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结晶综述
姓名：庄智慧 学号：1102012037 班级：11生工（2）班
摘要： 早在5000多年前，人们已开始利用太阳能蒸浓海水制取食盐。现在结晶已发展成为从不纯的溶液里制取纯净固体产品的经济而有效的操作。许多化工产品（如染料、涂料、医药品及各种盐类等）都可用结晶法制取，得到的晶体产品不仅有一定纯度，而且外形美观，便于包装、运输、贮存和应用。物质从液态（溶液或熔融体）或气态中形成晶体，叫做结晶。结晶操作常用于提纯固体物质。结晶与沉淀的区别：沉淀和结晶在本质上同属一种过程，都是新相析出的过程。两者的区别在于构成单位（原子、离子或分子）的排列方式不同，前者有规则，后者无规则。在条件变化缓慢时，溶质分子具有足够时间进行排列，有利于结晶形成；相反，当条件变化剧烈，强迫快速析出，溶质分子来不及排列就析出，结果形成无定形沉淀。生产中常遇到的是从溶液中析出晶体。根据液固平衡的特点，结晶操作不仅能够从溶液中取得固体溶质，而且能够实现溶质与杂质的分离，借以提高产品的纯度。
关键词：结晶过程；晶体；结晶法种类；装置及用途
正文
一、 结晶过程
结晶包括以下三个过程：过饱和溶液的形成、晶核的形成、晶体的生长。
结晶的操作顺序是：（1）把要纯化的混合物溶于热的适当溶剂中；（2）将热溶液趁热过滤，除去不溶性物质；（3）让滤液缓慢冷却，析出结晶；（4）滤出晶体、干燥并检验晶体的纯度。如果纯度未达到要求，就再行结晶。结晶除了用于提纯无机物或有机物外，还用于制备特殊的晶体，如红外光谱仪上需用的氯化钠、溴化钠等晶体，制半导体的晶体锗和晶体硅，激光技术用的氧化铝晶体。溶解度随温度的降低而减小不多的物质，如氯化钠、氯化钾、碳酸钾等，可用蒸发溶剂使溶液浓缩而析出晶体。溶解度随温度的降低而显著减小的物质，如硝酸钾、硝酸铵、硝酸钠等，冷却它的饱和溶液或浓溶液，使溶质从溶液里形成晶体而析出。一般结晶速度慢些，晶体就大些，晶体比较完整。结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出，形成新相的过程。这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固体，还包括这些分子有规律地排列在一定晶格中，这一过程与表面分子化学键力变化有关；因此，结晶过程是一个表面化学反应过程。形成新相（固体）需要一定的表面自由能。因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。首先形成晶核，由Kelvin公式，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能够稳定存在。
二、 晶体种类形状
2.1 金属晶体:  金属晶体－－由阳离子产生静电力，使带正电原子结合一起而和周围电子云结合而成。2. 离子晶体－－由阴电性差异很大的阴阳离子结合。3. 共价晶体－－利用共享电子对形成。4. 分子晶体－－由凡得耳力结合。5. 氢键晶体－－由氢键结合而成。6. 半导体－－因杂有微量不纯物，结晶体有孔洞产生。
2.2三斜晶体：三结晶轴互相斜交。其长度均不同。2. 单斜晶体：三结晶轴均不等长，其中两轴互相斜交，但皆垂直于第三轴。3. 斜方晶体：三结晶轴均不等长，互相垂直。4. 正方晶体：三结晶轴互相垂直，其中两轴等长，另一轴不等。5. 三方晶体：等长三轴互相倾斜，且倾角相等。6. 六方晶体：三轴等长，且相交成60度角。另一不等长的轴则与此平面垂。7. 等轴晶体：三轴相等，且相互垂直。
三、 结晶法种类
3.1 蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，叫蒸发结晶。例如：当NaCl和 KNO3的混合物中NaCl多而KNO3少时，即可采用此法，先分离出KNO3，再分离出NaCl。可以观察溶解度曲线，溶解度随温度升高而升高得很明显时，这个溶质叫陡升型，反之叫缓升型。当陡升型溶液中混有缓升型时，若要分离出陡升型，可以用降温结晶的方法分离，若要分离出缓升型的溶质，可以用蒸发结晶的方法。如硝酸钾就属于陡升型，氯化钠属于缓升型，所以可以用蒸发结晶来分离出氯化钠，也可以用降温结晶分离出硝酸钾。
3.2 重结晶法：将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。又称再结晶。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。重结晶的效果与溶剂选择大有关系，最好选择对主要化合物是可溶性的，对杂质是微溶或不溶的溶剂，滤去杂质后，将溶液浓缩、冷却，即得纯制的物质。混合在一起的两种盐类，如果它们在一种溶剂中的溶解度随温度的变化差别很大，例如硝酸钾和氯化钠的混合物，硝酸钾的溶解度随温度上升而急剧增加，而温度升高对氯化钠溶解度影响很小。则可在较高温度下将混合物溶液蒸发、浓缩，首先析出的是氯化钠晶体，除去氯化钠以后的母液在浓缩和冷却后，可得纯硝酸钾。重结晶往往需要进行多次，才能获得较好的纯化效果。
3.3 降温结晶法：先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，叫降温结晶。例如：当NaCl和KNO3的混合物中KNO3多而NaCl少时，即可采用此法，先分离出KNO3，再分离出NaCl。
3.4 升华结晶法：应用物质升华再结晶的原理制备单晶的方法。物质通过热的作用，在熔点以下由固态不经过液态直接 转变为气态，而后在一定温度条件下重新再结晶，称升华再结晶。1891年R.洛伦茨(Lorenz)利用升华再结晶的基本原理生长硫化物小的晶体。1950年D.C. 莱诺尔兹(Reynolds)以粉末状CdS为原料用升华再 结晶方法制备了3X3火6mm的块状CdS晶体。1961 年W.W.培皮尔(PIPer)用标准升华再结晶的方法 生长了直径为13mm的CdS单晶。升华再结晶法已成 为生长H一砚族化合物半导体单晶材料的主要方法 之一。 物质在升华过程中，外界要对固态物质作功，使其 内能增加，温度升高。为使物质的分子气化，单位物质 所吸收的热量必须大于升华热(即熔解热和气化热之 和)，以克服固态物质的分子与周围分子的亲合力和环 境的压强等作用。获得足够能量的分子，其热力学自由 能大大增加。当密闭容器的热环境在升华温度以上时， 该分子将在容器的自由空间内按布朗运动规律扩散。如 果在该容器的另一端创造一个可以释放相变潜热(即相 变过程中单位物质放出的热量)的环境，则将发生凝华 作用而生成凝华核即晶核。在生长单晶的情况下，释放 相变潜热，一般采用使带冷指的锥形体或带冷指的平面 处于一定的温度梯度内，并使尖端或平面的一点温度最 低，此处形成晶核的几率最大。根据科赛尔结晶生长理 论，一旦晶核形成，新的二维核将沿晶核周边阶梯继续 进行排列，当生长一层分子后，在其平坦的结晶面上将 有新的二维核形成，进而生成另一层新的分子层。决定 晶体生长的3个基本要素是表征系统自由能变化的临界 半径、二维核存在的几率和二维核形成的频度。升华再 结晶法可用于熔点下分解压力大的材料，如制备CdS、 ZnS、Cdse等单晶。其缺点是生成速率慢，生长条件 难以控制。
四、 装置及用途
4.1 转鼓结片
4.1.1 工作原理
转鼓结片是一个冷却结晶过程，料盘中熔融料液与冷却的转鼓接触，在转鼓表面形成料膜，通过料膜与鼓壁间的换热，使料膜冷却、结晶，结晶的料膜被刮刀刮下，成为片状产品。
转鼓干燥是通过转动的转鼓，以热传导方式，将附在转鼓外壁的液相物料或带状物料进行加热干燥的一种连续操作设备。
4.1.2结构介绍1进水口 2驱动部分 3转鼓 4冷却系统 5出水系统 6刮刀系统 7机架 8料盘.
4.2 结晶仪CrystalSCNA
CrystalSCAN同时又是一款平行合成反应平台，具有4个或8个独立控制搅拌和温度的反应区间，可搭载HEL独家研制的红外激光反射型高精度浊度探头和自动稀释系统，能够高度智能化地对多个样品进行不同浓度下溶解度和MSZW的快速测定。
4.2.1 特点和优势
合成反应/结晶反应/重结晶优化和精确测试样品溶解度和MSZW数据
自动稀释/自动溶剂添加/自动反溶剂添加
最多可支持8通道平行反应（容量可达120mL）
可选最大容量500 mL的 4通道平行反应装置
可搭载不同工作容积的反应釜，容量从1ml ~ 500ml，彼此之间可自由更换
工作温度：-60° C ~ +200° C
创新性搅拌器设计可有效防止晶体损伤
可在澄清溶液及浑浊溶液中进行实验及测试， 无需任何繁杂设置
五、 总结
结晶是制备纯物质的有效方法。在生物技术中，结晶主要用于抗生素、氨基酸、有机酸的小分子生产中，以作为精制的一种手段。结晶法可用于分离海水中的氯化钠，工业上为了获得某种溶质也采用结晶法提纯等，近年来对于蛋白质、核酸等大分子的结晶也叫快，又由于起生产成本低、设备简单、操作方便、所以将来可以广泛用于工业大生产中。
六、 参考文献
（1）丁绪淮,谈道编著.工业结晶.北京：化学工业出版社,1985（2）陆杰,王静康.中国抗生素杂志.1999,24（5）：337
（3）苏州第二制药厂.医药工业.1997,（4—5）：8—12
（4）赵茜,高大维,于淑娟等,中国抗生素杂志.1998,23（1）：14-16
（5）赵茜,高大维,陈水泉等.中国抗生素杂志.1999,24（6）：410—414

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