Равновесие процесса кристаллизации

Схема кристаллизации

Кристаллизация

Процесс выделения твердой фазы из растворов, расплавов и паров.

Применяется с целью:

1. Выделение твердой фазы;

2. Разделение веществ;

3. Очистка веществ;

4. Выращивание монокристаллов.

Кристаллизация состоит из двух основных стадий – образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Обе стадии протекают одновременно.

Если w_обр > w_рост – получается большое количество мелких кристаллов;

Если w_обр < w_рост – образуются кристаллы больших размеров.

Начало кристаллизации осуществляется в центрах кристаллизации (механические примеси, шероховатость стенок).

Условие протекания процесса пересыщение раствора, т.е действительная концентрация раствора вещества должна быть выше равновесной.

Величина предельного пересыщения зависит:

1. Свойств растворенного вещества и растворителя;

2. Температуры раствора;

3. Скорости охлаждения;

4. Наличия примесей

5. Механического воздействия.

Кристаллизация – это процесс, обратный растворению

Зависимость между давлением и температурой при фазовом переходе в условиях кристаллизации определяется уравнением Клайпейрона-Клазиуса:

где q – теплота кристаллизации;

V₁ – удельный объем вещества в жидком состоянии;

V₂ – удельный объем вещества в твердом состоянии

В действительности (вследствии увеличения плотности).

Следовательно , т.е давление, при котором совершается фазовый переход увеличивается с увеличением температуры.

Рассмотрим рисунок

Точка А является тройной в ней в равновесии одновременно находятся газ, жидкость и твердое тело, что соответствует правилу фаз Гиббса.

Линия ОА является кривой сублимации, отражает условия перехода минуя жидкое.

Линия АК является кривой перехода жидкости в газообразное состояние.При температуре выше критической – нет различия между газом и жидкостью.

Линия АВ отражает условия жидкости в твердое состояние. Продолжается безгранично в вверх.

Условия равновесия удобно проводить с помощью фазовых диаграмм в координатах С=f(t).

Кривая 1 – соответствует условиям растворимости вещества от температуры;

Кривая 2 – условиям пересыщения

Три области

I – зона до насыщенного раствора;

---- устойчивое состояние перенасыщенного раствора

II – метастабильная зона (происходит рост кристаллов);

III – лабильная зона (зона неустойчивого состояния раствора, где из них мгновенно выпадают кристаллы).

Существует два метода создания перенасыщения:

1) Изогидрический (количество растворителя не изменяется)

Эффективен для солей со значительной зависимостью растворимости от давления

2) Изотермический (испаряют растворитель, при постоянной температуре)

Растворимость не зависит от температуры.

Дата добавления: 2013-12-12