结晶和熵增加原理溶质在溶液中为什么会结晶?结晶的基本原理•饱和溶液•过饱和溶液结晶:溶质自动从过饱和溶液中析出,形成新相的过程。饱和曲线和过饱和曲线:在不饱和溶液中,溶质均匀地分散于溶液中,溶质质点受溶剂质点吸引,在溶液中作不规则的分子运动,当溶液浓度增高,溶质质点密度增大,溶质质点间的吸引力也增大,当到达饱和状态时,溶质质点间的吸引力与溶剂对溶质的吸引力相等。在过饱和溶液中,溶质质点间的引力大于溶剂对溶质的吸引力,即有部分溶质质点处于不稳定的高能状态,如果它们互相碰撞,即会放出能量而聚合结晶。晶体的形成:但当过饱和度较小时,即这些不稳定的高能质点不多,且是均匀分布于溶液中,它们的聚合受到大量稳定的溶质质点的障碍,障碍的程度因溶液的性质和操作条件不一样,这就是存在过饱和溶液的原因。当溶液的过饱和度超出过饱和曲线时,也就是溶液中不稳定的高能质点很多,多到足以不受稳定的低能质点影响,而很快互相碰撞,放出能量,吸引、聚集、排列成结晶,因此不稳定区浓度的溶液能自然起晶。•起晶时一般认为,由于质点的碰撞,首先由几个质点结合成晶线,再扩大成晶面,最后结合成微小的晶格,称为晶核(晶芽),微小的晶核具有较大的溶解度,其他质点连续排列在晶核上,使晶核长大成晶体。•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。过饱和溶液的形成晶核生成晶体的生长结晶的过程:结晶的方法-----过饱和溶液形成的方法•冷却(等溶剂结晶):自然冷却、间壁冷却(冷却剂与溶液分开)、直接接触冷却(在溶液中通入冷却剂)•溶剂蒸发(等温结晶法):加压、减压或常压蒸馏来实现•真空蒸发冷却法:将溶液在真空下闪急蒸发,溶液在浓缩和冷却双重作用下达到过饱和。(简便易行,工业常用)•盐析结晶:向溶液中加入溶解度大的盐类,以降低被结晶溶质的溶解度,使达到过饱和。溶质在溶液中结晶违背熵增加原理了吗?熵增加原理:在孤立系统中发生的任何不可逆过程,都导致整个系统熵的增加,系统的熵只有在可逆过程中才是不变的。对于孤立系统,QQ=0=0,,—热力学第二定律数学表达热力学第二定律数学表达式式-Clausius-Clausius不等式不等式=0=0可逆可逆>>00不可逆不可逆TQSδdTQSδ=0=0可逆可逆>>00不可逆不可逆说明:熵增原理只能应用于孤立系统。溶液中能够析出晶体的前提是必须达到过饱和态,而通过几种形成过饱和溶液的方法来看,都是需要与外界进行能量交换,是一个开放系统。仅从溶质形成晶体的过程来看,溶质中不稳定的高能质点互相碰撞,放出能量(即结晶热),吸引、聚集、排列成晶体。结晶并非绝热过程。s所以溶质在溶液中结晶不违背熵增加原理!