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许多物质从水溶液里析出晶体时,晶体里常含有一定数目的水分子,这样的水分子叫做结晶水。含有结晶水的物质叫做结晶水合物。 水合物含一定量水分子的固体化合物。水合物中的水是以确定的量存在的,例如五水硫酸铜CuSO₄的水合物的组成为CuSO₄·5H₂O。水合物中的水有几种不同的结合方式:一种是作为配体,配位在金属离子上,称为配位结晶水;另一种则结合在阴离子上,称为阴离子结晶水。由此可见,4个水分子是作为配体配位在铜离子上的,即Cu(H₂O)42+;另一个水分子则结合在硫酸根上。一个水分子通过氢键与硫酸根中的氧原子相连接的
结晶水合物
Crystalline hydrate
许多物质从水溶液中结晶析出时,晶体里常结合有一定数目的水分子。
例如:硫酸铜从水溶液中结晶析出时,所形成的晶体的化学式为CuSO₄·5H₂O,硫酸钠从水溶液中结晶析出时,所形成的晶体的化学式为Na₂SO₄·10H₂O。 我们把含有结晶水的物质叫做结晶水合物。
下面我们来看看比较常见的结晶水合物及它们的俗名和它们的化学式:
芒硝十水合硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O
绿矾七水合硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O
明矾十二水合硫酸铝钾 KAl(SO₄)₂·12H₂O
泻盐七水合硫酸镁MgSO₄·7H₂O
皓矾七水合硫酸锌ZnSO₄·7H₂O
胆矾五水合硫酸铜CuSO₄·5H₂O
生石膏二水合硫酸钙CaSO₄·2H₂O
熟石膏一水合二硫酸钙 2CaSO₄·H₂O
晶体里所含的结晶水一般都不很稳定,加热时,容易失去。
实验现象:蓝色的硫酸铜晶体受热后失去结晶水,变成白色无水硫酸铜粉末。
在无色硫酸铜粉末中滴入少量水,白色粉末变成蓝色晶体,并有明显的放热现象。
我们可以根据上面的实验的原理来检验水的存在。
有的结晶水合物在室温和干燥的空气里,能自动失去部分或全部结晶水,这种现象叫做风化(Efflorescence)。例如,在室温时,碳酸钠晶体(Na₂CO₃·10H₂O)放在干燥的空气中,会逐渐失去结晶水而变成粉末。有的晶体能自动吸收空气中的水蒸气,而在表面逐渐形成溶液,这种现象叫做潮解(Deliquescent)。例如,氯化钙和氢氧化钠固体在空气中都很容易潮解。但也有些物质的晶体里不含结晶水,如食盐、硝酸钾晶体等。
许多无机盐类化合物都可以吸收环境中的水或水汽,形成带有结晶水的化合物(简称水合物),一种无机盐分子能够与多少个水分子结合成水合物,这些水合物的稳定性如何,主要由其所在环境中水的蒸气压、温度及无机盐自身的组成结构等因素决定。
当无机盐的种类一定,温度一定时,结晶水的数目主要由环境中水的蒸气压所决定。例如,在25℃的恒温下,硫酸铜在水的蒸气压低于107Pa的环境下不会形成水合物。当环境中水的蒸气压达到107Pa时,开始形成一水合物,无水硫酸铜晶体与其一水合物的晶体共存。如果水的蒸气压略高于107Pa,只要有足够的时间,所有的无水硫酸铜晶体都将转变成它的一水合物;反之,若低于107Pa,则所有的一水合物都会失去其结晶水。显然化合物中的结晶水是与环境中的水汽处于动态平衡之中。
加大水的蒸气压,当达到747Pa时,开始形成带三个结晶水的水合物,这时硫酸铜的一水合物与三水合物平衡共存。继续增大水的蒸气压,一水合物将不再存在。当增大到1 040Pa时开始出现五水合物,此时为五水合物与三水合物共存。当水的蒸气压高于1 040 Pa时,体系中只有五水合物一种晶体存在。
当温度升高时,水分子的动能增加,结晶水冲破晶格束缚的倾向增大,回到晶格中去的倾向减小,所以硫酸铜的结晶水数目就会减少。为了保持一定数目的结晶水,要求体系中水的蒸气压更高一些。由表2-6可以看出,为了保持硫酸铜以一水合物的状态存在,在25℃下只需要107~747 Pa的水蒸气压,而在50℃时则需要600~4 120 Pa。反过来,如果想以生成结晶水的方法"吸收"掉体系中的水分,从而达到除水的目的,则温度越低越好。因为生成相同数目的结晶水,在较低温度下可使体系内水的蒸气压更低一些,即体系内残余的游离态水分子更少一些。
这不仅和阳离子有关,还和阴离子有关,温度也有关系,既结晶水合物的稳定性,如SO4^2-有时带结晶水,如胆矾,有时不带结晶水,如明矾。
K+一般不带结晶水,Na+往往带结晶水,如它们的碳酸盐,盐所带的结晶水的数目和温度有关,在34℃以下,带10个结晶水,以上就以无水盐的形式从饱和溶液中析出.而胆矾在较大的温度范围内稳定,所以,在可能的温度范围内,从饱和溶液析出的都是含5个结晶水的盐。
注意:结晶水合物是纯净物,因为每个分子所带的水分子个数相同,分子的组成固定,分子与水有强烈的相互作用,可视为水合分子为新分子。如胆矾CuSO₄·5H₂O,从化学式看,有CuSO₄和H₂O,似乎是混合物,孰不知CuSO₄和H₂O不是简单地混合,而是二者之间有强烈的相互作用,按照一定的质量比化合CuSO₄+5H₂O=CuSO₄·5H₂O)成新物质--一胆矾,因此CuSO₄·5H₂O是纯净物。
天然气水合物(Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate)因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH...
无水氯化钴:蓝色一水氯化钴:蓝紫色二水氯化钴:紫红色六水氯化钴:粉红色
基本信息:中文名称四乙基氟化铵水合物中文别名四乙基氟化铵二水合物;四乙基氟化铵;氟化四乙铵水合物;四乙基氟化铵(二水);四乙基氟化铵,二水合物;英文名称Tetraethylammoniumfluori...
在过渡金属的水合物中,相同组成的水合物往往由于其中的水分子的结合方式不同而使其性质发生变化。例如无水三氯化铬呈红紫色;其水合物为暗绿色晶体,实验式为CrCl₃·6H₂O。经实验证明,6个水分子中只有4个水分子和2个氯离子作为配体与铬离子结合在内界〔Cr(H₂O)₄Cl₂]+,不论在晶态或在水溶液中均稳定存在,因此,这种水合物的结构式可写成[Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl·2H₂O。如将暗绿色晶体的溶液冷却至0℃以下并通入氯化氢气体,则析出紫色晶体,其结构式为[Cr(H₂O)6]Cl₃。将紫色晶体的溶液用乙醚处理并通以氯化氢气体,就析出一种淡绿色晶体,其结构式为〔Cr(H₂O)5Cl]Cl₂·H₂O。
水也可以不直接与阳离子或阴离子结合而依一定比例存在于晶体内,在晶格中占据一定的部位。这种结合形式的水称为晶格水,一般含有12个水分子。有些晶形化合物也含水,但无一定比例。例如沸石和其他硅酸盐矿物。一些难溶的金属氢氧化物实际上也是水合物。
蓄冷空调及气体水合物蓄冷技术
从蓄冷空调的应用背景出发,简述了蓄冷空调技术的发展与现状,并在此基础上详细介绍了气体水合物蓄冷技术,从气体水合物蓄冷工质的选择、气体水合物结晶\熔解特性改善及气体水合物蓄冷装置设计3个方面对目前的研究现状进行了描述,最后提出了一些今后应该重点展开的研究方向
气体水合物在蓄冷空调中的应用现状
基于气体水合物这种新型蓄冷工质在蓄冷空调中的应用现状,从蓄冷原理、蓄冷工质的选择、促晶技术等方面,对气体水合物作在蓄冷空调中应用是否可行进行了技术分析,并提出了目前技术存在的问题和今后研究的方向。
(1)操作流程
间歇真空式结晶器是一种在减压下进行结晶操作的设备。操作时,溶液由进料口连续加入,晶体与一部分母液则用卸料泵从出料口连续排出。离心泵迫使溶液沿循环管循环,以促进溶液的均匀混合,维持有利的结晶条件,同时控制晶核的数量和成长速度,以便获得所需尺寸的晶体。
(2)优缺点
间歇真空式结晶器中,溶液通过绝热蒸发而冷却,不需要传热面,器内也无运动部件,因此结构简单,避免了在传热面上发生腐蚀及晶体沉积而影响传热的弊端。通过控制适宜的真空度就可以获得较低的溶液沸点温度,故生产能力较大,生产操作情况容易控制。主要缺点是对设备的保温要求较高,蒸汽喷射泵和冷凝水的耗能和耗水量较大,而且需要较高的空间。
在真空状态下将热的饱和溶液绝热真空冷却结晶,热溶液进入结晶器,到达分离室液面时溶液闪蒸,蒸发部分溶剂吸收热量,溶液降温产生过饱和度而结晶。可以连续操作。一般用多级蒸汽喷射泵来形成真空,选择真空度必须考虑有溶质存在下溶液的沸点升高,结晶温度低的要考虑多级结晶,后级结晶的真空度高于前一级。这种方式可有效避免在传热面发生晶体的结疤现象,设备简单,蒸发与冷却同时进行,可达到较低的温度,不受冷却水最终温度的限制,对没有冷冻水系统的厂家是一个很好的选择。
右图1是一具有中央循环管和挡板的连续式真空结晶器。该结晶器没有循环管,其下部有缓慢运转的螺旋桨式搅拌器。料液由循环管地步送入,晶浆向上经过循环管而到达溶液表面,缓慢而均匀地进行沸腾。循环管没有折流圈所以罐内沉降区与结晶生长区被隔开。灌下部有接近淘析腿。结晶生长区由于螺旋桨的搅拌,使混浊液的浓度均匀。再次流动区内,能产生一定数量的晶核,且使晶粒生长。充分长大了的洁净离子便流向下部淘析腿。由于母液从下往上流动,小颗粒被淘洗,只有合乎要求的粒子落入腿内。而上升至沉降区的带细小颗粒的母液,右上方溢流口排至罐外,然后经循环泵送至加热器补充蒸发所必须的热量,同时微晶溶解再与母液一起进入罐内。这种装置可得大而均匀的晶体。
真空式结晶器比蒸发式结晶器要求有更高的操作真空度。另外真空式结晶器一般没有加热器或冷却器,料液在结晶器内闪蒸浓缩并同时降低了温度,因此在产生过饱和度的机制上兼有蒸除溶剂和降低温度两种作用。由于不存在传热面积,从根本上避免了在复杂的传热表面上析出并积结晶体。真空式结晶器由于省去了换热器,其结构简单、投资较低的优势使它在大多数情况下成为首选的结晶器。只有溶质溶解度随温度变化不明显的场合才选用蒸发式结晶器;而冷却式结晶器几乎都可为真空式结晶器所代替。
将钢丝棉盘成小盘用调速手抛机将速度调在400转以下,将盘好的钢丝棉盘压在手抛机打磨头下在石材表面上试机,以钢丝棉不脱出不散开为准,启动打磨机正常结晶硬化处理。打磨不得少于三遍,直至过到结晶硬化效果。花岗石地面墙面结晶同上用相对应的花岗石晶硬剂进行结晶处理。结晶硬化时也可用结晶垫配合结晶粉结晶。结晶垫可用白垫、红垫(不掉色)、结晶粉进行结晶。大理石晶硬粉用水稀释,呈膏状为佳。均匀压在打磨垫下,启动机器匀速打磨,打磨中可加少许清水,直至石材光亮出现晶硬效果。结晶硬化后必须用清水清洗和玻璃刮板刮干净。
常用175、208、300转/分钟重40-70KG的多功能翻新机或专业的晶硬机。结晶时可用钢丝棉盘打磨垫状,要求盘平整、饱满,放在需做晶硬的石材地面将晶硬剂准备好,清理开地面不能有阻挡物,安装针盘,压在盘好的钢丝棉垫上,启动机器可进行结晶硬化处理。结晶硬化处理的材料要根据不同石材材质合理的选择大理石晶硬剂。
若刚开始结晶时地面打磨发黑时表明研磨翻新后石材水份没完全干透或地上尘土太多。若有时间允许的话等石材干透后再做结晶,时间不允许的话可选用下面的用抛光垫用结晶粉进行结晶处理。
结晶的作用:经过晶硬处理之后,石面分子更致密,光泽度明显提高,不仅能增强色彩和光亮度,还能达到防滑、防水、防油等功效。