SUBLIMACIJA: KONCEPCIJA, PROCESAS IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Sublimacija yra termodinaminis procesas, kurio metu endoterminę pokytis tiesiogiai įvyksta narę iš kietosios būsenos į dujų, be išankstinio formavimo skysčio. Ryškus šio proceso pavyzdys yra sausas ledas; Patekęs į saulę arba panardintas į skystį, jis iš kietos medžiagos patenka tiesiai į dujinę būseną.

Kieta medžiaga normaliomis sąlygomis įkaista ir susidaro pirmasis lašas, kur daugiau kietų dalelių ištirpsta, kol jos visiškai ištirpsta. Tuo tarpu sublimacijoje mes kalbame apie „burbulą“, apie progresuojančius garus, kurie ne šlapia, prie kurio paviršiaus jis liečiasi, bet yra iškart nusodinamas arba kristalizuojasi.

Hipotetinės oranžinės kietosios medžiagos sublimacijos pavyzdys. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Tai, kas aprašyta aukščiau esančiame punkte, pavaizduota aukščiau esančiame paveikslėlyje. Tarkime, oranžinis kietas mišinys (kairėje), kuris pradeda didinti savo energiją didindamas temperatūrą. Raudonasis komponentas sublimuojasi, kad vėliau nusistovėtų priėmimo talpyklos, kurios temperatūra yra žemesnė, nes joje yra ledo gabalų, apačioje.

Raudoni trikampiai arba kristalai nusėda dėl šalto šio indo paviršiaus (dešinėje), kuris sugeria jų temperatūrą; Ir net jei jis nerodomas, ledo gabaliukų dydis turėtų sumažėti dėl šilumos sugerties. Likusi kieta medžiaga turi geltoną komponentą, kurio negalima sublimuoti proceso sąlygomis.

Sublimacinė sąvoka

Procesas

Jau buvo sakyta, kad sublimacija yra endoterminė būsenos kaita, nes, kad ji įvyktų, turi būti šilumos absorbcija. Jei kieta medžiaga sugeria šilumą, jos energija padidės, todėl jos dalelės vibruos ir aukštesniais dažniais.

Kai šios vibracijos tampa labai stiprios, jos galiausiai paveikia tarpmolekulines sąveikas (ne kovalentinius ryšius); ir todėl anksčiau ar vėliau dalelės judės toliau viena nuo kitos, kol sugebės tekėti ir laisviau judėti per kosmoso sritis.

Kai kuriose kietosiose medžiagose vibracija yra tokia stipri, kad kai kurios dalelės „šaudo“ iš struktūros, o ne aglomeruojasi judančiose grupėse, apibrėžiančiose lašelį. Šios dalelės pasišalina ir sujungia pirmąjį „burbulą“, kuris greičiau susidaro iš pirmųjų sublimuotos kietos medžiagos garų.

Tada mes kalbame ne apie lydymosi tašką, o apie sublimacijos tašką. Nors abu yra priklausomi nuo kietai medžiagai būdingo slėgio, sublimacinis taškas yra labiau toks; todėl jo temperatūra labai kinta keičiantis slėgiui (kaip ir virimo temperatūra).

Nuo kietos struktūros iki dujinio sutrikimo

Sublimacijoje taip pat sakoma, kad padidėja sistemos entropija. Dalelių energetinės būsenos pereina nuo jų fiksuotų padėčių tvirtoje struktūroje ribojimo iki jų kaprizinėmis ir chaotiškomis homogenizacijos dujinėje, tolygesnėje būsenoje, kur jos pagaliau įgyja vidutinę kinetinę energiją.

Fazių schema ir trigubas taškas

Sublimacijos taškas priklauso nuo slėgio; Priešingu atveju kietosios dalelės sugeria šilumą, kad ne išeitų į erdvę už kietų dalelių, o sudarytų lašelius. Tai ne sublimuos, o ištirps ar ištirps, kaip yra įprasčiausia.

Kuo didesnis išorinis slėgis, tuo mažesnė sublimacija, nes kieta medžiaga priversta tirpti.

Bet kurios kietosios medžiagos yra sublimuojamos, o kurios ne? Atsakymas yra jūsų P vs T fazės schemose, tokiose, kaip parodyta žemiau:

Hipotetinės medžiagos fazės diagrama. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Pirmiausia turime pažvelgti į trigubą tašką ir pereiti per apatinę dalį: tą, kuri atskiria kietąsias ir dujines būsenas. Atkreipkite dėmesį, kad kietosios medžiagos srityje turi būti sumažėjęs slėgis, kad įvyktų sublimacija (nebūtinai 1 atmosferos atmosferos slėgis). Esant 1 atm, hipotetinė medžiaga sublimuos iki temperatūros Ts, išreikštos K.

Kuo ilgesnė ir horizontalesnė atkarpa ar kreivė žemiau trigubo taško, tuo kietesnės medžiagos gali sublimuoti skirtingomis temperatūromis; bet jei jis yra gerokai mažesnis nei 1 atm, norint gauti sublimaciją reikės didelių vakuumų, pavyzdžiui, kad slėgis būtų sumažintas (pavyzdžiui, 0,0001 atm).

Sąlygos

Jei trigubas taškas yra tūkstančius kartų mažesnis už atmosferos slėgį, kieta medžiaga niekada nebus sublimuota net esant ultra vakuumui (jau nekalbant apie jo jautrumą skilimui veikiant šilumai).

Jei taip nėra, sublimacijos atliekamos saikingai kaitinant ir kietą medžiagą veikiant vakuume, kad jos dalelės lengviau išeitų ir nereikėtų joms absorbuoti tiek daug šilumos.

Sublimacija tampa labai svarbi, kai susiduriama su kietomis medžiagomis, kurių aukštas garų slėgis; tai yra, slėgis viduje, jų sąveikos efektyvumo atspindys. Kuo didesnis jo garų slėgis, tuo jis kvapnesnis ir sublubesnis.

Pavyzdžiai

Kietų medžiagų valymas

Oranžinės kietosios medžiagos ir jos sublimuojamos rausvos spalvos komponento vaizdas yra pavyzdys, ką reiškia sublimacija, nes ji yra susijusi su kietųjų medžiagų gryninimu. Raudoni trikampiai gali būti pakartotinai sublimuojami, kol bus užtikrintas aukštas grynumas.

Ši technika dažniausiai naudojama su kvapniosiomis kietosiomis medžiagomis. Pavyzdžiui: kamparas, kofeinas, benzoinas ir mentolis.

Tarp kitų kietų medžiagų, kurios gali būti sublimacijos, yra jodas, ledas (dideliame aukštyje), teobrominas (iš šokolado), sacharinas, morfinas ir kiti vaistai, azotinės bazės ir antracenas.

Kristalų sintezė

Grįžtant prie raudonų trikampių, sublimacija yra alternatyva įprastiniam kristalizavimui; Kristalai nebebus sintetinami iš tirpalo, o kontroliuojamais įmanomais garų nusėdimais ant šalto paviršiaus, kur gali būti kristalų sėklų, kad būtų palanki specifinė morfologija.

Sakykite, jei turite raudonus kvadratus, kristalų augimas išlaikys tokią geometriją ir jie neturėtų tapti trikampiais. Raudonos spalvos kvadratai palaipsniui augs, kai vyksta sublimacija. Tačiau tai yra operaciniu ir molekuliniu požiūriu sudėtingas kompleksas, kuriame dalyvauja daug kintamųjų.

Sublimacijos būdu susintetinamų kristalų pavyzdžiai: silicio karbidas (SiC), grafitas, arsenas, selenas, fosforas, aliuminio nitridas (AlN), kadmio sulfidas (CdS), cinko selenidas (ZnSe), gyvsidabrio jodidas (HgI _2). ), grafenas, be kita ko.

Atkreipkite dėmesį, kad tai iš tikrųjų yra du susipynę reiškiniai: progresyvus sublimavimas ir nusėdimas (arba atvirkštinis sublimavimas); garai migruoja iš kietų į šaltesnius regionus ar paviršius, kad galų gale nusistovėtų kaip kristalai.

Susidomėjimo temos

Sublimacijos pavyzdžiai.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Vikipedija. (2019 m.). Sublimacija (fazės perėjimas). Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Jonesas, Andrew Zimmermanas. (2019 m. Sausio 27 d.). Sublimacija. Atgauta iš: thinkco.com
4. Sheila Morrissey. (2019 m.). Kas yra sublimacija chemijoje? - Apibrėžimas, procesas ir pavyzdžiai. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
5. „Elsevier BV“ (2019 m.). Sublimacinis metodas. „ScienceDirect“. Atkurta iš: sciencedirect.com