定的 不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、冷却速度的快慢等因素的影响,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,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; 自然冷却、间壁
5、冷却(冷却剂与溶液隔开)、直接接触冷却(在溶液中通入冷却剂),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; 加压、减压或常压蒸馏,真空蒸发冷却法 使溶剂在真空下迅速蒸发,并结合绝热冷却,是结合冷却和部分溶剂蒸发两种方法的一种结晶方法。 设备简单、操作稳定,化学反应结晶 加入反应剂产生新物质,当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时,即有晶体析出; 其方法的实质是利用化学反应,对待结晶的物质进行修饰,一方面可以调节其溶解特性,同时也可以进行适当的保护;,盐析结晶,加入一种物质于溶液中,使溶质的溶解度降低,形成过饱和溶液而结晶的方法。 常用的沉淀剂:
6、固体氯化钠、甲醇、乙醇、丙酮,23.3 晶核的形成,初级成核:无晶种存在。均相成核和非均相成核。 二次成核:有晶种存在。剪切力成核和接触成核。 晶核的形成是一个新相产生的过程,需要消耗一定的能量才能形成固液界面;,结晶过程中,体系总的自由能变化分为两部分,即:表面过剩吉布斯自由能(Gs)和体积过剩吉布斯自由能( Gv) 晶核的形成必须满足: G= Gs+ Gv0,阻碍晶核形成; Gv0,临界半径与成核功,假定晶核形状为球形,半径为r,则Gv=4/3(r3 Gv);若以代表液固界面的表面张力,则Gs= A=4 r2 ; 因此,在恒温、恒压条件下,形成一个半径为r 的晶核,其总吉布斯自由能的变化为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 结晶 Crystallization
链接地址:https://www.31doc.com/p-2574691.html