浅谈无机化学实验 - 溶解与蒸发结晶过程中玻璃棒搅拌的方向

浅谈无机化学实验——溶解与蒸发结晶过程中玻璃棒

搅拌的方向

在中学化学实验中，经常会遇到溶解固体物质的情况，而搅拌是其中重要的一个环节。为了加速溶解和某些蒸发结晶过程必然会用到玻璃棒搅拌，重点体现在粗盐提纯这一实验中。但在溶解或蒸发过程中玻璃棒的搅拌方向究竟是顺时针还是逆时针，还是没有影响，随个人习惯？关于这方面问题大概很少有人在意过。也许有人认为只要溶解与蒸发两个过程搅拌的方向相反即可。那么搅拌的方向对上述两个过程的快慢是否有影响呢？

我们看看这样一道模拟题，出现在2011年哈尔滨市道外区模拟试题上

答案:（1）Fe、Cu ; HCl、FeCl2

（2）B、C顺序反了，B中漏斗下端尖嘴没有紧靠烧杯内壁。

无独有偶，在2010年哈尔滨市第一次模拟考试

题中，同样出现了与此题相同的操作。

根据图中方案，虽搅拌方向未成为正式的考点出现在题目当中，但溶解过程逆时针搅拌，蒸发时是顺时针搅拌，却在图中有明确的体现，而且对学生来说要严格遵守切记不可以混淆。由于该题是识图题，图中任何一个细节都是学生应该注意的。这种说法让学生和老师感到困惑，但初高中的课本中从来未提及这样的知识，既然题目中这样设说明搅拌的方向一定对溶解和蒸发结晶过程有影响。

利用现有的知识，我们可以解释通过搅拌，溶解后的体系熵会增大，有利于固体溶解和晶体析出。稀释浓硫酸时是为了散去热量，防止沸腾。蒸发结晶过程搅拌是为了防止爆沸，提高产率。而对搅拌方向应该是很少有人注意。

为了解决初中化学试题给师生带来的困惑，笔者通过认真地查找资料，实验对比找到了相关的解释。

关于晶体的溶解

已形成的晶体如果处于不饱和溶液中，便会发生溶解，由于晶楞和顶角处的质点具有比较大的自由能，而且与未饱和的溶液接触机会多余其他部位，较易脱离晶体溶解于溶液中。故顶角和晶楞最先溶解，使晶体呈浑圆状。[1]

我想善于观察的读者一定会在实验和生活中发现这一规律，而刚才的论述也为这一现象提供了理论依据。

对于不同性质的晶面而言，生长最慢的晶面是溶解最快的。因为这类晶面的面网密度较大，面网间距也较大，面网内键力却较弱，因此溶解速度大，表现出不稳定的性质。[2]

通过上面的文字说明我们不难理解，晶面生长最慢处溶解最快。由此可以推想出蒸发结晶与之机理相反。也就是说溶解速度较快处，蒸发结晶时便较慢；反之，蒸发结晶较快处，溶解便较慢。

关于晶体的析出 晶体的螺旋状生长

在晶体生长的初期阶段，质点是按照层生长方式进行堆积的。随着质点的不断堆积，由于杂质的热应力分布不均匀，产生了内应力，当内应力积累到一定限度时，晶格便会沿着某层面网产生剪切位移，绘形成螺旋位错现象。产生了螺旋位错现象就会在晶体表面出现凹角。介质中的质点将优先在凹角处堆积，同时会形成三角凹角，并且三角凹角和二角凹角不会因为质点的堆积而消失，而是位置随质点的不断堆积呈现螺旋状上升，使晶面逐层旋转着向外推移，并且在晶面上形成螺旋状生长锥。[3]

螺旋位错生长机制也称非完整光滑界面生长机制。螺旋位错形成台阶源，可围绕螺型位错线形成螺旋状阶梯层层上升，按1→2→3→4→5顺序依次生长，1高于2，2高于3，最后

形成一螺旋线的锥形，由于螺旋位错的存在，晶面生长速率大大加快。[4]

按图中1→2→3→4→5的方向不难看出顺时针的方向，根据结晶方向为逆时针可以想象，用顺时针的搅拌方向可以促进浓度高的溶液补充到浓度低的溶

液处，从而加快了结晶速率；而溶解过程则是用逆时针的搅拌加快低浓度溶液补充高浓度溶液处，使溶解速率加快。

综合以上初中试题提供的相关资料以及笔者查找的佐证，笔者得出了初步的解释：也就是说顺时针方向搅拌能够促进物质溶解，加快溶解的速率，而逆时针方向搅拌可以加快蒸发结晶速率。在初中化学中，如果有爱钻研的学生和善于发现问题的教师，不妨可以这样和他们解释，作为一名在校的大一的学生，笔者经常翻看初高中的试题，利用所学的专业知识去解决一些疑惑，在这里笔者也建议初高中教师能多把教材和习题中出现的疑惑呈现出来，供有兴趣的学生去钻研。

【参考文献】

[1] 王萍、李国昌《结晶学教程》，页码21

[2] 王萍、李国昌《结晶学教程》，页码21 [3] 王萍、李国昌《结晶学教程》，页码17 [4] 陈 敬 中 编《现代结晶化学》，页码114

大庆师范学院 化学化工学院 宋洋

２０１１年１１月２１日

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