结晶的相关概念

结晶是固体物质以晶体状入态从蒸气、溶液或熔融物中析出的过程，在工业生产中主要用于实现混合物的分离。结晶是一个重要的化工单元操作。本文讲一下与结晶相关的几个基本概念：

一、晶体：晶体是内部结构中的溶质元素(分子、原子或离子)作三维有序排列的固态物质，化学组成和物理性质均一。晶体的溶质元素按一定的几何规则排列，由此形成的小单元称为晶格。

二、晶系和晶习

晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的单一晶系，或为两种晶系的混合物。例如，熔融的硝酸铵在冷却过程中可由立方晶系变成斜棱晶系、长方晶系等。
微观粒子的规则排列可以按不同方向发展，即各晶面以不同的速率生长，从而形成不同外形的晶体，这种习性以及终形成的晶体外形称为晶习。

同一晶系的晶体在不同结晶条件下的晶习不同，改变结晶温度、溶剂种类、pH以及少量杂质或添加剂的存在往往因改变晶习而得到不同的晶体外形。例如，因结晶温度不同，碘化汞的晶体可以是黄色或红色；NaCl 从纯水溶液中结晶时为立方晶体，但若水溶液中含有少许尿素，则NaCl形成八面体的结晶。此外，若物质结晶时有水合作用，结晶水的含量不仅影响晶体的形状，也影响晶体的性质。如无水硫酸铜在240℃以上结晶时，是白色的三棱形针状晶体，但在常温下结晶时，则是含5个结晶水的大颗粒蓝色晶体水合物。

控制结晶操作的条件以改善晶习，获得理想的晶体外形，是结晶操作区别于其他分离操作的重要特点。

三、晶核
溶质从溶液中结晶出来，首先要产生微观的晶粒作为结晶的核心，这个核心称为晶核。因此，晶核是过饱和溶液中初始生成的微小晶体粒子，是晶体生长过程中必不可少的核心。

四、晶浆和母液
溶液在结晶器中结晶出来的晶体和剩余的溶液构成的悬混物称为晶浆，去除晶体后所剩的溶液称为母液。通常只有同类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，但含有杂质的母液会以表面黏附或晶间包藏的方夹带在固体产品中，因此，工业上通常在对晶浆进行固液分离以后，再用适当的溶剂对固体进行洗涤，以尽量除去杂质，得到纯度高的晶体。但是结晶过程是复杂的，有时会出现晶体大小不一，形状各异，甚至形成晶簇等现象，因此附着在晶体表面及空隙中的母液难以完全除去，有时需要重结晶，否则将直接影响产品质量。