Равновесие при кристаллизации.

Растворимость вещества в жидких растворителях зависит от химической природы, свойств растворителя, Т и Р. Растворители- вода, спирты, углеводороды и другие. С увеличением Т растворимость большинства веществ увеличивается (рис.7.1). При понижении Т такие растворы становятся пересыщенными и переходят в состояние неустойчивого равновесия. Переход из неравновесного состояния в равновесное сопровождается выпадением кристаллов.

 

Рис.7.1 Кривые растворимости в воде (KNO₃; NaCl; KCl; Na₂SO₄; Na₂SO₄*10H₂O).

Растворимость определяет условия равновесия между кристаллами и раствором. Равновесие можно представить в виде диаграмм в координатах температура - состав (рис.7.2).

 

Рис.7.2. Диаграмма растворимости системы NH₄Cl-H₂O.

 

На этой диаграмме линия СF соответствует насыщенным растворам соли (линия растворимости), СD - растворам, находящимся в равновесии со льдом (вода в кристаллическом состоянии). В точке С, называющейся криогидратной, существует три фазы: раствор, кристаллы соли и лед. Область СFЕ ограничивает область пересыщенных растворов, т.е. растворов в которых концентрация выше растворимости. При некоторых условиях, рассматриваемых ниже, концентрация растворенного вещества может быть больше его растворимости. Такие растворы называются пересыщенными. Область CFE называется полем кристаллизациисоли и определяет пересыщенные растворы и механические смеси насыщенного раствора и избытка кристаллической соли.

Точки на диаграмме, расположенные выше линии DС и СF показывают состав ненасыщенных растворов.

Область ВСD называется полем кристаллизации льда, а точки в этой области характеризуют механическую смесь раствора с избытком льда.

Ниже линии ВСЕ находятся точки, отражающие состав твердой фазы, состоящей из кристаллов NH₄Cl и льда (жидкая фаза отсутствует).

Диаграммы состава системы (рис.7.2) позволяют графически проводить расчеты процессов изотермического испарения растворов и кристаллизации при охлаждении.

На рис.7.3 показана зависимость концентрации, соответствующей условиям растворимости (кривая 1) и пересыщения (кривая 2) данного вещества от температуры.

 

Рис.7.3. Зависимость равновесной концентрации и пересыщения от температуры.

 

На этом рисунке можно выделить при области. Область I Соответствует состоянию раствора до насыщения, кристаллизация в этой области не происходит.

Область II – относительно устойчивая (метастабильная) область; область III – неустойчивая (лабильная) область. Пересыщенные растворы III области кристаллизуются очень быстро, почти мгновенно. В метастабильной области пересыщенные растворы какое-то время остаются без существенных изменений, происходит только рост кристаллов, уже имеющихся в растворе. Следует отметить, что граница между II и III областями условна.

Кристаллизация идет с достаточной скоростью лишь в III области. В первый (инкубационный) период образуется зародыши кристаллов. Причиной образования зародышей кристаллов в растворах является флуктация концентраций, образование скопление молекул растворенного вещества. В случае столкновения друг с другом такие скопления могут укрепляться. Начиная с критического радиуса начинается быстрый рост зародышей и образование большого числа кристаллов.

Способы кристаллизации могут быть изображены на диаграмме с – Т (рис.7.4).

 

Рис.7.4. Изображение способов кристаллизации на диаграмме растворимости: 1 – кривая растворимости (насыщения), 2 – кривая пересыщения.

 

Предположим, что исходная смесь доведена до насыщения и характеризуется точкой А на диаграмме с параметрами и .

Изотермическая кристаллизация проводится удалением растворителя путем выпаривания раствора. При этом концентрация раствора увеличивается и раствор достигает лабильной области (точка D). После окончания процесса кристаллизации остается маточный раствор. Как известно, маточный раствор – насыщенный раствор и характеризуется точкой А. При этом концентрация раствора уменьшается с до . В метастабильной области идет рост уже образовавшихся кристаллов. Итак, изотермическая кристаллизация характеризуется линиями AD и DA.

Изогидрическая кристаллизация проводится путем охлаждения раствора от до . При этом точка B находиться в лабильной области. Конечный маточный раствор характеризуется точкой О с параметрами и . Итак, изогидрическая кристаллизация характеризуется на диаграмме линиями АВ и ВО.

Выбор того или иного метода кристаллизации зависит от свойств растворителя и выделяемого вещества. Для веществ, растворимость которых уменьшается с понижением температуры, кристаллизацию целесообразно проводить изогидрических методом. В противном случае применяется изотермическая кристаллизация.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A.16.15.3. Экран принудительной изоляции для использования в депо
2. Cинтетический учет поступления основных средств, в зависимости от направления приобретения
3. Cмыкание с декоративно-прикладным искусством
4. E) Ценность, приносящая доход, депозит.
5. F) объема производства при отсутствии циклической безработицы
6. F) показывает, во сколько раз увеличивается денежная масса при прохождении через банковскую систему
7. F)по критерию максимизации прироста чистой рентабельности собственного капитала
8. G) осуществляется за счет привлечения дополнительных ресурсов
9. H) Такая фаза круговорота, где устанавливаются количественные соотношения, прежде всего при производстве разных благ в соответствии с видами человеческих потребностей.
10. H)результатов неэффективной финансовой политики по привлечению капитала и заемных средств
11. I HAVE A STRANGE VISITOR (я принимаю странного посетителя)
12. I MAKE A LONG JOURNEY (я предпринимаю длинное путешествие)