如何决定有机物质结晶大小
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发布时间：2022-04-22 10:57
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热心网友
时间：2023-10-11 16:19
影响蔗糖的结晶速度的相关因素
蔗糖的结晶速度是影响糖厂生产能力的重要因素。因此，人们对蔗糖的结晶速度及其与有关因素的关系、以及如何提高结晶速度进行了大量的研究工作。
蔗糖的结晶速度通常以晶体表面积每平方米每分钟增加的蔗糖量毫克(mg/m2.min)为单位计算。它主要随糖液的过饱和度、温度、粘度、纯度（糖液的成分、杂质的种类和数量）等因素而变，主要规律如下：
1、过饱和度：在一般的过饱和度下，随过饱和度升高，结晶速度迅速增大。
2、糖液纯度：高纯度下结晶速度较快，低纯度时的结晶速度慢很多。
3、温度：高温下的结晶速度较高。
4、粘度：粘度是随糖液浓度、纯度、温度而变的，它对结晶速度的影响和它们相关。
例如在75℃下，三种不同纯度（90、79、68）和不同过饱和度糖液的结晶速度和粘度（单位为厘泊）的数值如下表：
过饱和度
纯度90
纯度79
纯度68
结晶速度
粘度
结晶速度
粘度
结晶速度
粘度
1.03
220
143
50
252
13
960
1.06
620
160
130
266
35
1100
1.09
1260
180
280
296
62
1290
1.12
1790
194
500
345
90
1500
1.15
-
-
710
396
117
1760
1.18
-
-
780
443
142
1990
在过饱和度较高时，虽然糖液粘度升高（特别是低纯度糖液），但结晶速度仍然显著增大。
由这些数据可以推导出蔗糖结晶速度与糖液过饱和度之间的数学关系，如下：
纯度90： 结晶速度 ＝ 67600 × (过饱和度 -1）1.67
纯度79： 结晶速度 ＝ 16600 × (过饱和度 -1）1.69
纯度68： 结晶速度 ＝ 1340 × (过饱和度 -1）1.28
这些算式说明，结晶速度是（过饱和度－1）的指数函数。这是由于糖液的过饱和是推动蔗糖结晶过程的动力。
纯糖溶液在过饱和度1.06时，结晶速度为2410。和此对比，不同纯度糖液的结晶速度的百分比为：
糖液纯度
100
90
79
68
结晶速度对比％
100
25.6
5.4
1.45
可见，纯度对结晶速度的影响非常巨大。这主要是因为在同样的过饱和度下，低纯度糖液的粘度要大好多倍。
温度对结晶速度的影响也很大。在90℃下，不同过饱和度和三种纯度（90、78、69）的糖液的结晶速度如下表：
过饱和度
1.03
1.06
1.09
1.12
1.15
1.18
1.21
1.24
1.27
1.30
纯度90
265
750
1920
-
-
-
-
-
-
-
纯度78
35
95
240
435
620
755
810
-
-
-
纯度69
9
22
36
52
71
99
134
192
248
269
在40℃下，不同过饱和度和四种纯度的糖液的结晶速度和粘度如下表：
过饱和度
纯度90
纯度80
纯度75
纯度65
结晶速度
粘度
结晶速度
粘度
结晶速度
粘度
结晶速度
粘度
1.10
360
290
120
560
70
850
17
2000
1.12
500
320
165
645
95
965
20
2200
1.15
730
360
240
780
125
1165
25
2550
1.18
975
400
310
920
160
1390
30
2900
1.21
1170
460
365
1090
196
1630
35
3400
可见，在低温下的结晶速度明显降低。
这些数据都说明，虽然过饱和度升高时的糖液粘度都增大，但结晶速度仍然是升高的。不过，也有些实验数据说明，纯度为75～80的糖液，在过饱和度升高至1.24～1.30时，由于粘度过大，结晶速度不再升高，并可能反而下降。由于在这样高的过饱和度下有可能析出新的晶体，故除了起晶阶段以外，通常不用这样高的过饱和度。
蔗糖的结晶速度还与多种其他的物理和化学因素有关，又与结晶罐的结构和对流循环状况有关，此处不再逐一讨论。
热心网友
时间：2023-10-11 16:20
众所周知，重结晶是有机合成中一项非常基本，但是又非常重要的技术，它原理简单、使用方便，但是真的要做好重结晶，不是那么容易的事，尤其是溶剂的选择，以及在出现乳化现象时的处理等等都有很深的学问，这里转一个关于重结晶技术的文章，希望对大家有所帮助！
1、原理：
固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。一般是温度升高，溶解度增大。若把固体溶解在热的溶剂中达到饱和，冷却时即由于溶解度降低，溶液变成过饱和而析出晶体。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出。而让杂质全部或大部分仍留在溶液中（若在溶剂中的溶解度极小，则配成饱和溶液后被过滤除去），从而达到提纯目的。
2、关于可以应用重结晶法的讨论：
假设一固体混合物由9.5克被提纯物A和0.5克杂质B组成，选择某溶剂进行重结晶，室温时A、B在此溶剂中的溶解度分别为SA和SB，通常存在下列三种情况：
（1）室温下杂质较易溶解（SB>SA）。设在室温下SB＝2.5克/100ml，SA＝0.5克/100ml，如果A在此沸腾溶剂中的溶解度为 9.5克/100ml，则使用100ml溶剂即可使混合物在沸腾时全溶。若将此滤液冷却至室温时可析出A9g（不考虑操作上的损失）而B仍留在母液中，A 损失很小，即被提纯物回收率达到94％。如果A在此沸腾溶剂中的溶解度为47.5克/100ml，则只要使用20ml溶剂即可使混合物在沸腾时全溶，这时滤液可析出A9.4克，B仍可留在母液中，被提纯物的回收率高达99％。
由此可见，如果杂质在冷时的溶解度大而产物在冷时的溶解度小，或溶剂对产物的溶解性能随温度的变化大，这两方面都有利于提高回收率。
（2）杂质较难溶解（SB<SA）。设在室温下SB＝0.5克/100ml，SA＝2.5克/100ml，A在此沸腾溶剂中的溶解度仍为9.5克 /100ml，则在100ml溶剂重结晶后的母液中含有2.5克A和0.5克（即全部）B，析出结晶A7克，产物的回收率为74％。但这时，即使A在沸腾溶剂中的溶解度更大，使用的溶剂也不能再少了，否则杂质B也会部分地析出，就需再次重结晶。如果混合物中杂质含量很多，则重结晶的溶剂量就要增加，或者重结晶的次数要增加，致使操作过程冗长(rong
chang)，回收率极大的降低。
（3）两者溶解度相等（SA=SB）。设在室温下皆为2.5克/100ml，若也用100ml溶剂重结晶，仍可得到纯A7克。但如果这时杂质含量很多，则用重结晶分离产物就比较困难。在A和B含量相等时，重结晶就不能用来分离产物了。
从上述讨论总可以看出，在任何情况下，杂志的含量过多都是不利的（杂质太多还会影响结晶速度，甚至妨碍结晶的生成）。一般重结晶只适用于纯化杂质含量在5％以下的固体有机混合物。
3、选择溶剂的条件：
（1）不与被提纯物质起化学反应
（2）在较高温度时能溶解多量的被提纯物质；而在室温或更低温度时，只能溶解很少量的该种物质
（3）对杂质的溶解非常大或者非常小（前一种情况是使杂质留在母液中不随被提纯物晶体一同析出；后一种情况是使杂质在热过滤时被滤去）
（4）容易挥发（溶剂的沸点较低），易与结晶分离除去
（5）能给出较好的晶体
（6）无毒或毒性很小，便于操作
（7）价廉易得
（8）适当时候可以选用混合溶剂
选择好溶剂后进行溶解：
4、溶解
通过试验结果或查阅溶解度数据计算被提取物所需溶剂的量，在将被提取物晶体置于锥形瓶中，加入较需要量稍少的适宜溶剂，加热到微微沸腾一段时间后，若未完全溶解，可再添加溶剂，每次加溶剂后需再加热使溶液沸腾，直至被提取物晶体完全溶解（但应注意，在补加溶剂后，发现未溶解固体不减少，应考虑是不溶性杂质，此时就不要再补加溶剂，以免溶剂过量）。
注意事项：
（1）溶剂量的多少，因同时考虑两个因素。容极少则收率高，但可能给热过滤带来麻烦，并可能造成更大的损失；容极多，显然会影响回收率。故两者应综合考虑。一般可比需要量多加20％左右的溶剂（有人认为一般可比需要量多20—100％的溶剂）。
（2）可以在溶剂沸点温度时溶解固体，但必须注意实际操作温度是多少，否则会因实际操作时，被提纯物晶体大量析出。但对某些晶体析出不敏感的被提纯物，可考虑在溶剂沸点时溶解成饱和溶液，故因具体情况决定，不能一概而论。例如，本次实验在100℃时配成饱和溶液，而热过滤操作温度不可能是100℃，可能是 80℃？也可能是90℃？那么在考虑加多少溶剂时，应同时考虑热过滤的实际操作温度。
（3）为了避免溶剂挥发及可燃性溶剂着火或有毒溶剂中毒，应在锥形瓶上装置回流冷凝管，添加溶剂可从冷凝管的上端加入。
（4）若溶液中含有色杂质，则应加活性炭脱色，应特别注意活性炭的使用。
5、乗热过滤\\n（1）若为易燃溶剂，则应防止着火或防止溶剂挥发。
（2）应注意滤纸的折叠方法及操作要领（包括漏斗的预热、滤纸的热水润湿等）；应洗净抽滤瓶，注意和滤纸的大小、滤纸的人润湿等操作，开始不要减压太甚，以免将滤纸抽破（在热溶剂中，滤纸强度大大下降）。
6、结晶
（1）将滤液在室温或保温下静置使之缓缓冷却（如滤液已析出晶体，可加热使之溶解），析出晶体，再用冷水充分冷却。必要时，可进一步用冰水或冰盐水等冷却（视具体情况而定，若使用的溶剂在冰水或冰盐水中能析出结晶，就不能采用此步骤）。
（2）有时由于滤液中有焦油状物质或胶状物存在，使结晶不易析出，或有时因形成过饱和溶液也不析出晶体，在这种情况下，可用玻棒摩擦器壁以形成粗糙面，使溶质分子成定向排列而形成结晶的过程较在平滑面上迅速和容易；或者投入晶种（同一物资的晶体，若无此物质的晶体，可用玻棒蘸一些溶液稍干后即会析出晶体），供给定型晶核，使晶体迅速形成。
（3）有时被提纯化合物呈油状析出，虽然该油状物经长时间静置或足够冷却后也可固化，但这样的固体往往含有较多的杂质（杂质在油状物中常较在溶剂中的溶解度大；其次，析出的固体中还包含一部分母液），纯度不高。用大量溶剂稀释，虽可防止油状物生成，但将使产物大量损失。
这时可将析出油状物的溶液重新加热溶解，然后慢慢冷却。一当油状物析出时便剧烈搅拌混合物，使油状物在均匀分散的状况下固化，但最好是重新选择溶剂，使其得到晶形产物。
7、抽气过滤（减压过滤）
（1）装置中各仪器的名称和用途介绍。
（2）减压过滤程序介绍：剪裁合符规格的滤纸放入漏斗中→用少量溶剂润湿滤纸→开启水泵并关闭安全瓶上的活塞，将滤纸吸紧→打开安全瓶上的活塞，再关闭水泵→借助玻棒，将待分离物分批倒入漏斗中，并用少量滤液洗出粘附在容器上的晶体，一并倒入漏斗中→再次开启水泵并关闭安全瓶上的活塞进行减压过滤直至漏斗颈口无液滴为止→打开安全瓶上的活塞，再关闭水泵→用少量溶剂润湿晶体→再次开启水泵并关闭安全瓶上的活塞进行减压过滤直至漏斗颈口无液滴为止（必要时可用玻塞挤压晶体，此操作一般进行1—2次）。
如重结晶溶剂沸点较高，在用原溶剂至少洗涤一次后，可用低沸点的溶剂洗涤，使最后的结晶产物易于干燥（要注意该溶剂必须是能和第一种溶剂互溶而对晶体是不容或微溶的）。
抽滤所得母液若有用，可移至其它容器内，再作回收溶剂及纯度较低的产物。
8、结晶的干燥
在测定熔点前，晶体必须充分干燥，否则测定的熔点会偏低。固体干燥的方法很多，要根据重结晶所用溶剂及结晶的性质来选择：
（1）空气凉干（不吸潮的低熔点物质在空气中干燥是最简单的干燥方法）。
（2）烘干（对空气和温度稳定的物质可在烘箱中干燥，烘箱温度应比被干燥物质的熔点低20—50℃。
（3）用滤纸吸干（此方法易将滤纸纤维污染到固体物上）
（4）置于干燥器中干燥
参考资料：有机化学精品课程
