基本介紹
- 中文名：結晶法
- 原理：利用混合物溶解度的不同
- 結晶：化合物由非晶狀體成為晶狀體過程
- 條件：濃度適當，降溫緩慢
結晶與重結晶,結晶溶劑的選擇,結晶的條件,降溫結晶法,蒸髮結晶法,重結晶法,升華結晶法,結晶法的套用,
結晶與重結晶
結晶：化合物由非晶狀體成為晶狀體的過程。
溶液 ------ 濃縮放置或加入另一種溶劑等-----→ 結晶
重結晶
粗結晶 ---加熱，趁熱過濾--→ 濾液 ---放冷析晶，過濾--→ 結晶（較純）
例如：使晶體硝酸鉀與其中所含的氯化鈉雜質分離，就可以採用結晶的方法． 一般結晶法用於分離海水中的氯化鈉。
結晶溶劑的選擇
1、溶劑對欲結晶的成分熱時溶解度大，冷時溶解度小，差別越大越好；
2、溶劑對雜質在冷、熱時均溶或者不溶；
3、溶劑不與欲結晶成分發生化學反應；
4、溶劑的沸點不宜過高或過低。
結晶的條件
一般而言，溶液的濃度適當，降溫緩慢，放置時間長，結晶速度慢，則晶大而純。
降溫結晶法
若有一杯不飽和溶液，先加熱溶液，蒸發溶劑成飽和溶液，此時降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質就會呈晶體析出，叫降溫結晶。
蒸髮結晶法
蒸髮結晶：蒸發溶劑，使溶液由不飽和變為飽和，繼續蒸發，過剩的溶質就會呈晶體析出，叫蒸髮結晶。例如：當NaCl和KNO3的混合物中NaCl多而KNO3少時，即可採用此法，先分離出NaCl，再分離出KNO3。
可以觀察溶解度曲線，溶解度隨溫度升高而升高得很明顯時，這個溶質叫陡升型，反之叫緩升型。
與蒸發相伴隨的往往有過濾。這裡介紹幾種常見的過濾方法：
1 常壓過濾，所用儀器有：玻璃漏斗、小燒杯、玻璃棒、鐵架台等。要注意的問題有：在疊濾紙的時候要儘量讓其與玻璃漏斗內壁貼近，這樣會形成連續水珠而使過濾速度加快。這在一般的過濾中與速度慢的區別還不太明顯，當要求用熱過濾時就有很大的區別了。比如說在製備KNO3時，如果你的速度太慢，會使其在漏斗中就因冷卻而使部分KNO3析出堵住漏斗口，這樣實驗效果就會不太理想。
重結晶法
將晶體溶於溶劑或熔融以後，又重新從溶液或熔體中結晶的過程。又稱再結晶。重結晶可以使不純淨的物質獲得純化，或使混合在一起的鹽類彼此分離。重結晶的效果與溶劑選擇大有關係，最好選擇對主要化合物是可溶性的，對雜質是微溶或不溶的溶劑，濾去雜質後，將溶液濃縮、冷卻，即得純制的物質。混合在一起的兩種鹽類，如果它們在一種溶劑中的溶解度隨溫度的變化差別很大，例如硝酸鉀和氯化鈉的混合物，硝酸鉀的溶解度隨溫度上升而急劇增加，而溫度升高對氯化鈉溶解度影響很小。則可在較高溫度下將混合物溶液蒸發、濃縮，首先析出的是氯化鈉晶體，除去氯化鈉以後的母液在濃縮和冷卻後，可得純硝酸鉀。重結晶往往需要進行多次，才能獲得較好的純化效果。
升華結晶法
套用物質升華再結晶的原理製備單晶的方法。物質通過熱的作用，在熔點以下由固態不經過液態直接 轉變為氣態，而後在一定溫度條件下重新再結晶，稱升華再結晶。1891年R.洛倫茨(Lorenz)利用升華再結晶的基本原理生長硫化物小的晶體。1950年D.C. 萊諾爾茲(Reynolds)以粉末狀CdS為原料用升華再 結晶方法製備了3X3火6mm的塊狀CdS晶體。1961 年W.W.培皮爾(PIPer)用標準升華再結晶的方法 生長了直徑為13mm的CdS單晶。升華再結晶法已成 為生長H一硯族化合物半導體單晶材料的主要方法 之一。 物質在升華過程中，外界要對固態物質作功，使其 內能增加，溫度升高。為使物質的分子氣化，單位物質 所吸收的熱量必須大於升華熱(即熔解熱和氣化熱之 和)，以克服固態物質的分子與周圍分子的親合力和環 境的壓強等作用。獲得足夠能量的分子，其熱力學自由 能大大增加。當密閉容器的熱環境在升華溫度以上時， 該分子將在容器的自由空間內按布朗運動規律擴散。如 果在該容器的另一端創造一個可以釋放相變潛熱(即相 變過程中單位物質放出的熱量)的環境，則將發生凝華 作用而生成凝華核即晶核。在生長單晶的情況下，釋放 相變潛熱，一般採用使帶冷指的錐形體或帶冷指的平面 處於一定的溫度梯度內，並使尖端或平面的一點溫度最 低，此處形成晶核的幾率最大。根據科賽爾結晶生長理 論，一旦晶核形成，新的二維核將沿晶核周邊階梯繼續 進行排列，當生長一層分子後，在其平坦的結晶面上將 有新的二維核形成，進而生成另一層新的分子層。決定 晶體生長的3個基本要素是表征系統自由能變化的臨界 半徑、二維核存在的幾率和二維核形成的頻度。升華再 結晶法可用於熔點下分解壓力大的材料，如製備CdS、 ZnS、Cdse等單晶。其缺點是生成速率慢，生長條件 難以控制。
結晶法的套用
結晶法用於分離海水中的氯化鈉。
工業上為了獲得某種溶質也採用結晶法提純。
