IV. NỘI DUNG BÀI GIẢNG 1 Trích ly một bậc (30 phút)
4. Khái niệm kết tinh (45 phút).
Kết tinh là quá trình tách chất rắn hồ tan trong dung dịch, là một trong những phương pháp chủ yếu để thu được chất rắn ở dạng nguyên chất.
Kết tinh các chất hồ tan trong dung dịch dựa vào độ hồ tan hạn chế của chất rắn. Dung dịch chứa lượng chất hồ tan lớn nhất ở một nhiệt độ nhất định gọi là dung dịch bão hồ ở nhiệt độ đĩ. Dung dịch quá bão hào khơng bền và chất hồ tan thừa sẽ được tách ra khỏi dung dịch. Nước cịn lại sau khi tách tinh thể gọi là nước cái. Các tinh thể được tách ra khỏi nước cái bằng phương pháp lắng, lọc, ly tâm …
5.1.1. Độ hồ tan.
Độ hồ tan của một chất là lượng tối đa chất đĩ tan được trong một đơn vị dung mơi ở một nhiệt độ nhất định. Độ hồtan cĩ thể tính bằng g/l, g/kg, phần khối lượng … Độ hồ tan của một chất phụ thuộc vào bản chất hố học của nĩ, tính chất và nhiệt độ dung mơi. Đối với một số lớn chất độ hồ tan tăng khi nhiệt độ tăng nhưng cũng cĩ trường hợp ngược lại là độ hồ tan tăng khi nhiệt độ giảm.
Để tiến hành quá trình kết tinh ta tạo thành những dung dịch quá bão hồ bằng những phương pháp sau:
ַ Làm lạnh dung dịch – Ứng dụng cho các chất cĩ độ hồ tan tăng khi tăng nhiệt độ. Q
t
ַ Đun bốc hơi một phần dung mơi – Ứng dụng cho các chất cĩ độ hồ tan tăng hoặc giảm khơng đáng kể khi giảm nhiệt độ.
Độ hồ tan của vật chất thường được xác định bằng thực nghiệm và được biểu diễn bằng đường cong phụ thuộc giữa độ hồ tan và nhiệt độ, đối với một số lớn chất tạo thành tinh thể ngậm nước thì đường cong cĩ điểm gẫy (hình 5.2). Độ hồ tan của các chất như thế cĩ thể giảm khi tăng nhiệt độ.
Vấn đề xác định độ hồ tan của vật chất ở nhiệt độ nhất định cĩ giá trị thực tế lớn nhưng cho đến nay khơng cĩ cơng thức nào bảo đảm chính xác để tính tốn mà tuỳ theo trường hợp cụ thể ta ứng dụng những số liệu thực nghiệm đã biết.
5.1.2. Sự tạo thành thể tích.
Sự tạo thành thể tích gồm hai giai đoạn: giai đoạn tạo mầm tinh thể và giai đoạn phát triển mầm tinh thể thành tinh thể hồn chỉnh.
Ví dụ: trên hình 5.3, dung dịch chỉ tạo thành mầm khi nồng độ của chất hồ tan ứng với điểm A. Giữa đường bão hồ 1 và đường bão hồ 2 chỉ quá trình phát triển mầm.
Vận tốc tạo mầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, các phương pháp khuấy trộn, tính chất của vật chất, nồng độ các tạp chất.
Lượng mầm tạo thành ảnh hưởng đến kích thước tinh thể. Khi số mầm tạo thành ít thì tinh thể sẽ lớn và ngược lại khi mầm tạo thành nhiều thì tinh thể nhỏ. Để cho quá trình tạo mầm được dễ dàng thường người ta cho thêm vào dung dịch những tinh thể chất hồ tan đĩ chất nào đĩ cĩ cùng cấu trúc tinh thể như nhất hồ tan ở trong dung dịch. Phương pháp này đặc biệt cần thiết đối với dung dịch khĩ tạo mầm mặc dù đã cĩ độ bão hồ rất lớn. Quá trình phát triển mầm trong mơi trường đứng yên (tức là quá trình chuyển vật chất từ pha lỏng vào pha rắn) cĩ được là nhờ các giịng đối lưu và khuyếch tán trong dung dịch.