为什么物质在凝固时会结晶

一、基本概念

固体从形态上来分有晶形和无定形两种.例如：食盐、蔗糖等都是晶体,而木碳、橡胶都为无定形物质.其区别主要在于内部结构中的质点元素（原子、分子）的排列方式互不相同.

晶体简单地分为：立方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、三方晶系等七种晶系.

通常只有同类的分子或离子才能进行有规律的排列,故结晶过程有高度的选择性.通过结晶溶液中的大部分杂质会留在母液中,再通过过滤、洗涤即可得到纯度高的晶体.但是结晶过程是复杂的,晶体的大小不一,形状各异,形成晶族等现象,因此有时需要重结晶.

此外,结晶时有水合作用,晶体中有一定数量的溶剂分子称为结晶水.

二、晶体的生成包括晶核的形成和晶体的成长两个阶段.

1．晶核的形成

晶核是过饱和溶液中初始生成的微小晶粒,是晶体成长过程中必不可

少的核心.加料溶液中其它物质的质点或者过饱和溶液本身析出的新固相质点,这就是“成核”.此后,原子或分子在这个初形成的微小晶核上一层又一层地履盖上去,直于要求的晶粒大小,为“成长”.

晶核形成的过程：在溶液中,质点元素不断地作不规则的运动,随着温度的降低或溶剂量的减少,不同质点元素间的引力相对地越来越大,以至达到不能再分离的程度,结合成线晶,线晶结合成面晶,面晶结核成按一定规律排列的细小晶体,形成所谓的“晶胚”.晶胚不稳定,进一步长大则成为稳定的晶核.

2．晶体的成长

在过饱和溶液中已有晶核形成或加晶种后,以过饱和度为推动力,溶液中的溶质向晶核或加入的晶体运动并在其表面上进行有序排列,使晶体格子扩大的过程.

影响结晶生长速率的因素很多：过饱和度、粒度、物质移动的扩散过程等.

解释结晶成长的机理有：表面能理论、扩散理论、吸附层理论.目前常用的为扩散理论,按照扩散理论：晶体的成长过程由三个步骤组成的：

（1）溶质由溶液扩散到晶体表面附近的静止液层；

（2）溶质穿过静止液层后达到晶体表面,生长在晶体表面上,晶体增大,放出结晶热；

（3）释放出的结晶热再靠扩散传递到溶液的主体去.

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