成核过程
成核作用是这样一种过程:在一种亚稳定的母相中,生成一种新的稳定相的最初小聚集体(能自发发展的稳定相的大的聚集体)一晶核。这种成核情况有如下的解释:溶液并非绝对均匀的,不同的部分所含溶质浓度并不一致,从而引起分子的聚集(晶体的萌芽)。分子的聚集与周围溶剂处于一种动态平衡,即聚集体的继续形成和溶解之间的平衡。当环境条件使聚集体成长到一定大小时,就成为晶核。实验证明硫酸钡的临界晶核毎单元粒子含有四个钡离子和四个硫酸离子。
过饱和比
为了促起成核作用,需要溶液过饱和,就是溶液中所含溶解盐的量比溶度积所示的更大。成核作用随着过饱和度的增大而迅速增长。过饱和程度可用过饱和比(S.R.)来表示:
S.R.=(Kss0/Ksp0)1/2 (3-17)
式中Kss0和Ksp0分别代表过饱和状态时和饱和状态时的离子活度积。当S.R.很小时,只有少数核形成,所以溶液十分稳定,沉淀往往需要数日或数月。随着S.R.的增大,溶液的稳定度降低,最后到临界S.R.时,就自发形成结晶状的粒子。杂质在成核作用中起着重要的作用,特别是类质同晶型的杂质能导致在一较低的S.R.值时成核。
温度和溶解度也影响临界S.R.值。硫酸钡的S.R.值随温度的升高而降低,可能是由于每单位浓度的聚集体的碰撞次数增多。比硫酸钡易溶的硫酸盐(如硫酸锶和硫酸铅),其临界S.R.值比硫酸钡的要低相当多,这可能是由于增大的浓度引出更多的碰撞和较大的聚集体。
成核过程与沉淀性质和纯度的关系
如果进行沉淀的条件适合于很快生成大量品核,则沉淀迅速,单个粒子很小。反之,如果沉淀是在形成少数晶核的情况下进行,则沉淀缓慢,晶体较大,过滤和洗涤较易,而且纯度较高。所以,控制成核过程在化学分析中是很有意义的。