[科普中國]-晶種

簡介

加晶種進行結晶是控制結晶過程、提高結晶速率、保證產品質量的重要方法之一。

工業(yè)上晶種的引入有兩種方法：一種是通過蒸發(fā)或降溫等方法，使溶液的過飽和狀態(tài)達到不穩(wěn)定區(qū)，自發(fā)成核一定數量后，迅速降低溶液濃度（如稀釋法）至介穩(wěn)區(qū)，這部分自發(fā)成核的晶核作為晶種；另一種是向處于介穩(wěn)區(qū)的過飽和溶液中直接添加細小均勻晶種。工業(yè)生產中主要采用第二種加晶種的方法。

對于不易結晶（也就是難以形成晶核）的物質，常采用加入晶種的方法，以提高結晶速率。對于溶液黏度較高的物系，晶核產生困難，而在較高的過飽和度下進行結晶時，由于晶核形成速率較快，容易發(fā)生聚晶現象，使產品質量不易控制。因此，高黏度的物系必須采用在介穩(wěn)區(qū)內添加晶種的操作方法。1

晶種的重要性晶種用以提供晶體生長的位點，以便從均勻的、僅存在一相的溶液中越過一個能壘形成晶核，加入的晶種加速了目標晶型的生長速率，有助于得到目標品型。工業(yè)制品中，為了得到粒度大且均勻的晶體產品，都要盡可能避免初級成核，控制二次成核，加入適量的晶種作為晶體生長的核心通常是必須的，晶種的制備因此也成為制備晶體的一個重要環(huán)節(jié)。

晶種的重要性在于所用的晶種是否需要特別工藝獲取，如果需要，則需要說明晶種的獲取途徑，如果晶種的性質有特別要求，需說明晶種的特性及檢測方法。另外，晶種與晶型的穩(wěn)定性也存在一定的聯系。例如，也存在某一晶型在別的晶型晶體的表面生長。穩(wěn)定晶型會在亞穩(wěn)定型或不穩(wěn)定型晶型表面成核、生長，直至最終完全轉晶，這是由于兩種型的某一晶面的結構相似，溶質分子可以在亞穩(wěn)定型或不穩(wěn)定型晶型晶面上直接堆積、排列成穩(wěn)定晶型。2

加晶種時，必須掌握好時機，應在溶液進入介穩(wěn)區(qū)內適當溫度時加入晶種。如果溶液溫度較高，即高于飽和溫度，加入晶種可能部分或全部被溶化；如溫度過低，即已進入不穩(wěn)區(qū)，溶液中已自發(fā)產生大量晶核，再加晶種已不起作用。此外，在加晶種時，應當輕微地攪動，以使其均勻地散布在溶液之中。3

晶體形狀1. 三斜晶體：三結晶軸互相斜交。其長度均不同。

2. 單斜晶體：三結晶軸均不等長，其中兩軸互相斜交，但皆垂直於第三軸。

3. 斜方晶體：三結晶軸均不等長，互相垂直。

4. 正方晶體：三結晶軸互相垂直，其中兩軸等長，另一軸不等。

5. 三方晶體：等長三軸互相傾斜，且傾角相等。

6. 六方晶體：三軸等長，且相交成60度角。另一不等長的軸則與此平面垂直。

7. 等軸晶體：三軸相等，且相互垂直。

結晶習性1、結晶習性，俗稱晶癖，指結晶成長過程中，各晶面相對的生長率。

2、 各晶面生長率隨晶體本身之性質及外界之條件而變化。

3、 影響晶癖的主要因素：

(1)溶劑種類；

(2)不純物的含量；

(3)攪拌速度；

(4) 溶液的pH值；

(5) 溶液溫度。

結晶方法過飽和法

1、 結晶的步驟：

(1) 晶核之生成: 單位聚群晶胚晶核；

(2) 晶體的生長：晶核結合了動力單位而形者。

2、達成過飽和的方法：

(1) 冷卻法：溶質之溶解度變化很大時。

(2) 溶劑蒸發(fā)法：溶質之溶解度隨溫度變化很小時。

(3) 鹽析法：在溶液中加入第三種物質，藉以急速降低溶質之溶解度。

(4) 絕熱蒸發(fā)法：急速蒸發(fā)，可降低溶液溫度，同時減少溶劑的量。

3、影響結晶的因素：

(1)晶種：在準安定區(qū)結晶，可獲得大顆粒結晶。

(2)溫度：溫度不同，則溶液的飽和度不同。

(3)雜質：有雜質存在，則晶形不同。

(4) 攪拌：對於高黏度容液的結晶，攪拌，可以促進晶核成長。

晶體的純度與母液1、 晶體與溶液分離時可能含有母液。

2、可用過濾或離心分離，或以新鮮溶劑洗滌。

理論結晶之赫夷定律同一溶質所析出的晶體，其邊長與面積的大小可能不同，然而各相對的夾角均相同；即析出之晶體均成幾何相似，此為赫夷定律。

結晶之邁耶理論1、邁耶提出在溶解度曲線以上的過飽和區(qū)，再以過溶解度曲線分為不安定區(qū)及準安定區(qū)。

2、準安定區(qū)：只能成長晶體不能生成晶體，故需加入少數微小晶體，作為晶種；如控制得當，可得較大之晶體。

3、不安定區(qū)：會有大量微小晶體析出，分享了過飽和溶質的量，使晶體無法長大，故成為微小的晶體。

結晶的管理與操作結晶之目的在于求得適當大小及形狀之高純度晶體。

應注意事項如下：

1、 以適當加熱方式除去多余之晶核。

2、避免快速冷卻及過大之過飽和度，以防止大量晶核產生。

3、保持均勻之過飽和。

4、 選用器壁平滑之結晶器。

5、減少碰撞及摩擦，以避免產生新晶核。