8455网址结晶过程机理分析

 
 水或水溶液的温度降低至冻结点时并不都会结冰,冷柜8455网址 1较多的场合时温度要降至冻结点以下,造成过冷却状态时,水或水溶液才会结冰。当冰晶产生时因放出相变热,使水或水溶液的温度再度上升至冰结点温度,水或水溶液结冰时,被称为“冰结晶之芽”的晶核形成是必要条件。

我们在课本上学到,当温度降到0℃时水就会变成冰。但实际情况并非如此简单。一方面自然界中的水不是纯净的水,里面溶解了很多物质,水的凝固点降低,水需在0℃以下才能冻结;另一方面,当温度刚好由零度以上降到0℃时,水是不会结冻的,因为结冰时放出的潜热很大,如果正好是冰点,刚生成的冰晶又会很快融化掉。所以,一般温度在零度以下河水才出现冻结现象。

(1)结晶
在固体物质溶解的同时,溶液中还进行着一个相反的过程,即已溶解的溶质粒子撞击到固体溶质表面时,又重新变成固体而从溶剂中析出,这个过程称为结晶。

 

静水结冰需要较甚的过冷,实验室里曾经记录到蒸馏水过冷到-20℃还不见冰晶出现的数据。一般静水冷却到4℃后,水面继续降温,仅能使表层发生冷却,底层在较长时间里还是维持在4℃的温度,所以静水冻结是从水面开始的。

(2)晶体
晶体是化学组成均一的固体,组成它的分子(原子或离子)在空间格架的结点上对称排列,形成有规则的结构。

 
 当液体处于过冷却状态时,由于某种刺激作用会形成晶核,例如溶液内局部温度过低,水溶液中的气泡、微粒及容l器壁等都会刺激形成晶核。由温度起伏形成的晶核称为均一晶核,除此以外形成的晶核称为非均一晶核。食品是具有复杂组成的物质,其形成的晶核属于非均一晶核晶核形成后,冰结晶开始生长。

初冬时节河流淌凌是河流开始结冰的最初阶段。河水是汹涌流动的,流水结冰过程与静水很不相同。流水由于处在流动状态,紊流扰动强,不仅表层冷却迅速,就是底层也同时降温,水面和水内几乎可以同时结冰。大多数研究者认为,河流结冰是同时在水面和水中发生的。理由是河流混合作用强,在结冰前河水上下都能达到大体相同的温度,只要有结晶核,就可以在任何地方开始结冰。底冰的存在证明了这种理论的可能性。

(3)晶系和晶格
构成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按一定的几何规则排列,由此形成的最小单元称为晶格。晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶系,或为两种晶系的混合物。例如,熔融的硝酸铵在冷却过程中可由立方晶系变成斜棱晶系、长方晶系等。

 
 冷却的水分子向晶核移动,凝结在晶核或冰结晶的表面,形成固体的冰。晶核形成速度、冰晶生长速度与过冷却度的关系。A点是晶核形成的临界温度。在过冷度较小的区域(冻结点至A点之间),晶核形成数少,但以这些晶核为中心的冰晶生成速度快;过冷度超过A点,晶核形成的速度急剧增加,而冰晶生长的速度相对比较缓慢。

河流封冻有二种情况。一种是从岸边开始,先结成岸冰,向河心发展,逐渐汇合成冰桥,冰桥宽度扩展,使整个河面全被封冻。还有一种是流冰在河流狭窄或浅滩处形成冰坝后,冰块相互之间和冰块与河岸之间迅速冻结起来,并逆流向上扩展,使整个河面封冻。

微观粒子的规则排列可以按不同方向发展,即各晶面以不同的速率生长,从而形成不同外形的晶体,这种习性以及最终形成的晶体外形称为晶习。同一晶系的晶体在不同结晶条件下的晶习不同,改变结晶温度、溶剂种类、pH值以及少量杂质或添加剂的存在往往因改变晶习而得到不同的晶体外形。例如,因结晶温度不同,碘化汞的晶体可以是黄色或红色;NaCl从纯水溶液中结晶时为立方晶体,但若水溶液中含有少许尿素,则NaCl形成八面体的结晶。

 

当大地回春,气温升高的时候,河流里的冰开始化解,分解的冰块随着河水向下流动,河流开封。但是并不是所有的河冰都这样斯斯文文地解冻,让河流顺利开河,有时候解冻来得很快,特别是气温猛升或水位暴涨,大块冰凌汹涌而下,这样就容易造成冰凌。科学家们给这两种河流开河方式起了很有趣的名字,对于慢慢的解冻的开河方式叫“文开”河,对于迅速解冻容易引起冰凌的开河方式叫“武开”河。

控制结晶操作的条件以改善晶习,获得理想的晶体外形,是结晶操作区别于其他分离操作的重要特点。

由南向北的河流特别容易发生武开河。当上游已是春光明媚,下游还是冰封千里的时侯,融水带着冰凌顺流而下,时而阻塞,水位抬高,时而溃决,横冲直撞,使下游冰层遽然胀破,于是形成巨大的冰排,向下猛冲,对桥梁堤坝危害严重。冰凌对桥墩威胁最大。春季淌凌时出现大冰排威胁桥墩时,需要用飞机或其它措施把冰排炸碎。

①晶核
溶质从溶液中结晶出来的初期,首先要产生微观的晶粒作为结晶的核心,这些核心称为晶核。即晶核是过饱和溶液中首先生成的微小晶体粒子,是晶体生长过程必不可少的核心。

由冰凌壅塞引起的暂时涨水,叫做凌汛。黄河上游从宁夏到内蒙的河套段和下游在山东入海的地方,由于河段北流,经常出现凌汛。凌汛期间易出险情,一是凌汛来势猛烈,二是地冻未消,取土抢险困难。据统计,解放前,黄河改道后的百余年间,仅山东境内因凌汛决口就有35次之多,给沿岸人民造成很大的损失和痛苦。

②晶浆和母液
溶液在结晶器中结晶出来的晶体和剩余的溶液构成的悬混物称为晶浆,去除晶体后所剩的溶液称为母液。结晶过程中,含有杂质的母液会以表面粘附或晶间包藏的方式夹带在固体产品中。工业上,通常在对晶浆进行固液分离以后,再用适当的溶剂对固体进行洗涤,以尽量除去由于粘附和包藏母液所带来的杂质。

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