СУБЛИМАЦИЯ: ПОНЯТИЕ, ПРОЦЕСС И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Сублимации являются термодинамическим процессом , в котором происходит эндотермическое изменение состояние непосредственно из твердого состояния газа, без предварительного образования жидкости. Ярким примером этого процесса является сухой лед; Под воздействием солнечных лучей или погружением в жидкость он сразу переходит из твердого состояния в газообразное.

Поведение твердого вещества в нормальных условиях заключается в нагревании и образовании первой капли, в которой растворяется больше твердых частиц, пока они полностью не расплавятся. Между тем, в сублимации мы говорим о «пузыре», о прогрессирующем паре, который не смачивает поверхность, к которой он прикасается, а немедленно откладывается или кристаллизуется.

Пример сублимации гипотетического оранжевого твердого вещества. Источник: Габриэль Боливар.

То, что описано в предыдущем абзаце, представлено на изображении выше. Предположим, оранжевая твердая смесь (слева), которая начинает увеличивать свою энергию за счет повышения температуры. Красный компонент сублимируется, чтобы позже осесть на дно приемного контейнера, температура которого ниже из-за наличия в нем кубиков льда.

Красные треугольники или кристаллы откладываются благодаря холодной поверхности этого контейнера (справа), которая поглощает их температуру; И даже если он не отображается, размер ваших кубиков льда должен уменьшиться из-за поглощения тепла. Оставшееся твердое вещество имеет желтый компонент, который не может быть сублимирован в условиях процесса.

Концепция сублимации

Обработать

Уже было сказано, что сублимация - это эндотермическое изменение состояния, потому что для ее возникновения необходимо поглощение тепла. Если твердое тело поглощает тепло, его энергия увеличивается, поэтому его частицы также будут вибрировать с более высокими частотами.

Когда эти колебания становятся очень сильными, они в конечном итоге влияют на межмолекулярные взаимодействия (а не на ковалентные связи); и, следовательно, рано или поздно частицы будут двигаться дальше друг от друга, пока им не удастся течь и более свободно перемещаться по областям пространства.

В некоторых твердых телах колебания настолько сильны, что некоторые частицы «вылетают» из структуры вместо того, чтобы агломерировать в движущиеся кластеры, образующие каплю. Эти частицы вылетают и объединяются в первый «пузырь», который, скорее, должен образовать первые пары сублимированного твердого вещества.

Мы говорим тогда не о температуре плавления, а о точке сублимации. Хотя оба они зависят от давления, преобладающего на твердом теле, точка сублимации в большей степени; следовательно, его температура заметно меняется при изменении давления (как и точка кипения).

От твердой структуры до газового беспорядка

В сублимации также говорят, что происходит увеличение энтропии системы. Энергетические состояния частиц переходят от ограничения их фиксированным положением в твердой структуре к гомогенизации в своих капризных и хаотических направлениях в более однородном газообразном состоянии, где они, наконец, приобретают среднюю кинетическую энергию.

Фазовая диаграмма и тройная точка

Точка сублимации зависит от давления; Потому что в противном случае твердые частицы поглотили бы тепло не для того, чтобы вылететь в космос за пределы твердого тела, а для образования капель. Он не будет сублимироваться, а будет плавиться или плавиться, как это обычно бывает.

Чем больше внешнее давление, тем меньше вероятность сублимации, так как твердое тело вынуждено плавиться.

Но какие твердые тела можно возгонять, а какие нет? Ответ кроется в ваших фазовых диаграммах P и T, как показано ниже:

Фазовая диаграмма гипотетического вещества. Источник: Габриэль Боливар.

Сначала мы должны взглянуть на тройную точку и пройти через нижнюю часть: ту, которая разделяет твердое и газообразное состояния. Обратите внимание, что в области твердого тела должно быть падение давления для сублимации (не обязательно при 1 атм, нашем атмосферном давлении). При давлении 1 атм гипотетическое вещество возгонится до температуры Ts, выраженной в К.

Чем длиннее и горизонтальнее участок или кривая ниже тройной точки, тем больше способность твердого тела сублимироваться при различных температурах; но если оно значительно ниже 1 атм, то для достижения сублимации потребуется высокий вакуум, например, пониженное давление (0,0001 атм).

условия

Если тройная точка будет в тысячи раз ниже атмосферного давления, твердое тело никогда не сублимируется даже при сверхвысоком вакууме (не говоря уже о его восприимчивости к разложению под действием тепла).

Если это не так, сублимацию проводят при умеренном нагревании и воздействии на твердое вещество вакуума, чтобы его частицы легче уходили, и им не нужно было поглощать столько тепла.

Сублимация становится очень важной, особенно при работе с твердыми телами с высоким давлением пара; то есть давление внутри, отражение эффективности их взаимодействия. Чем выше давление пара, тем он ароматнее и тем более сублимируемый.

Примеры

Очистка твердых частиц

Изображение оранжевого твердого вещества и его сублимируемого красноватого компонента является примером того, что представляет собой сублимация, когда дело доходит до очистки твердых частиц. Красные треугольники могут быть повторно сублимированы по мере необходимости, пока не будет гарантирована высокая чистота.

Этот метод используется в основном с ароматными твердыми веществами. Например: камфора, кофеин, бензоин и ментол.

Среди других твердых веществ, которые могут подвергаться сублимации, есть: йод, лед (на больших высотах), теобромин (из шоколада), сахарин, морфин и другие лекарства, азотистые основания и антрацен.

Кристаллический синтез

Возвращаясь к красным треугольникам, сублимация предлагает альтернативу обычной кристаллизации; Кристаллы больше не будут синтезироваться из раствора, а будут производиться посредством максимально контролируемого осаждения паров на холодной поверхности, где могут быть удобные кристаллические зародыши, способствующие определенной морфологии.

Скажем, если у вас есть красные квадраты, рост кристаллов сохранит эту геометрию, и они не должны стать треугольными. По мере сублимации красные квадраты будут постепенно расти. Однако это сложный в функциональном и молекулярном отношении комплекс, в котором задействовано множество переменных.

Примеры кристаллов, синтезированных с помощью сублимации: карбид кремния (SiC), графит, мышьяк, селен, фосфор, нитрид алюминия (AlN), сульфид кадмия (CdS), селенид цинка (ZnSe), иодид ртути (HgI ₂ ), графен и другие.

Обратите внимание, что на самом деле это два взаимосвязанных явления: прогрессирующая сублимация и осаждение (или обратная сублимация); пар мигрирует из твердого тела в более холодные области или поверхности, в конечном итоге оседая в виде кристаллов.

Интересные темы

Примеры сублимации.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Wikipedia. (2019). Сублимация (фазовый переход). Получено с: en.wikipedia.org
3. Джонс, Эндрю Циммерман. (27 января 2019 г.). Сублимация. Получено с: thinkco.com
4. Шейла Моррисси. (2019). Что такое сублимация в химии? - Определение, процесс и примеры. Учиться. Получено с: study.com
5. Elsevier BV (2019). Метод сублимации. ScienceDirect. Получено с: sciencedirect.com