凝胶法制备酒石酸钙单晶体

凝胶法制备酒石酸钙单晶体张雪东（辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029）摘要:用高溶解度的酒石酸钙和氯化钙生成难容的酒石酸钙沉淀,再利用硅凝胶控制成核速度,得到无色透明的酒石酸钙单晶体.凝胶法生长单晶体也称为化学反应法生长单晶体.凝胶法生长单晶体的对象是在溶液中易沉淀的物质,Ksp值小.凝胶是常见分散体系的一种,分散体系相互连接形成网状结构,分散介质填充于其间,形成凝胶的必要条件是分散相有足够的浓度.当改变阴阳离子浓度,使离子积小于溶度积时,物质不沉淀.利用硅凝胶可控制成核速度,得到无色透明的酒石酸钙单晶体,采用红外光谱对晶体的晶相、形貌、化学组成和热稳定性进行了分析.结果表明,采用稀释法或控制成核速度的方法控制阴阳离子浓度,使离子积小于溶度积时,物质不易沉淀.关键词:凝胶法;酒石酸钙;单晶体;成核速度;高溶解度凝胶法生长单晶体也称为化学反应法生长单晶体.凝胶法生长单晶体的对象是在溶液中易沉淀的物质,Ksp值小.凝胶是常见分散体系的一种,分散体系相互连接形成网状结构,分散介质填充于其间,形成凝胶的必要条件是分散相有足够的浓度.当改变阴阳离子浓度,使离子积小于溶度积时,物质不沉淀.可以采用稀释法或控制成核速度的方法达到控制阴阳离子浓度的目的,避免沉淀生成.酒石酸钙的溶度积Ksp=4.09×10-6,当采用高溶解度的酒石酸和氯化钙反应即生成难溶的酸石酸钙沉淀:H2C4H4O6+CaCl2→CaC4H4O6(s)+2HCl利用硅凝胶可控制成核速度,得到无色透明的酒石酸钙单晶体。1.实验部分1.1实验试剂与仪器试剂：酒石酸；氯化钙；浓盐酸；硅酸钠；pH试纸；滤纸。（所有药品均为分析纯仪器：红外光谱仪；电子天平；单晶管；U型管；小烧杯；滴管；玻璃棒；容量瓶；表面皿.；pH试纸；滤纸.。1.2实验步骤称取224g硅酸钠于1000mL杯中,加入500mL水溶解。用小烧杯每次取约10mL溶液进行下面操作。用1mol·L-1HCl调节溶液的pH值至4-5,反复实验后得到透明凝胶,装入U型管备用。分别配置0.1moL·L-1和0.2moL·L-1的酒石酸和氯化钙溶液装在U型管两侧管中，观察酒石酸钙的生长速度。2实验结果与讨论2.1实验数据表1化合物的晶体学数据1分子式Ca(C2O3)2·4H2O分子量1035.896晶系,空间群单斜,C2/ca,b,c/nm0.624,0.823,1.043α,β,γ/°94.874,105.970,107.562V/nm3,Z2.4276(10),4T/K298(2)Dc/g·cm-30.482FinalRindices[I＞2σ(I)]R1=0.0281,wR2=0.0709Rindices(alldata)R1=0.0326,wR2=0.0751F(000)272Goodness-of-fitonF21.068Largestdiff.peakandhole(103e·nm-3)0.263,-0.197表2化合物的部分键长(nm)和键角(°)键长∕Å键长∕Å键长∕ÅCa1—O5#12.4033(14)O1—C11.257(2)O5—Ca1#22.4033(14)Ca1—O12.4060(14)O2—C11.252(2)O6—C41.255(2)Ca1—O1W2.4219(15)O3—C21.423(2)C1—C21.526(2)Ca1—O4W2.4419(16)O3—H3D0.829(10)C2—C31.541(3)Ca1—O2W2.4483(15)O4—C31.412(2)C2—H2A0.9800Ca1—O3W2.4769(15)O4—Ca1#22.4781(13)C3—C41.528(2)Ca1—O4#12.4781(13)O4—H4D0.826(10)C3—H3A0.9800Ca1—O32.5268(14)O5—C41.255(2)C4—Ca1#23.2398(19)Ca1—C4#13.2398(19)键角/°键角/°键角/°O5#1—Ca1—O193.03(5)O1W—Ca1—O3W126.20(6)O4W—Ca1—O378.77(5)O5#1—Ca1—O1W79.38(5)O4W—Ca1—O3W74.59(5)O2W—Ca1—O3139.73(5)O1—Ca1—O1W135.68(5)O2W—Ca1—O3W75.82(6)O3W—Ca1—O3142.97(5)O5#1—Ca1—O4W149.26(5)O5#1—Ca1—O4#164.94(4)O4#1—Ca1—O3118.52(5)O1—Ca1—O4W86.59(5)O1—Ca1—O4#174.87(5)O5#1—Ca1—C4#119.30(4)O1W—Ca1—O4W79.58(6)O1W—Ca1—O4#1135.24(5)O1—Ca1—C4#180.69(5)O5#1—Ca1—O2W80.27(5)O4W—Ca1—O4#1143.10(5)O1W—Ca1—C4#198.58(5)O1—Ca1—O2W148.76(5)O2W—Ca1—O4#174.67(5)O4W—Ca1—C4#1159.68(5)O1W—Ca1—O2W73.38(5)O3W—Ca1—O4#173.50(5)O2W—Ca1—C4#183.83(5)O4W—Ca1—O2W114.48(5)O5#1—Ca1—O373.57(5)O3W—Ca1—C4#1120.64(5)O5#1—Ca1—O3W136.16(5)O1—Ca1—O363.93(4)O4#1—Ca1—C4#147.30(4)O1—Ca1—O3W89.04(5)O1W—Ca1—O372.11(5)O3—Ca1—C4#181.42(5)2.2结构图2.3讨论在实验中应注意一些实验操作过程,使实验获得更高的产率,实验中注意如下几点:第一,制备硅凝胶时,一定控制好pH值,如果pH过高,也能形成凝胶,但是不透明,主要是硅酸钠的取聚合体.若pH值过低,不易形成凝胶或需要很长的时间才能凝固.第二,用过的烧杯要及时清洗干净,否则易被强碱性的硅酸钠腐蚀.第三,在滴加酸的过程中,一定边加酸边搅拌,在溶液粘度稍增大时,即停止加入酸,立即将凝胶转入U型管中,静置片刻后即成无色透明的硅凝胶.第四,配制不同浓度的酒石酸溶液和氯化钙溶液,分别倒入U形管两侧,并一定要封好U形管两侧的管口,然后静置.3结论3.1注意事项1.制备硅凝胶时，一定控制好pH值，如果pH过高，也能形成凝胶，但是不透明，主要是硅酸钠的取聚合体。项pH值过低，不易形成凝胶或需要很长的时间才能凝固。2.用过的烧杯要及时清洗干净，否则易被强碱性的硅酸钠腐蚀。3.在滴加酸的过程中，一定边加酸边搅拌，在溶液粘度稍增大时，即停止加入酸，立即将凝胶转入U型管中，静置片刻后即成无色透明的硅凝胶。4.配制不同浓度的酒石酸溶液和氯化钙溶液,分别倒入U形管两侧,并一定要封好U形管两侧的管口,然后静置。3.2讨论以酒石酸溶液和氯化钙溶液用凝胶法制备酒石酸钙单晶体,稀释法或控制成核速度的方法控制阴阳离子浓度,使离子积小于溶度积时,物质不易沉淀,可以清楚的观察到晶体的形成过程,掌握凝胶法生长难溶物质的基本操作.并对引用凝胶法即控制成核速度的方法有了深刻的理解,对本实验原理的学习有助于今后的实验的操作.自我评价：在制备过程中，关键在于PH的调节，使在接近终点的过程中PH的变化较缓慢，很好的控制了PH值值得了透明的硅凝胶。4.参考文献[1]天明原，施而畏，仲维卓，等，无机材料学报，1998.12（2）；130[2]周震，阎杰，王先友，等。化学通报，1998，（4）；23.[3]