結晶過程的相平衡
來源：
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發布日期：2023-09-16
1：相平衡與溶解度
任何固體物質與其溶液相接觸時，如溶液尚未飽和，則固體溶解；如溶液已過飽和，則該物質在溶液中的逾量部分遲早會析出。但如溶液恰好達到飽和，則固體的溶解與析出的速率相等，凈結果是既無溶解也無析出。此時固體與其溶液已達相平衡。
固體與其溶液間的這種相平衡關系，通?？捎霉腆w在溶劑中的溶解度來表示。物質的溶解度與其化學性質、溶劑的性質及溫度有關。一定物質在一定溶劑中的溶解度主要隨溫度變化，而隨壓力的變化很小，?？珊雎圆挥?。因此溶解度的數據通常用溶解度對溫度所標繪的曲線來表示。
溶解度的大小通常采用1（或100）份質量的溶劑中溶解多少份質量的無水溶質來表示。固體質種型：第一類是曲線比較陡，表明這些物質的溶解度隨溫度升高而明顯增大，如NaNO3、KNO3等；第二類是曲線比較平坦，表明溶解度受溫度的影響并不顯著，如 NaCl 、 KCIO 等；第三類是溶解度曲線有折點（變態點），它表示其組成有所改變，如Na2So4.10H2 O 轉變為Na2SO4（變態點溫度為32.4 。這類物質的溶解度可隨溫度的升高反而減小，如Na2SO4。
溶解度曲線對結晶操作具有很重要的指導意義。
對于溶解度隨溫度變化敏感的物質，可選用變溫方法結晶分離；對于溶解度隨溫度變化緩慢的物質，可用移除一部分溶劑的方法結晶分離。
2：溶液的過飽和與介穩區
溶液飽和時溶質不能析出。溶質濃度超過該條件下的溶解度時，該溶液稱為過飽和溶液。過飽和溶液達到一定濃度時會有溶質析出，開始形成新的固相時，過飽和濃度和溫度的關系可用過飽和曲線描述，如圖11-2所示。圖中 AB 線為溶解度曲線， CD 線為過飽和曲線，與溶解度曲線大致平行。 AB 曲線以下的區域為穩定區，在此區域溶液尚未達到飽和，因而沒有結晶的可能。 AB 曲線以上是過飽和區，此區又可分為兩個部分： AB 線和 CD 線之間的區域稱為介穩區，在此區域內不會自發地產生晶核，但如果在溶液中加入晶體，則能誘導結晶進行，這種加入的晶體稱為晶種； CD 線以上是不穩區，在此區域內能自發地產生晶核。
過飽和度和介穩區的概念，對工業結晶操作具有重要的意義。例如，在結晶過程中，若將溶液的狀態控制在介穩區且在較低的過飽和度內，則在較長時間內只能有少量的晶核產生，主要是加入晶種的長大，于是可得到粒度大而均勻的結晶產品。反之，將溶液狀態控制在不穩區且在較高的過飽和度內，則將有大量晶核產生，于是所得產品中晶粒必然很小。
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