固液体系相平衡分析

固液体系相平衡分析固液体系相平衡分析 在一定温度下 任何固体溶质与溶液接触时 如溶液尚未 饱和 则溶质溶解 当溶解过程进行到溶液恰好达到饱和 此 时 固体与溶液互相处于相平衡状态 这时的溶液称为饱和溶 液 其浓度即是在此温度条件下该物质的溶解度 平衡浓度 如 溶液超过了可以溶解的极限 过饱和 此时 溶液中所含溶质的 量超过该物质的溶解度 超过溶解度的那部分过量物质要从溶 液中结晶析出 结晶过程的产量 取决于固体与溶液之间的平衡关系 这 种平衡关系通常可用固体在溶剂中的溶解度来表示 即在 l00g 水或其他溶剂中最多能溶解无水盐溶质的质量 物质的溶解度 与其化学性质 溶剂的性质及温度有关 一定物质在一定溶剂 中的溶解度主要随温度变化 而随压力的变化很小 常可忽略 不计 溶解度曲线表示溶质在溶剂中的溶解度随温度变化而变化 的关系 如图 14 1 所示 许多物质的溶解度曲线是连续的 中间无断折 且物质的溶解度随温度升高而明显增加 如 nan03 kn03 等 但也有一些水合盐 含有结晶水的物质 的溶 解度曲线有明显的转折点 变态点 它表示其组成有所改变 如 na2s04 10h20 转变为 na2s04 变态点温度为 32 4 c 另外还 有一些物质 其溶解度随温度升高反而减小 例如 na2s04 至 于 nacl 温度对其溶解度的影响很小 了解物质的溶解度特性有助于结晶方法的选择 对于溶解 度随温度变化敏感的物质 可选用变温方法结晶分离 对于溶 解度随温度变化缓慢的物质 可用蒸发结晶的方法 移除一部分 溶剂 分离 过饱和度 溶液质量浓度等于溶解度的溶液称为饱和溶液 低于溶质的溶解度时 为不饱和溶液 大于溶解度时 称为过 饱和溶液 同一温度下 过饱和溶液与饱和溶液间的浓度差称 为过饱和度 各种物系的结晶都不同程度地存在过饱和度 过 饱和度是结晶过程必不可少的推动力 过饱和溶液性质很不稳 定 只要稍加震动或向它投入一小粒溶质时 那些含在过饱和 溶液中的多余溶质 便会从溶液中分离出来 直到溶液变成饱 和溶液为止 在适当的条件下 可制备过饱和溶液 其条件为 溶液要 纯洁 未被杂质或灰尘所污染 装溶液的容器要干净 溶液要 缓慢降温 不使溶液受到搅拌 震荡 超声波的振动或刺激 某些溶液降到饱和温度时 不会有晶体析出 要降低到更低的 温度 甚至要降到饱和温度以下才有晶体析出 这种低于饱和 温度的温度差称为过冷度 如硫酸镁水溶液可以维持到饱和温 度以下 17 而不结晶 如图 14 2 超溶解度曲线和溶解度曲线将浓度 温度图分 割为 3 个区域 在 ab 线以下的区域为稳定区 在此区域溶液尚 未达到饱和 因此没有结晶的可能 cd 线以上为不稳定区 也 即在此区域中 溶液能自发地产生晶核 ab 和 cd 线之间的区 域称介稳区 在此区域中 溶液虽处于过饱和状态 但不会自 发地产生晶核 如果在溶液中加入晶种 晶种会逐渐增大 促 使溶液结晶 故可视为介稳区决定了诱导结晶时的浓度和温度 间的关系 超溶解度曲线 介稳区及不稳区这些概念 对结晶操作具 有重要的实际意义 例如 在结晶过程中 将溶液控制在介稳 区且在较低的过饱和度内 则在较长时间内只能有少量的晶核 产生 而且主要是加入晶