晶体化学指南
青晶雨篇

青晶雨

图源：迷路的野指针

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项目概览：
  • 难度等级：★★★☆☆ (高级)
  • 制备周期：3-4小时
  • 成功率：60%
  • 推荐人群：有化学实验经验者
  • 推荐指数：★★☆☆☆ (不推荐)
所需材料：
  • 硫酸钴 (CoSO₄·7H₂O)
  • 仲钼酸铵 [(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O]
  • 过硫酸钾 (K₂S₂O₈)
  • 蒸馏水
  • 50mL烧杯、100mL烧杯
  • 表面皿、西林瓶/螺口瓶
  • 电子秤、磁力搅拌器/玻璃棒
  • 过滤装置

一、基础认识

1.1 化学特性

化学式：(NH₄)₃H₆[CoMo₆O₂₄]·xH₂O

系统名称
六钼酸合钴(III)酸铵
外观特征
青色至蓝绿色晶体，在溶液中形成悬浮晶雨
配合物类型
杂多酸配合物，Anderson型结构
稳定性
晶体不稳定，久置会失去折光性且易变白

1.2 结构特点

Anderson结构
中心Co³⁺被6个MoO₆八面体包围
形成[CoMo₆O₂₄]³⁻阴离子簇
铵离子作为抗衡离子
晶体特性
青色晶体，在水中溶解度适中
颜色成因
Co³⁺(d⁶)在八面体场中的d-d电子跃迁
钼酸根配体的电荷转移跃迁
综合呈现青色

重要提示

  • 不推荐实验：此晶体不稳定，久置会失去折光性且易变白，综合体验感较差
  • 毒性警告：钼为重金属元素，对人体及生物有害
  • 废液处理：必须进行无毒化处理后才能排入生活用水

二、实验与制备

2.1 实验步骤

💡 青晶雨制备法

材料：硫酸钴、仲钼酸铵、过硫酸钾、蒸馏水、烧杯、表面皿、西林瓶

步骤一：配制硫酸钴溶液
称取2.8g硫酸钴于50mL烧杯中，加入20mL水后搅拌半分钟
硫酸钴溶液呈玫瑰红色
步骤二：配制仲钼酸铵溶液
称取12.4g仲钼酸铵于另一50mL烧杯中，加30mL水后搅拌半分钟
仲钼酸铵溶液为无色或淡黄色
步骤三：混合溶液
将两烧杯中溶液倒入100mL烧杯中混合，此时溶液呈暗红色
持续加热并充分搅拌
步骤四：加入过硫酸钾
当烧杯中溶质基本完全溶解时，向其中加入2g过硫酸钾
不断搅拌至溶液沸腾，沸腾3-5分钟
步骤五：过滤与冷却
溶液沸腾3-5分钟后趁热过滤，滤液静置1-2小时至冷却室温
冷却后大量绿色晶体析出
步骤六：二次处理
对原先滤液再次过滤，取滤渣于100mL烧杯中
向其中加入80mL水
步骤七：装瓶保存
将烧杯中的溶液倒入西林瓶中，盖紧瓶盖
成品即为"青晶雨"
步骤八：清理工作
将所有仪器洗净并收好，清理桌面，完成实验
特别注意含钼废液的处理，必须进行无害化处理

2.2 反应原理

反应方程式
14CoSO₄ + 12(NH₄)₆Mo₇O₂₄ + 7K₂S₂O₈ + 48H₂O →
15(NH₄)₂SO₄ + 7K₂SO₄ + 6H₂SO₄ + 14(NH₄)₃H₆[CoMo₆O₂₄]
氧化过程
过硫酸钾将Co²⁺氧化为Co³⁺，形成稳定的杂多酸配合物
配位过程
Co³⁺与钼酸根配体形成Anderson型杂多酸阴离子

2.3 实验注意事项

加热控制
加热至沸腾即可，避免过度加热导致分解
过滤时机
必须趁热过滤，冷却后过滤困难
结晶控制
静置冷却时间不宜过长，1-2小时为宜

三、安全与注意事项

3.1 重金属毒性警告

  • 钼的毒性：钼为重金属元素，对人体及生物有害
  • 钴的毒性：钴化合物有一定毒性，避免接触
  • 全程防护：实验必须全程戴好防护手套、护目镜和实验服
  • 通风要求：必须在通风良好或通风橱内进行操作

3.2 废液处理

  • 专门收集：所有含钼、钴废液必须专门收集，不可倒入普通下水道
  • 无害化处理：废液需进行化学处理（如沉淀、吸附）后，交由专业机构处理
  • 生活用水排放：必须进行无毒处理后排入生活用水
  • 容器清洗：接触过钼盐、钴盐的容器需用稀酸清洗后再用水冲洗

3.3 应急处理

皮肤接触
立即用大量清水冲洗15分钟，如有不适及时就医
眼睛接触
立即用流动清水冲洗15分钟，并立即就医
误食处理
立即漱口，饮用牛奶或蛋清，并立即就医
泄漏处理
用沙土或专用吸附剂覆盖，收集后按危险废物处理

五、问题诊断与解决

常见问题排查

问题一：晶体颜色不正

  • 可能原因：氧化不完全、杂质影响、pH不当
  • 解决方案：确保过硫酸钾添加充分、使用纯试剂、控制反应条件

问题二：晶体析出量少

  • 可能原因：浓度不足、冷却过快、过滤不当
  • 解决方案：确保溶液浓度、控制冷却速度、正确过滤

问题三：晶体迅速变白

  • 可能原因：晶体不稳定、光照影响、杂质催化
  • 解决方案：这是本晶体的固有缺陷，无有效解决方法

问题四：溶液浑浊

  • 可能原因：过滤不彻底、杂质污染
  • 解决方案：重新过滤溶液，确保容器洁净

六、科学原理

6.1 杂多酸化学

Anderson结构
[CoMo₆O₂₄]³⁻为Anderson型杂多酸阴离子，中心Co³⁺被6个MoO₆八面体包围
氧化还原
过硫酸钾将Co²⁺氧化为Co³⁺，形成稳定的高价态配合物
配位化学
Co³⁺与钼酸根形成稳定的杂多酸配合物，铵离子作为抗衡离子

6.2 颜色与稳定性

颜色成因
Co³⁺的d-d跃迁与配体到金属的电荷转移跃迁共同作用
不稳定性
Anderson型杂多酸在溶液中可能发生分解或结构变化
光敏性
可能对光敏感，导致颜色褪去或结构变化

七、应用与展示

7.1 展示建议

短期观赏
制备后可短时间内作为观赏品，展现杂多酸晶体的独特色彩
科学演示
可用于演示杂多酸化学、氧化还原反应和配位化学
摄影素材
青绿色晶体在溶液中悬浮的独特效果，是极佳的摄影素材

展示限制

由于晶体稳定性差，不建议作为长期观赏工艺品。装瓶后的西林瓶/螺口瓶应小心保管以防破裂，且需明确标注制备日期和有效期。

八、保存与维护

8.1 保存方法

短期保存
密封保存于西林瓶中，避免光照和温度变化
避光存放
严格避光保存，光照会加速晶体变质
温度稳定
存放在温度稳定的阴凉处
防破损
小心保管防止玻璃瓶破裂
保存期限
建议制备后一周内观察，之后晶体质量会显著下降

九、教程视频参考

视频教程

如果您想通过视频更直观地学习制作青晶雨，可以参考以下视频：

bilibili视频
点击观看视频教程

该视频详细展示了从溶液配制到完成制作的过程，适合视觉学习者参考。

本章作者

不会炼金的阿贝少，迷路的野指针