大晶体如何培养?
时间:2026-03-13 08:58 来源:未知 作者:化学自习室 点击: 次 所属专题: 晶体制备
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晶体的形状是一定的,晶体颗粒的大小与结晶条件有关,溶质的溶解度越小、溶液的浓度越高、溶剂的蒸发速度越快、溶液冷却得越快,析出的晶粒就越小;
反之,溶质的溶解度越大、溶液的浓度越低、溶剂的蒸发速度越慢、溶液冷却得越慢,析出的晶粒就越大,可得到较大的晶体颗粒。
但是在实际培养过程中,由于实验设备性能有限和各种外界因素影响等,想要培养出规则的大晶体非常困难。
(1)晶体生长理论
晶体生成的一般过程是先生成晶核,而后再逐渐长大。
一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段:
①介质达到过饱和、过冷却阶段。
这个阶段会出现瞬时的微细结晶粒子,当结晶粒子的大小达到临界值以上则进入成核阶段。
②成核阶段。
当体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相,称为均匀成核作用,各处的成核几率相等,这需要克服相当大的表面能位垒,即需要相当大的过冷却度才能成核。当体系内的某些局部区域首先形成新相的核,称为不均匀成核作用。例如悬浮的杂质微粒,容器壁凹凸不平等,这些都能有效降低表面能成核时的位垒,优先在这些具有不均匀性的环境中形成晶核。
③生长阶段。
在单位时间内,单位体积中所形成的核的数目称成核速率。它取决于物质的过饱和度或过冷却度。过饱和度和过冷却度越高,成核速率越大。成核速率还与介质的黏度有关,黏度大会阻碍物质的扩散,降低成核速度。晶核形成后,将进一步成长。
(2)大晶体培养的相关因素
结晶时,只有当溶液达到过饱和才能析出晶体。
达到过饱和的方式有:
①降低温度,如岩浆期结束后的热液越远离岩浆源,温度越低,各种矿物晶体陆续析出;
②水分蒸发,如天然盐湖卤水蒸发;
③通过化学反应,生成难溶物质。
影响晶体生长的主要外部因素有:涡流、温度、杂质、黏度、结晶速度等。
此外晶体析出的先后次序也影响晶体形态:先析出者有较多自由空间,晶形完整,成自形晶;较后生长的则形成半自形晶或他形晶。
同一种矿物的天然晶体在不同的地质条件下形成时,在形态、物理性质上也可能显示不同的特征,这些特征标志着晶体的生长环境,称为标型特征。
(3)大晶体培养的条件选择
①保证晶体沉淀在适当浓度的溶液中进行。这是因为在沉淀过程中,溶液的相对过饱和度不大,均相成核作用不显著,容易得到大颗粒的晶体沉淀。
②增大沉淀的溶解度,降低溶液的相对过饱和度,可获得大的晶粒。
③升高溶液的温度,可以增加构晶离子的扩散速度,从而加快晶体的成长,有利于获得大的晶粒。
④陈化。陈化就是沉淀完全后,让初生的沉淀与母液一起放置一段时间的过程。在陈化过程中,小晶粒逐渐溶解,大晶粒进一步长大。这是因为在同样条件下,小晶粒的溶解度比大晶粒的大。在同一溶液中,对大晶粒为饱和溶液时,对小晶粒则可能未达到饱和,因此小晶粒就要溶解。当溶解到一定程度后,溶液对小晶粒为饱和溶液时,对大晶粒则为过饱和,因此,溶液中的构晶离子就在大晶粒上沉积。沉积到一定程度后,溶液中对大晶粒为饱和溶液时,对小晶粒则为未饱和,又要溶解,如此反复进行,小晶粒逐渐消失,大晶粒不断长大。如硫酸钡沉淀经陈化后,晶粒变大,且结构更为完整。
(4)硫酸铜大晶体培养
想要培养出形状相对规则的硫酸铜大晶体,在操作过程中需要注意以下几点:
①尽量挑选形状完整的小晶体作为晶种。
②使用头发捆绑晶种。
③等待热饱和溶液完全冷却并过滤后再把晶种放入。
⑤在溶液析晶的过程中要注意防震防尘。
⑥取出晶体后要及时清理晶体上的各种突起。
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