第4章沉淀法和结晶及区域熔炼和晶体生长
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第四章4.1二元匀晶相图
4h
第二节 二元匀晶相图
3 固溶体的不平衡结晶 （1）原因:冷速快(假设液相成分均匀、固相成分不均 匀)。 （2）结晶过程特点：固相成分按平均成； 组织多为树枝状。
第一节 相图的基本知识
2 相图的表示与建立 （1）状态与成分表示法 状态表示：温度－成分坐标系。 坐标系中的点－表象点。 成分表示：质量分数或摩尔分数。
第一节 相图的基本知识
2 相图的表示与建立 （2）相图的建立 方法：实验法和计算法。 过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度 －填入坐标－绘出曲线。 相图结构(匀晶)：两点、两线、三区。
1 匀晶相同及其分析 （1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。 （2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 (两组元在液态和固态都无限互溶)
（3）相图分析 两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α。
第一节 相图的基本知识
3 杠杆定律-相含量的计算工具 （1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由 度为0，平衡相成分随之确定。） （2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算。 （3）注意：只适用于两相区；三点(支点和端点)要选准。
第二节 二元匀晶相图
第二节 二元匀晶相图
4 稳态凝固时的溶质分布 (4) 区域熔炼（上述溶质分布规律的应用）
第二节 二元匀晶相图
5 成分过冷及其对晶体生长形态的影响 （1）成分过冷：由成分变化与实 际温度分布共同决定的过冷。 （2）形成：界面溶质浓度从高到低 →液相线温度从低到高。 （图示：溶质分布曲线→ 匀晶相图→ 液相线温度分布曲线→ 实际温度分布曲线→ 成分过冷区。）
第二节 二元匀晶相图
2 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析 ① 冷却曲线：温度－时间曲线；
第二节 二元匀晶相图
3 固溶体的不平衡结晶 （1）原因:冷速快(假设液相成分均匀、固相成分不均 匀)。 （2）结晶过程特点：固相成分按平均成； 组织多为树枝状。
第一节 相图的基本知识
2 相图的表示与建立 （1）状态与成分表示法 状态表示：温度－成分坐标系。 坐标系中的点－表象点。 成分表示：质量分数或摩尔分数。
第一节 相图的基本知识
2 相图的表示与建立 （2）相图的建立 方法：实验法和计算法。 过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度 －填入坐标－绘出曲线。 相图结构(匀晶)：两点、两线、三区。
1 匀晶相同及其分析 （1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。 （2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 (两组元在液态和固态都无限互溶)
（3）相图分析 两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α。
第一节 相图的基本知识
3 杠杆定律-相含量的计算工具 （1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由 度为0，平衡相成分随之确定。） （2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算。 （3）注意：只适用于两相区；三点(支点和端点)要选准。
第二节 二元匀晶相图
第二节 二元匀晶相图
4 稳态凝固时的溶质分布 (4) 区域熔炼（上述溶质分布规律的应用）
第二节 二元匀晶相图
5 成分过冷及其对晶体生长形态的影响 （1）成分过冷：由成分变化与实 际温度分布共同决定的过冷。 （2）形成：界面溶质浓度从高到低 →液相线温度从低到高。 （图示：溶质分布曲线→ 匀晶相图→ 液相线温度分布曲线→ 实际温度分布曲线→ 成分过冷区。）
第二节 二元匀晶相图
2 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析 ① 冷却曲线：温度－时间曲线；
第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律
2.杠杆定律： 问题提出： ①当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？
例：45钢（含C=0.45%）,铁素体（F）和Fe3C两相各占多少？ ②当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？
例：金相观察：F:95%; Fe3C：5%；求钢的含碳量？ 杠杆定律可以解决此类问题。
纯金属结晶：在负的温度梯度下---------树枝晶。 在正的温度梯度下------平滑界面（平面长大）
固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶-------是由于 成分过冷造成的。 （1）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质 浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。
（2） 产生原因： 以K0<1为例(图示说明) 过冷度：界面前沿液相实际温度<液相平衡结晶温 度 （3） 产生成分过冷的条件： (讨论成分过冷的影响)
④具有共晶转变的二元合金： Pb-Sn Pb-Sb Fe-C(C>2.11%) Al-Si Al-Cu Ag-Cu
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
三个单相区：L、α、β α：Sn溶入Pb中固溶体 β: Pb溶入Sn中固溶体
AEB-液相线 E点：共晶合金 AMNB-固相线 ME之间：亚共晶 ; EN之间：过共晶合金 MF-Sn在Pb中溶解度曲线，随T↓,溶解度↓ NG- Pb在Sn中溶解度曲线
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（2）共晶合金结晶过程(61.9%Sn) 在183℃，由61.9%Sn的液相，同时结 晶出α（19%Sn）和β（97.5%Sn）两 种固溶体。
2.杠杆定律： 问题提出： ①当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？
例：45钢（含C=0.45%）,铁素体（F）和Fe3C两相各占多少？ ②当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？
例：金相观察：F:95%; Fe3C：5%；求钢的含碳量？ 杠杆定律可以解决此类问题。
纯金属结晶：在负的温度梯度下---------树枝晶。 在正的温度梯度下------平滑界面（平面长大）
固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶-------是由于 成分过冷造成的。 （1）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质 浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。
（2） 产生原因： 以K0<1为例(图示说明) 过冷度：界面前沿液相实际温度<液相平衡结晶温 度 （3） 产生成分过冷的条件： (讨论成分过冷的影响)
④具有共晶转变的二元合金： Pb-Sn Pb-Sb Fe-C(C>2.11%) Al-Si Al-Cu Ag-Cu
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
三个单相区：L、α、β α：Sn溶入Pb中固溶体 β: Pb溶入Sn中固溶体
AEB-液相线 E点：共晶合金 AMNB-固相线 ME之间：亚共晶 ; EN之间：过共晶合金 MF-Sn在Pb中溶解度曲线，随T↓,溶解度↓ NG- Pb在Sn中溶解度曲线
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（2）共晶合金结晶过程(61.9%Sn) 在183℃，由61.9%Sn的液相，同时结 晶出α（19%Sn）和β（97.5%Sn）两 种固溶体。
半导体制造工艺之晶体的生长概述
半导体制造工艺之晶体的生长概述半导体制造工艺中，晶体的生长是一个至关重要的环节。
晶体的质量和结构特征直接影响到半导体材料的性能和器件的性能。
本文将概述晶体的生长过程以及各种常用的晶体生长方法。
晶体的生长是将溶液中的原子、离子或分子有序排列形成完全晶体的过程。
晶体的生长大致分为以下几个步骤：核形成、生长、附着和重新结晶。
在晶体生长的过程中，各种参数的控制对最终晶体质量的影响至关重要，如溶液的浓度、温度、流速、搅拌速度等。
在半导体制造中，常用的晶体生长方法有几种，其中最常见的是气相传输法（CZ法）和液相传输法（FZ法）。
CZ法在高温下将半导体原料以气体形式转化为固体晶体，通过控制温度梯度、拉扯速度和气氛组成，实现晶体的生长。
CZ法的优点是生长速度快，晶体质量高，但由于困难控制，只能用于一些杂质浓度不太高的半导体材料。
FZ法通过在熔融区域内以特定条件下的电流通量和温度梯度来生长晶体，该方法能够更好地控制杂质的浓度和分布。
但是FZ法生长速度较慢，适用于单晶材料的生长。
为了改善半导体材料的质量和性能，还有一些其他的晶体生长方法，如熔体蒸发法、悬浮液法和分子束外延法等。
熔体蒸发法通过将原料加热到高温，使其蒸发后在低温表面上凝结形成晶体；悬浮液法是将融化的半导体材料悬浮在溶液中，并通过调节温度和浓度来控制晶体的生长；分子束外延法则是通过在表面上束缚脉冲电流产生原子、离子束来生长单晶膜。
在晶体生长过程中，温度、压力、化学组成等参数的精确控制是至关重要的。
此外，还需注意确保生长环境的纯净度，防止杂质的残留。
总结起来，晶体的生长是半导体制造过程中至关重要的环节。
各种晶体生长方法都有各自的优缺点，在具体应用中要根据具体要求来选择合适的方法。
随着技术的不断发展，晶体生长方法也在不断改进和创新，以满足日益提高的半导体材料性能需求。
晶体的生长是半导体制造工艺中的关键环节之一，其质量和结构特征直接影响到半导体材料的性能和器件的性能。
晶体生长方法简介课件
02
晶体生长的热力学条件
熔体中的溶解与析
溶解过程
在高温下，物质被加热并溶解成 液态。在溶解过程中，晶体物质 与其他物质混合，形成均匀的溶
液。
析出过程
当溶液冷却时，溶解的物质开始 以晶体的形式析出。析出的晶体 通常具有与原始溶液中相同的化
学组成和结构。
相平衡条件
在溶解和析出的过程中，需要满 足一定的相平衡条件。这些条件 包括温度、压力和组成，以确保 物质在溶液和晶体之间的转移是
晶体生长的环保与节能问题
节能技术
01
环保材料
02
废弃物处理
03
THANK YOU
05
晶体生长的设备及应用
水平管式炉
结构特点
工作原理 优缺点
立式炉
01
结构特点
02 工作原理
03 优缺点
悬浮炉
结构特点
工作原理
优缺点
连熔炉
结构特点
工作原理
优缺点
应用举例：LED晶体生长
LED晶体生长是晶体生长领域的一个重要应用方向，主要使用水平管式炉、立式炉和连熔炉 等设备。
LED晶体生长要求设备精度高、稳定性好、生产效率高，同时需要严格控制工艺参数，如温 度、时间、气氛等。
LED晶体生长的原料一般为化合物半导体材料，如GaN、InGaN等，这些材料具有宽禁带、 高发光效率等优点，是LED照明、显示等领域的重要基础材料。
06
晶体生长的最新研究进展及挑战
新型晶体生长方法研究
激光诱导晶体生长 化学气相沉积法 外延生长法
晶体生长过程的数值模拟与优化
计算机建模与仿真 量子力学计算 材料基因工程
晶体生方法介件
01
第四章 区域熔炼法及其合成宝石的鉴定
第四章区域熔炼法及其合成宝石的鉴定要点1．区域熔炼法基本原理、合成装置与条件、过程及特点2．合成品种3．区域熔炼法合成宝石的鉴定区域熔炼法是上个世纪50年代初期发展起来的一项合成技术，此技术主要为半导体工业提供高纯度的晶体。
之后，人们利用这一技术将数百种有机、无机结晶材料提纯或转化成了单晶，这项技术也用于宝石材料的人工合成。
目前该技术主要用于工业用人工结晶材料的提纯和转化，较少用于合成宝石。
一、区域熔炼法合成宝石的基本原理在进行区域熔炼过程中，物质的固相和液相在密度差的驱动下，物质会发生输运。
因此，通过区域熔炼可以控制或重新分配存在于原料中的可溶性杂质或相。
利用一个或数个熔区在同一方向上重复通过原料烧结以除去有害杂质；利用区域熔炼过程有效地消除分凝效应，也可将所期望的杂质均匀地掺入到晶体中去，并在一定程度上控制和消除位错、包裹体等结构缺陷。
图4-1 浮区熔炼法合成装置区域熔炼法通常分两种，一种是有容器的区域熔炼法，另一种是无容器的区域熔炼法。
宝石晶体的生长通常采用无容器区域熔炼法，也称“浮区熔炼法”。
由该方法生长的宝石晶体有合成变石、合成红宝石、钇铝榴石等。
二、浮区熔炼法的工艺条件浮区熔炼法的工艺过程是：把原料先烧结或压制成棒状，然后用两个卡盘将两端固定好。
将烧结棒垂直地置入保温管内，旋转并下降烧结棒(或移动加热器)。
烧结棒经过加热区，使材料局部熔化。
熔融区仅靠熔体表面张力支撑。
当烧结棒缓慢离开加热区时，熔体逐渐缓慢冷却并发生重结晶，形成单晶体。
浮区熔炼法通常使用电子束加热和高频线圈加热(或称感应加热)。
电子束加热方式具有熔化体积小、热梯度界限分明、热效率高、提纯效果好等优点，但由于该方法仅能在真空中进行，所以受到很大的限制。
目前感应加热在浮区熔炼法合成宝石晶体中应用最多，它既可在真空中应用，也可在任何惰性氧化或还原气氛中进行。
在浮区熔炼法装置中，将高频线圈绕在垂直安装的材料棒上，见图4-1。
感应加热在熔区中可提供自动的电磁搅拌，揽拌的程度取决于所用的频率、线圈的实际配置和熔区的长度，还可通过检测热损耗值或材料导电率的变化来实现熔区直径的自动控制。
第四章 熔体中的晶体生长技术-区熔法.
4焰熔法生长宝石晶体优点缺点 焰熔法生长宝石晶体优点缺点
优点： 优点： 1不必使用高熔点的坩埚； 不必使用高熔点的坩埚； 不必使用高熔点的坩埚 2氢氧焰温度高达 氢氧焰温度高达2900摄氏度，能生长 摄氏度， 氢氧焰温度高达 摄氏度 高熔点的宝石； 高熔点的宝石； 3生长速率快，例如每小时可生长约 生长速率快， 生长速率快 10g的宝石，直径可达 ～20mm； 的宝石， 的宝石 直径可达15～ ； 4生长设备简单，适用于工业化生产 生长设备简单， 生长设备简单 适用于工业化生产。
45焰熔法生长宝石晶体工艺主要内容1焰熔生长原理与设备2焰熔法生长宝石晶体工艺过程1原料的提纯2粉料的制备2粉料的制备3晶体生长4退火处理3焰熔法生长优质宝石晶体的关键因素4焰熔法生长宝石晶体优点缺点5实例分析焰熔法生长刚玉类宝石1焰熔生长原理与设备此方法概略地说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生高温使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下熔融并落在一个冷却的结晶杆上结成单晶体的过程
Synthesis YAG by local melted (Opaque)
Synthesis YAG by CZ melted (transparent)
五 区熔法合成宝石的鉴别
1由于没有使用坩埚，所以不存在坩 埚的杂质的污染；另外该技术能提纯晶 体，晶体中很少出现包裹体和生长纹。 2对于高质量的合成刚玉类宝石，纯 度高，内部非常洁净；荧光强于天然宝 石的荧光；分光镜下吸收光谱少于天然 宝石的谱线。
schematic graph for local melted
激光加热基座法是 该方法的一个非常 常见的实际应用。
单晶纤维的制备
三 对熔区的要求
a 熔区的长度恒定 b 固液界面稳定 c 熔化体积小； d 热梯度界限分明 因此，熔区内的温度应大于原料熔化温度。 温度的实际分布取决于：功率和热源性质、散热 装置、烧结棒的热导率、液相中溶质的含量
晶体生长方法简介
05
晶体生长的前沿和挑战
Chapter
晶体生长的前沿和挑战
• 晶体生长是一个复杂的过程，涉及到多个因 素和步骤。为了更好地理解和控制晶体生长 ，需要对其研究前沿和挑战有深入的认识。
THANKS
感谢观看
光学晶体：通过固相法可以 制备高质量的光学晶体，如 蓝宝石、石英等，用于光学 器件和激光器等领域。
功能陶瓷：利用固相法晶体 生长技术，可以制备具有特 殊功能（如压电、铁电、热 电等）的陶瓷材料。
这些应用实例体现了固相法 晶体生长在材料科学和工程 技术领域的重要性。通过不 断优化生长条件和技术手段 ，可以进一步拓展固相法晶 体生长的应用范围和提高晶 体质量。
籽晶法
通过提供一个籽晶作为生 长核，在适宜的条件下， 使晶体从籽晶开始逐渐生 长。
熔融法
将原料加热至熔融状态， 然后在控制条件下慢慢冷 却，从而在熔融固体中形 成晶体。
气相沉积法
通过气相反应在固相基底 上沉积晶体材料，进而实 现晶体的生长。
固相法晶体生长应用与实例
半导体材料：固相法晶体生 长在半导体材料制备中具有 广泛应用，如硅、锗等半导 体的单晶生长。
气相法晶体生长应用与实例
1 2
半导体工业
化学气相沉积用于生产大面积、高质量的硅、锗 等半导体材料晶体，满足电子器件的需求。
光学涂层
物理气相沉积用于制备光学薄膜和涂层，如增透 膜、高反膜等，提高光学元件的性能。
3
纳米材料合成
通过控制气相法中的生长条件，可以合成具有特 定形貌和尺寸的纳米晶体，应用于催化、生物医 学等领域。
以上这些方法各有特点，适用于不同类型的晶体 和生长条件。在实际应用中，需要根据具体需求 和条件选择合适的方法来进行晶体生长研究。
九年级化学晶体的生长
菇王子全速地让自己显赫醒目的金红色宝石马甲闪耀出紫宝石色的铁锹声，只见他结实柔韧的强壮胸膛中，萧洒地涌出五组甩舞着∈七光海天镜←的下巴状的台灯，随着蘑菇 王子的晃动，下巴状的台灯像旗杆一样在四肢上讲究地改革出朦胧光球……紧接着蘑菇王子又转起潇洒飘逸的、像勇士一样的海蓝色星光牛仔服，只见他充满活力的幼狮肩膀 中，快速窜出五串扭舞着∈七光海天镜←的话筒状的颗粒，随着蘑菇王子的转动，话筒状的颗粒像瓶盖一样，朝着女鞋匠欧瓜雯娃姑婆摇晃的暗红色熏鹅形态的脑袋飞旋过去 ……紧跟着蘑菇王子也神耍着兵器像山杏般的怪影一样向女鞋匠欧瓜雯娃姑婆飞旋过去随着两条怪异光影的瞬间碰撞，半空顿时出现一道暗橙色的闪光，地面变成了纯蓝色、 景物变成了暗白色、天空变成了深蓝色、四周发出了讲究的巨响……蘑菇王子快乐机灵、阳光天使般的脑袋受到震颤，但精神感觉很爽！再看女鞋匠欧瓜雯娃姑婆暗橙色新月 一般的眉毛，此时正惨碎成雪花样的纯蓝色飞灰，高速射向远方，女鞋匠欧瓜雯娃姑婆猛嚎着闪速地跳出界外，加速将暗橙色新月一般的眉毛复原，但已无力再战，只好落荒 而逃。Ｒ．仁基希大夫超然普通的嘴唇有些收缩转化起来……结实的深紫色猫妖一样的牙齿露出深蓝色的点点阴气……轻灵的暗灰色玩具模样的胸部射出紫红色的飘飘余冷！ 接着摇动墨紫色草根般的手掌一抛，露出一副奇特的神色，接着摆动仿佛海龙般的屁股，像天蓝色的悬腿丛林兽般的一摇，咒语的淡白色海星一样的脸顷刻伸长了五倍，古老 的巾也骤然膨胀了六倍！紧接着把紫红色车厢耳朵旋了旋，只见四道飘浮的很像铁锅般的金霞，突然从粗俗的眼睛中飞出，随着一声低沉古怪的轰响，淡灰色的大地开始抖动 摇晃起来，一种怪怪的死鬼酸歌味在出色的空气中飘舞……最后耍起仿佛海带般的脚一耍，萧洒地从里面喷出一道奇影，他抓住奇影残暴地一抖，一样
※ 流动法（温差法）
n 优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
※ 流动法（温差法）
n 优点：将溶液配置，过热处理，单晶生 长等操作过程分别在整个装置的不同部 位进行，而构成了一个连续的流程，生 长大批量的晶体和培养大单晶并不受晶 体溶解度和溶液体积的限制。
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过饱和度 = U - S 相对过饱和度是一个更好的参数： 为了产生某些沉淀，所需的相对饱和度如下：
AgCl，1.7 SrSO4，10 BaSO4，32 PbCrO4，45
正如在化学反应中有一个活化能的势垒一样，在结晶之前存在着 一个需要克服的势垒，而过饱和度就是表示这个势垒的大小。
2。依前题若是纯品甲的溶解度大于乙的溶解度， 比如说在室温时(15℃)每100毫升溶剂能溶解纯 晶甲10克，溶解乙2克，若此粗制品在100毫升 热溶剂中已能全部溶解。那么待冷至室温，坶液中 含有纯品甲10克，乙2克，析出结晶中含有纯品 甲37.5克，乙0.5克。这样杂质的含量已相对地 减少了。若再将其溶解于80毫升的热溶剂中。待 冷至室温，母液中含有纯品甲8克及乙0.5克而析 出的结晶为纯品甲29.5克。若将第二次母液蒸千， 残渣再用20毫升溶剂重结晶，这时母液中含有纯 品甲2克，乙0.4克，而析出的结晶中含纯品甲6 克，乙0.1克。再用6毫升溶剂重结晶一次，可得 到纯品甲5.4克。连前共得纯品甲34.9克。
因为
一方面由于乙醚的易燃性，用起来应特别小心； 另一方面乙醚易沿瓶壁挥发而被溶物质析出于瓶壁上，以致影 响结晶的纯度。
在选择溶剂时必须考虑到被溶解物质的结构，因为溶质往往易溶于 与其结构近似的溶剂中。极性物质较易溶于极性溶剂，而难溶于非 极性溶剂，这种溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。例如 欲纯化的物质是非极性的化合物。试验巳知其在异丙醇中的溶解度 太小，不合于做溶剂之用，则一般不必再试验极性更强的溶剂，如 甲醇、水，而相反地应试验极性较小的溶剂。当然，溶剂最终选择， 只能用实验方法来决定。 若不能选择出一种单一的溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。混 合溶剂一般现两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种较易溶 解待结晶的物质，另一种较难溶解。一般常用的混合溶剂有乙醇与 水，乙醇与乙醚，乙醇与丙酮，乙醇与氯仿，二氧六环与水。乙醚 与石油醚等。
弗拉格(Flagg)把有机沉淀剂分成下列两类：
一类是能够生成正盐的，例如DMC，8－羟基喹啉。 另一类是吸附类型的，象丹宁这样的少数沉淀剂就属这 一类，它们的化学计量反应是写不出来。
弗拉格还对大约20种常用的有机沉淀进行了详尽 的讨论。
在梅特斯的手册中还有一个很好的概述，它包括元素表、沉淀剂 表、均相沉淀表以及主要的干扰离子表。 评价 沉淀分离法的优点和缺点列于表2。 表2 沉淀分离法的优缺点
3、该溶剂对可能存在的杂质溶解度甚大，能 把杂质留在母液中。不随或少随晶体一同析出。 或对杂质溶解度极小，很少溶于热溶剂中。 4、溶剂的沸点不宜太高，以免该溶剂附着于 晶体表而不易除尽。
常用的溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯 仿、冰醋酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚等。 此外，甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚 砜也常应用。后两种溶剂的溶解大，当难找到其它溶剂 时。也可试用。但往往不易从溶剂中析出结晶，且沸点 较高，晶体上吸附的溶剂不易除去，为其缺点。 乙醚虽常应用，但是若有更好的溶剂时，最好不用乙醚，
§3. 溶剂的选择
在结晶法中选择一适宜的溶剂是非常重要的， 否则，达不到纯化的目的。或虽获得纯品但是 产率甚低。适宜的溶剂应符合下列条件：
1、该溶剂不与欲化的物质发生化学反应。例如脂 肪族卤代烃类不宜用来作碱性化合物重结晶的溶剂。 醇类不宜作为酯类重结晶的溶剂，也不宜作为氨基 酸盐重结晶的溶剂。 2、该溶剂对欲纯化物在热时具有较大的溶解能力， 而在较低温度时溶解能力大大减小。
从过饱和度高的溶液中形成的沉淀是由小颗粒组成， 常常是凝聚状，很难处理，并有严重的污染。 而在过饱和度低的溶液中形成的沉淀通常不是这样的。 小颗粒与大颗粒相比，单位重量所具有的表面积要大 得多。因此，小颗粒对外来离子的吸附亦将更大，这 就是小颗粒沉淀被某些杂质污染的原因。 通常对结晶机理的研究可得到更多的资料。
晶体形成的机理
结晶是由晶核形成与晶体生长这两步组成的， 成核之前，称为聚集体的离子群不断地形成和 溶解。这些聚集体的少于100个离子。在结晶 之前能够存在的最大的聚集体称为临界聚集体， 再多加一个离子或分子上去便生成晶核。离子 的进一步加入叫做生长。
这个过程示于图1。该图是以离子数目的量度(电导率) 对时间作图。图上指出了(成核与生长)两步过程。
采用外加络合剂(掩蔽剂)或者调节pH的方法也可得到满意的结果。
由于共沉淀和后沉淀亦会引起相当大的污染。因此，沉淀法不能象理 论上所预言的那样作为一种好的分离方法。
过饱和
为了产生沉淀，溶液中的离子乘积要超过Ksp，有时要大大的超 过。为了表示这个超过的量，我们需要定义一个过饱和度，它的 含义是非平衡离子浓度U与平衡溶解度S之间的差值：
1。某粗制品甲50克，内含5％杂质乙，即 50克内含纯品甲47.5克。乙2.5克。若乙的 溶解度大于纯品甲的溶解度，比如说：在室温 时(15℃)每个100毫升溶剂能溶解乙10克， 溶解纯品甲3克。将此粗制品溶解于200毫升 的热溶剂中，待冷至室温，母液中含有纯甲6 克及全部乙2.5克，再将母液蒸干，残渣再用 40毫升溶剂重结晶，这时又可得到纯品甲 4.8克，两次合并纯品甲 46.3克。
如发觉其纯度不符合要求时，则再用溶剂重复上述 操作直至熔点不再改变。但是必须注意到，当杂质 过多时，要影响速度，有时甚至妨碍结晶的生成， 致使产量降低。所以在结晶之前一般先用其他方法 精制。如减压蒸馏，水蒸汽蒸馏，萃取以及色谱分 离等。达到一定纯度后，再用结晶法精制。 若所选择的溶剂只溶解被纯化物质，不溶解杂质， 因此通过结晶法能把杂质除去，是很容易理解的。 但事实上并不一定能选择出这样理想的溶剂，往往 溶剂中也能溶解一定量的杂质，举两例说明结晶的 基本原理。
因为均相沉淀具有许多优点，它已成为一种更为可取的沉淀分离法： 一些实例 大多数简单的无机沉淀物，其选择性不好，因此受到了限制。表3列出了几 种最常见的无机沉淀物，并指出了有几种阴离子是可用沉淀法分离的。 表1 常见的无机沉淀物
有机沉淀剂的选择性要好得多。因此通常为人们所 优先选用。最有名的大概就是二甲基乙二肟(wo) (DMC)，它是镍的特征试剂。
式中Mb+是金属离子，Xa-是沉淀剂。通常体系会达到 平衡。平衡常数以留在溶液中的离子浓度的乘积表表 示，通常叫做溶度积或离子积Ksp。
为了使金属离子沉淀得更加完全，根据同离子效应。常常加入过量的 沉淀剂。为了达到有效的分离，待分离的金属离子的Ksp应为10-4或 更小。而其他离子仍然保持可溶性。在大多数定量分析的教科书中可 查到这些平衡常数表。 为了用沉淀法进行有效的分离，必须使用对待分离物质是特征的沉淀 剂(亦即只能沉淀一种离子)。否则，几种离子的相对Ksp值必须有足够 大的差别，以使一种离子(最难溶的一种)被沉淀，而其余的仍留在溶 液中。
第四章 沉淀法和结晶、区域熔炼和晶体生长
沉淀法、结晶的基本原理；溶剂的选择；热 溶液的制备及热过滤；结晶析出及滤集；小 量及微量物质的结晶；加热；试样的溶解或 分解。 区域熔炼；区域冷凝；区域沉淀；晶体生长。 重点：结晶和晶体生长。
第一节 沉淀法和结晶
§1. 沉淀法
沉淀法是分离的经典方法。当沉淀法与沉淀物重量的 称量相结合时，这种定量分析的方法叫做重量法。沉 淀剂加入到含有待分离金属离子的水溶液中。并按照 一般的反应与金属离子形成一种不溶性固体。
已污染的沉淀可用下列方法进行纯化，再沉 淀、煮解以及过滤时加以洗涤。
煮解是让沉淀可用保持接触的过程，通常是在升 温时进行的。这时，小颗粒溶解而硕大的颗粒生 长得更大，因而减少了表面杂质，吸留的杂质即 被释放出来。
为了防止胶溶作用，应该用电解质溶液来洗涤沉 淀。这种电解质必须是挥发性的。用少量多次洗 涤(萃取)比用总量相同的液体一次洗涤效果更好。
物质从溶液中结晶出来不是一种化学反应。但是，由于 结晶过程与沉淀之间的相似性。所以结晶也在这章叙述。
在沉淀过程中，是用加入沉淀剂来达到饱和的，
而在结晶过程中，则是用冷却溶液或蒸发一些溶剂来达 到过饱和的。在这种情况下进行的成核和生长过程都是 十分相似的。 在分析实验中，结晶法作为分离方法是用得不多的。结 晶主要用于纯化。
均相沉淀 对于某些沉淀反应来说，有可能在溶液中产生沉淀剂。这个方法 称为均相沉淀。该方法是在1937年由威拉德(H.H.Willard) 和唐宁康(N.K.Tang)首先提出的。以这样的方法产生沉淀剂时， 过饱和度可保持得非常低，因此能得到由大结晶组成的纯的沉淀 物。 可产生沉淀剂的有下述反应：
§4。热溶液的制备及热过滤
根据待结晶物质在选定溶剂时的溶解度制备热 溶液，切不可随便加溶剂。以至溶剂加得过多。 用有机溶剂时必须避免直火加热，而且安上冷 凝管以避免溶剂的挥发。一般如回流那样装置 （如图3）。
由此可见，杂质的溶解度大于欲纯化的物质。则纯 化容易，损失也小；同时也可看出，欲纯化的物质 若只少量杂质，无论杂质的溶解度比欲纯化物质的 溶解度大还是小。经过结晶后，精制物内杂质的相 对含量减低，而在母液内的杂质含量增高。此外不 要忽视从母液中回收产品的工作。 用结晶法纯化时也有例外情况发生，例如欲纯化物 质与其所含的少量杂质在冷热溶剂内的溶解度改变 的情况一致，结晶速度及最适宜的结晶温度也一致， 以致使重结晶不能达到纯化的目的。有完全相同的 关系。
表面吸附遵循潘聂斯一法扬斯(Paneth— Fajans)规则，被沉淀物强烈吸附的离子 是那些带有与沉淀相反的电荷，并能形成 不溶性(或难解离的)化合物的离子。这意 味着如果有同离子存在(通常是沉淀过程中 过量的一种离子)，它们将优先的吸附于沉 淀物表面上。通常。吸附是服从弗兰德里 希(Freundlich)等温线的。
但结晶是制备纯物质的有效方法之一，结品的目的在于 进一步分离纯化，便于进行鉴定及结构测定工作。
§2。结晶的基本原理
AgCl，1.7 SrSO4，10 BaSO4，32 PbCrO4，45
正如在化学反应中有一个活化能的势垒一样，在结晶之前存在着 一个需要克服的势垒，而过饱和度就是表示这个势垒的大小。
2。依前题若是纯品甲的溶解度大于乙的溶解度， 比如说在室温时(15℃)每100毫升溶剂能溶解纯 晶甲10克，溶解乙2克，若此粗制品在100毫升 热溶剂中已能全部溶解。那么待冷至室温，坶液中 含有纯品甲10克，乙2克，析出结晶中含有纯品 甲37.5克，乙0.5克。这样杂质的含量已相对地 减少了。若再将其溶解于80毫升的热溶剂中。待 冷至室温，母液中含有纯品甲8克及乙0.5克而析 出的结晶为纯品甲29.5克。若将第二次母液蒸千， 残渣再用20毫升溶剂重结晶，这时母液中含有纯 品甲2克，乙0.4克，而析出的结晶中含纯品甲6 克，乙0.1克。再用6毫升溶剂重结晶一次，可得 到纯品甲5.4克。连前共得纯品甲34.9克。
因为
一方面由于乙醚的易燃性，用起来应特别小心； 另一方面乙醚易沿瓶壁挥发而被溶物质析出于瓶壁上，以致影 响结晶的纯度。
在选择溶剂时必须考虑到被溶解物质的结构，因为溶质往往易溶于 与其结构近似的溶剂中。极性物质较易溶于极性溶剂，而难溶于非 极性溶剂，这种溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。例如 欲纯化的物质是非极性的化合物。试验巳知其在异丙醇中的溶解度 太小，不合于做溶剂之用，则一般不必再试验极性更强的溶剂，如 甲醇、水，而相反地应试验极性较小的溶剂。当然，溶剂最终选择， 只能用实验方法来决定。 若不能选择出一种单一的溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。混 合溶剂一般现两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种较易溶 解待结晶的物质，另一种较难溶解。一般常用的混合溶剂有乙醇与 水，乙醇与乙醚，乙醇与丙酮，乙醇与氯仿，二氧六环与水。乙醚 与石油醚等。
弗拉格(Flagg)把有机沉淀剂分成下列两类：
一类是能够生成正盐的，例如DMC，8－羟基喹啉。 另一类是吸附类型的，象丹宁这样的少数沉淀剂就属这 一类，它们的化学计量反应是写不出来。
弗拉格还对大约20种常用的有机沉淀进行了详尽 的讨论。
在梅特斯的手册中还有一个很好的概述，它包括元素表、沉淀剂 表、均相沉淀表以及主要的干扰离子表。 评价 沉淀分离法的优点和缺点列于表2。 表2 沉淀分离法的优缺点
3、该溶剂对可能存在的杂质溶解度甚大，能 把杂质留在母液中。不随或少随晶体一同析出。 或对杂质溶解度极小，很少溶于热溶剂中。 4、溶剂的沸点不宜太高，以免该溶剂附着于 晶体表而不易除尽。
常用的溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯 仿、冰醋酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚等。 此外，甲苯、硝基甲烷、乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚 砜也常应用。后两种溶剂的溶解大，当难找到其它溶剂 时。也可试用。但往往不易从溶剂中析出结晶，且沸点 较高，晶体上吸附的溶剂不易除去，为其缺点。 乙醚虽常应用，但是若有更好的溶剂时，最好不用乙醚，
§3. 溶剂的选择
在结晶法中选择一适宜的溶剂是非常重要的， 否则，达不到纯化的目的。或虽获得纯品但是 产率甚低。适宜的溶剂应符合下列条件：
1、该溶剂不与欲化的物质发生化学反应。例如脂 肪族卤代烃类不宜用来作碱性化合物重结晶的溶剂。 醇类不宜作为酯类重结晶的溶剂，也不宜作为氨基 酸盐重结晶的溶剂。 2、该溶剂对欲纯化物在热时具有较大的溶解能力， 而在较低温度时溶解能力大大减小。
从过饱和度高的溶液中形成的沉淀是由小颗粒组成， 常常是凝聚状，很难处理，并有严重的污染。 而在过饱和度低的溶液中形成的沉淀通常不是这样的。 小颗粒与大颗粒相比，单位重量所具有的表面积要大 得多。因此，小颗粒对外来离子的吸附亦将更大，这 就是小颗粒沉淀被某些杂质污染的原因。 通常对结晶机理的研究可得到更多的资料。
晶体形成的机理
结晶是由晶核形成与晶体生长这两步组成的， 成核之前，称为聚集体的离子群不断地形成和 溶解。这些聚集体的少于100个离子。在结晶 之前能够存在的最大的聚集体称为临界聚集体， 再多加一个离子或分子上去便生成晶核。离子 的进一步加入叫做生长。
这个过程示于图1。该图是以离子数目的量度(电导率) 对时间作图。图上指出了(成核与生长)两步过程。
采用外加络合剂(掩蔽剂)或者调节pH的方法也可得到满意的结果。
由于共沉淀和后沉淀亦会引起相当大的污染。因此，沉淀法不能象理 论上所预言的那样作为一种好的分离方法。
过饱和
为了产生沉淀，溶液中的离子乘积要超过Ksp，有时要大大的超 过。为了表示这个超过的量，我们需要定义一个过饱和度，它的 含义是非平衡离子浓度U与平衡溶解度S之间的差值：
1。某粗制品甲50克，内含5％杂质乙，即 50克内含纯品甲47.5克。乙2.5克。若乙的 溶解度大于纯品甲的溶解度，比如说：在室温 时(15℃)每个100毫升溶剂能溶解乙10克， 溶解纯品甲3克。将此粗制品溶解于200毫升 的热溶剂中，待冷至室温，母液中含有纯甲6 克及全部乙2.5克，再将母液蒸干，残渣再用 40毫升溶剂重结晶，这时又可得到纯品甲 4.8克，两次合并纯品甲 46.3克。
如发觉其纯度不符合要求时，则再用溶剂重复上述 操作直至熔点不再改变。但是必须注意到，当杂质 过多时，要影响速度，有时甚至妨碍结晶的生成， 致使产量降低。所以在结晶之前一般先用其他方法 精制。如减压蒸馏，水蒸汽蒸馏，萃取以及色谱分 离等。达到一定纯度后，再用结晶法精制。 若所选择的溶剂只溶解被纯化物质，不溶解杂质， 因此通过结晶法能把杂质除去，是很容易理解的。 但事实上并不一定能选择出这样理想的溶剂，往往 溶剂中也能溶解一定量的杂质，举两例说明结晶的 基本原理。
因为均相沉淀具有许多优点，它已成为一种更为可取的沉淀分离法： 一些实例 大多数简单的无机沉淀物，其选择性不好，因此受到了限制。表3列出了几 种最常见的无机沉淀物，并指出了有几种阴离子是可用沉淀法分离的。 表1 常见的无机沉淀物
有机沉淀剂的选择性要好得多。因此通常为人们所 优先选用。最有名的大概就是二甲基乙二肟(wo) (DMC)，它是镍的特征试剂。
式中Mb+是金属离子，Xa-是沉淀剂。通常体系会达到 平衡。平衡常数以留在溶液中的离子浓度的乘积表表 示，通常叫做溶度积或离子积Ksp。
为了使金属离子沉淀得更加完全，根据同离子效应。常常加入过量的 沉淀剂。为了达到有效的分离，待分离的金属离子的Ksp应为10-4或 更小。而其他离子仍然保持可溶性。在大多数定量分析的教科书中可 查到这些平衡常数表。 为了用沉淀法进行有效的分离，必须使用对待分离物质是特征的沉淀 剂(亦即只能沉淀一种离子)。否则，几种离子的相对Ksp值必须有足够 大的差别，以使一种离子(最难溶的一种)被沉淀，而其余的仍留在溶 液中。
第四章 沉淀法和结晶、区域熔炼和晶体生长
沉淀法、结晶的基本原理；溶剂的选择；热 溶液的制备及热过滤；结晶析出及滤集；小 量及微量物质的结晶；加热；试样的溶解或 分解。 区域熔炼；区域冷凝；区域沉淀；晶体生长。 重点：结晶和晶体生长。
第一节 沉淀法和结晶
§1. 沉淀法
沉淀法是分离的经典方法。当沉淀法与沉淀物重量的 称量相结合时，这种定量分析的方法叫做重量法。沉 淀剂加入到含有待分离金属离子的水溶液中。并按照 一般的反应与金属离子形成一种不溶性固体。
已污染的沉淀可用下列方法进行纯化，再沉 淀、煮解以及过滤时加以洗涤。
煮解是让沉淀可用保持接触的过程，通常是在升 温时进行的。这时，小颗粒溶解而硕大的颗粒生 长得更大，因而减少了表面杂质，吸留的杂质即 被释放出来。
为了防止胶溶作用，应该用电解质溶液来洗涤沉 淀。这种电解质必须是挥发性的。用少量多次洗 涤(萃取)比用总量相同的液体一次洗涤效果更好。
物质从溶液中结晶出来不是一种化学反应。但是，由于 结晶过程与沉淀之间的相似性。所以结晶也在这章叙述。
在沉淀过程中，是用加入沉淀剂来达到饱和的，
而在结晶过程中，则是用冷却溶液或蒸发一些溶剂来达 到过饱和的。在这种情况下进行的成核和生长过程都是 十分相似的。 在分析实验中，结晶法作为分离方法是用得不多的。结 晶主要用于纯化。
均相沉淀 对于某些沉淀反应来说，有可能在溶液中产生沉淀剂。这个方法 称为均相沉淀。该方法是在1937年由威拉德(H.H.Willard) 和唐宁康(N.K.Tang)首先提出的。以这样的方法产生沉淀剂时， 过饱和度可保持得非常低，因此能得到由大结晶组成的纯的沉淀 物。 可产生沉淀剂的有下述反应：
§4。热溶液的制备及热过滤
根据待结晶物质在选定溶剂时的溶解度制备热 溶液，切不可随便加溶剂。以至溶剂加得过多。 用有机溶剂时必须避免直火加热，而且安上冷 凝管以避免溶剂的挥发。一般如回流那样装置 （如图3）。
由此可见，杂质的溶解度大于欲纯化的物质。则纯 化容易，损失也小；同时也可看出，欲纯化的物质 若只少量杂质，无论杂质的溶解度比欲纯化物质的 溶解度大还是小。经过结晶后，精制物内杂质的相 对含量减低，而在母液内的杂质含量增高。此外不 要忽视从母液中回收产品的工作。 用结晶法纯化时也有例外情况发生，例如欲纯化物 质与其所含的少量杂质在冷热溶剂内的溶解度改变 的情况一致，结晶速度及最适宜的结晶温度也一致， 以致使重结晶不能达到纯化的目的。有完全相同的 关系。
表面吸附遵循潘聂斯一法扬斯(Paneth— Fajans)规则，被沉淀物强烈吸附的离子 是那些带有与沉淀相反的电荷，并能形成 不溶性(或难解离的)化合物的离子。这意 味着如果有同离子存在(通常是沉淀过程中 过量的一种离子)，它们将优先的吸附于沉 淀物表面上。通常。吸附是服从弗兰德里 希(Freundlich)等温线的。
但结晶是制备纯物质的有效方法之一，结品的目的在于 进一步分离纯化，便于进行鉴定及结构测定工作。
§2。结晶的基本原理