可溶性无机物晶体生长及鉴定

1、可溶性无机物晶体生长及鉴定余新武、李秋菊(湖北师范学院化学与环境工程系 湖北 黄石 435002)摘 要：采用溶液法制备可溶性无机物晶体，对于不同物质采用不同方式得到晶体，比较不同晶体的完整性，分析影响晶型原因，探讨制备完美晶体的最佳条件。用扫描仪，显微镜，摄相头等现代科技手段获得不同晶体的图片，并将晶体图片用于教学过程，使得这种介观的物质让学生能用肉眼清晰的感知，原本枯燥的实验变的十分生动而有兴趣，实验与学习的效益提高就是很自然的事。关键词：过饱和度，溶解度，显微分析，图片中图分类号：中图分类号：0651 文献标识码：A随着科学技术与发展，我们对晶体材料的需求也日益增加。晶体材料科学属新发展

2、起来的交叉边缘学科，它涉及动力学、热力学、无机化学、分析化学、结构化学等知识，它需要化学家们不断的努力。但是目前在大学化学理论与实验教材中涉及这一方面内容太少15，更没有完整的大量晶体图片供学生了解。本文采用溶液法生长晶体，采取不同的措施制备可溶性无机化合物晶体，比较分析不同方法优劣，最终找出制备完美规则晶体的条件。并用扫描仪，显微镜，摄像头等现代科技手段得到清晰的晶体图片。使得这种介观的物质让学生能用肉眼清晰的感知，激发学生的学习兴趣，培养学生的动手能力以及初步的科学研究能力，为培养未来的晶体材料人才奠定基础。同时得到晶体图片可用于教学参考。1 实验部分1.1 实验仪器与试剂XSP-1型生物

3、显微镜, XTB-1连续变倍体式显微镜, 物镜(2X，20X，40X), 目镜(5X，10X，16X), 照相机, 摄像头, 电脑, 扫描仪, 分析纯固体试剂, 一次蒸馏水。1.2 实验过程方法一：对照溶解度数据4，称取固体配制成饱和溶液，加热至有晶膜出现，然后静置冷却10min左右, 即有许多小晶体出现，然后取出生长较大且规则的晶体，用滤纸吸干表面，留待备用6。将以上溶液振荡后静置10min，倾倒出上层清液，然后投入籽晶。将此溶液静置约56h即长出晶体。此法长出的晶体单一、纯度高。方法二：对于不易吸潮的晶体，将其制成饱和溶液，稍加热后自然冷却到室温。取12滴溶液于洁净的载玻片上，等待5min

4、左右即有晶体析出，于显微镜下能观察到晶体的生长。待晶体长到所需尺寸时，用滤纸吸干溶液，观察晶体结构。方法三：对于易吸潮的晶体，用固体制成饱和溶液后，于电炉上加热至过饱和（稍稍加热），静置冷却，上面盖上表面皿，静置12h后取出所需尺寸的晶体。此类晶体只能用于快速低温下的摄像或扫描。2 实验结果与讨论2.1 一些常见可溶性无机盐的晶体构型见表1修稿日期: 2005.7.24基金项目: 湖北省教育厅2004年重点教学研究项目（20040271）和湖北省教育厅2004年社科研究项目资助联系人：余新武(1958),男,教授,研究方向:多酸化学及功能材料的研究. 表1 部分晶体结构Table 1 some

5、 crystal shape晶体晶型晶体晶型晶体晶型NaCl立方体K2C2O4平行四边Ba(ClO4)2针状KCl立方体Pb(NO3)2正六边形Cu(ClO4)2薄菱片NH4Cl树枝状NaNO3斜四棱柱KSCN箭头状BaCl2缺角四边形KNO3圆柱状KBr正方形CuCl2针状Sr(NO3)2正六边形KI正方形MgSO4圆柱状K4Fe(CN)6正方形Na3PO4圆柱状Na2SO4多面体K3Fe(CN)6薄菱状Na2HPO4薄菱片CuSO4薄菱片K2Cr2O7正四棱柱钼酸铵九棱柱NiSO4箭头状K2CrO4正四棱柱铬钾矾三角形ZnSO4箭头状KClO3薄菱状杂多酸正方形CdSO4薄菱状KBrO3化

6、石树叶硼砂多面体(NH4)2C2O4四棱柱KClO4正方体CoCl2长方体2.2 部分晶体图片如下 （1） MgSO4 （2） (NH4)2Fe2SO4 （3） NaNO3 （4） Na2HPO4 （5） K3Fe(CN)6 （6） Na3PO4 （7） K2Cr2O7 （8） KCl （9） Zn SO4 （10） Sr(NO3)2 （11） CuSO4 （12） Pb(NO 3)2 （13）KMnO4 （14）(NH4)2Fe(SO4)2 （15） PbI2 （16） SrSO4 （17） NaNO3 （18） CdSO4 （19） NiSO4 （20）SrCrO4 图1 部分晶体图片2.

7、3 结果讨论（1）在制备晶体过程中，有的生长较单一且晶体较大；有的生长多但晶体小；有的生长快，而有的较慢。这与晶体的生长条件和生长习性有关。例如过饱和度, 过饱和度是结晶的驱动力7。过饱和度大，生长快，过饱和度小，生长慢。这是因为受到了溶液中的浓度梯度和传质作用大。过饱和度太大，晶体出现和生长均快，但晶体质量不好，容易出现多晶。过饱和度低，生长速度慢，晶面发展较充分，一些高指数的次要晶面容易显露。例如KSCN 当过饱和度很大时，会在10min内析出大量晶体，且晶体有点像平面片状，前面针尖的尖头不易显露；当过饱和度低时，如静置48h，可长出1cm左右的针状晶体。但过饱和度太低，晶体生长过慢不利于

8、晶体生长，有时甚至还会出现由于溶液过稀而使得晶体外表欠佳，甚至出现表面空洞。外在条件的变动也会影响晶体生长快慢，例如振荡，气温升降等。（2）在制备晶体过程中，有的晶体透明，而有的晶体表面光均匀性不好。这与晶体的结晶温度，过饱和度有关。温度本身的影响可以认为是改变晶体生长各个过程的激活能晶体生长过程很少是纯表面反应或是纯扩散过程。一般在较底温度下，结晶过程主要由表面反应这一步控制，当温度升高室，生长速度加快，扩散就逐渐成为控制结晶过程的主要步骤了8。当温度突然由高温降到低温时；结晶过程的主要控制者就发生变化，并且溶解度的变化（尤其是溶解度随温度变化较大的物质）使的溶液过饱和度猛增，质点扩散，碰撞

9、加剧(产生母液包藏)，质点聚集不均匀，使的光学均匀性和晶型完整性降低。（同理振荡也如此）例如在制备NaCl晶体时,加热情况下(或加热时间较长)使的过饱和度很大，NaCl分子快速聚集成晶体，这时得到的为白色立方体,但是如果静置一天以上，得到的为无色透明立方体。如图2： 图2 NaCl的透明与不透明晶体（3）在制备晶体过程中，有的晶体晶面光滑，有的晶体晶面有花纹。这重要是由外部生长条件变化引起。如温度、过饱和度变化。晶体的不同晶面以及同一晶面上不同部位溶质供应不均匀，造成过饱和度差别很大，这种情况字晶体长期单向转动或在较大过饱和度下停转，特别是在静止生长是很容易发生。此时晶面上受到生长涡流洗刷的部

10、分溶质供应不足，而它和接触新鲜溶液的饿其他部分过饱和度差别很大，晶面花纹在生长过程中不断发展加深。如图3是KCl不同表面图: 图3 KCl的表面光滑与有花纹晶体（4）在制备晶体过程中，有些晶体易发生楔化和寄生生长。例如制备铬钾矾晶体时，有许多小的三角形的晶体附在大的三角行晶体上。寄生晶体一般在缺陷处出现，而这些缺陷及楔化很大部分原因是杂质离子的影响。杂质离子易被吸附当它在那部分被吸附后就造成那部分的缺陷。最终导致楔化。如图4为K3Fe(CN)6的寄生与单一生长情况： 图4 K3Fe(CN)6的寄生与单一生长晶体（5）杂质离子对晶体生长影响是多方面的，有的被吸附，有的均匀的取代晶格上的点，使得晶

11、型并不变化，但光学均匀性降低，有的被包裹。3 结束语本文采用溶液法生长的晶体效果较好，得到了许多常见的无机物晶体，探讨不同条件得到的不同晶形，找出了制备完美晶体的条件。根据晶体特点（均匀性，各向异性，自发的形成多面体外形）9和制备过程中出现的问题，要得到完美规则的晶体，我们要注意以下几点：（1）溶液要纯净（2）温度应恒定（3）过饱和度应适当（4）尽量保证在平衡状态下结晶参考文献1 武汉大学，吉林大学等校编.无机化学（第三版）M. 北京：高等教育出版社,19942 南京师范大学、华中师范大学、北京师范大学无机化学教研室编. 无机化学（第四版）M.北京：高等教育出版社，20033 大连理工大学无机

12、化学教研室编。无机化学（第四版）M. 高等教育出版社，20024 北京师范大学无机教研室.无机化学实验（第二版）M. 北京：高等教育出版社，1999：2502525 余新武主编无机化学实验M . 湖北师范学院化学系，2000年6 屈媛, 曾晶晶, 余新武. 无机物显微结构研究J. 湖北师范学院学报(自然科学版), 2001,21(2):82857 张克从, 张乐惠. 晶体生长科学与技术(第二版)M. 北京：科学出版社,1997：223227.8 仲维卓，华素坤. 晶体生长形态学M. 北京：科学出版社，1999：2789 周公渡, 段连运. 结构化学基础第二版M. 北京：北京大学出版社，2002

13、：328329Growth and Appraising to the Crystal ofthe Deliquescent Inorganic CompoundYU Xin-wu LI Qiu-ju(Department of Chemistry and Environment Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002 )Abstract：This paper introduce the preparation of the crystals by the way of solution, uses different way to obtain different crystals, compares the intact of different crystals, analyzes the reasons influencing the shape of the crystals, inquires the best condition manufact