СУБЛИМАЦИЯ: КОНЦЕПЦИЯ, ПРОЦЕС И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2026

В сублимация е термодинамичен процес, при който ендотермичен настъпи промяна директно състояние от твърдо в газ, без образуване на течността. Виден пример за този процес е този на сухия лед; При излагане на слънце или потопен в течност той преминава директно от твърдо в газообразно състояние.

Поведението на твърдото вещество при нормални условия е да се нагрява и да възникне първа капка, при която по-твърди частици се разтварят, докато се разтопят напълно. Междувременно в сублимацията говорим за "балон", за прогресивна пара, която не мокри повърхността, която докосва, а веднага се отлага или кристализира.

Пример за сублимация на хипотетично оранжево твърдо вещество. Източник: Габриел Боливар.

Описаното в горния параграф е представено на изображението по-горе. Да предположим, че оранжевата твърда смес (вляво), която започва да увеличава енергията си чрез повишаване на температурата. Червеният компонент сублимира, за да се утаи по-късно на дъното на приемащия контейнер, чиято температура е по-ниска поради наличието на кубчета лед в съдържанието му.

Червените триъгълници или кристали се отлагат благодарение на студената повърхност на този контейнер (вдясно), която поглъща тяхната температура; И дори да не се показва, размерът на вашите ледени кубчета трябва да намалее поради поглъщането на топлина. Останалото твърдо вещество има жълт компонент, който не може да бъде сублимиран при условията на процеса.

Концепция за сублимация

процес

Вече беше казано, че сублимацията е промяна в ендотермичното състояние, защото за да се случи, трябва да има усвояване на топлина. Ако твърдото вещество поглъща топлината, неговата енергия ще се увеличи, така че частиците му също ще вибрират при по-високи честоти.

Когато тези вибрации стават много силни, те в крайна сметка засягат междумолекулните взаимодействия (не ковалентни връзки); и следователно, рано или късно частиците ще се отдалечат по-далеч една от друга, докато не успеят да текат и да се движат по-свободно през регионите на космоса.

В някои твърди частици вибрациите са толкова силни, че някои частици „изстрелват“ от структурата, вместо да се агломерират в движещи се групи, които определят капчица. Тези частици избягат и интегрират първия "балон", който по-скоро ще дойде да образува първите пари от сублимираното твърдо вещество.

Тогава говорим не за точка на топене, а за точка на сублимация. Въпреки че и двете зависят от налягането, преобладаващо върху твърдото вещество, сублимационната точка е по-голяма; следователно температурата му варира значително с промените в налягането (както и температурата на кипене).

От твърда структура до газообразно разстройство

В сублимация се казва също, че има увеличение на ентропията на системата. Енергийните състояния на частиците преминават от ограничените им фиксирани позиции в твърдата структура, до хомогенизиране в техните капризни и хаотични посоки в газообразно, по-равномерно състояние, където най-накрая придобиват средна кинетична енергия.

Фазова диаграма и тройна точка

Точката на сублимация зависи от налягането; Защото в противен случай твърдите частици биха поели топлина, за да не изстрелват в пространството извън твърдото вещество, а да образуват капчици. Той няма да сублимира, а ще се стопи или разтопи, както е най-обикновено.

Колкото по-голямо е външното налягане, толкова по-малко вероятно е сублимацията, тъй като твърдото вещество е принудено да се разтопи.

Но кои твърди вещества са сублимирани и кои не? Отговорът се крие във вашите P срещу T фазови диаграми, като тази, показана по-долу:

Фазова диаграма за хипотетично вещество. Източник: Габриел Боливар.

Първо трябва да разгледаме тройната точка и да минем през долния участък: този, който разделя твърдите и газообразните състояния. Обърнете внимание, че в областта на твърдото вещество трябва да има спад на налягането, за да се появи сублимация (не непременно при 1 атм, нашето атмосферно налягане). При 1 атм хипотетичното вещество ще сублимира до температура Ts, изразена в K.

Колкото по-дълъг и хоризонтален е участъкът или кривата под тройната точка, толкова по-голям е капацитетът на твърдото вещество да сублимира при различни температури; но ако е много под 1 атм, тогава ще са необходими високи вакууми, за да се постигне сублимация, така че наляганията да бъдат понижени (например 0,0001 атм).

условия

Ако тройната точка е хиляди пъти по-ниска от атмосферното налягане, твърдото вещество никога няма да се сублимира дори при ултра вакуум (да не говорим за неговата чувствителност към разлагане под действието на топлината).

Ако това не е така, сублимациите се извършват чрез умерено нагряване и подлагане на твърдото вещество на вакуум, така че частиците му да избягат по-лесно, без да е необходимо те да поемат толкова много топлина.

Сублимацията става много важна, когато се работи особено с твърди частици с високо налягане на парата; тоест налягането вътре, отражение на ефективността на техните взаимодействия. Колкото е по-високо налягането му, толкова по-ароматно е и по-възвишено.

Примери

Пречистване на твърди вещества

Образът на оранжевото твърдо вещество и неговия сублимиран червеникав компонент е пример за това, което представлява сублимацията, тъй като се отнася до пречистването на твърди вещества. Червените триъгълници могат да бъдат повторно сублимирани, докато се гарантира висока чистота.

Тази техника се използва най-вече с ароматни твърди вещества. Например: камфор, кофеин, бензоин и ментол.

Сред другите твърди вещества, които могат да бъдат сублимация, имаме: йод, лед (на голяма надморска височина), теобромин (от шоколад), захарин, морфин и други лекарства, азотни основи и антрацен.

Кристален синтез

Връщайки се към червените триъгълници, сублимацията предлага алтернатива на конвенционалната кристализация; Кристалите вече няма да се синтезират от разтвор, а чрез възможно най-контролирано отлагане на пари върху студена повърхност, където може удобно да има кристални семена, за да се благоприятства специфична морфология.

Кажете, ако имате червени квадратчета, растежът на кристалите ще запази тази геометрия и те не трябва да стават триъгълни. Червените квадрати постепенно ще нарастват с течение на сублимацията. Това е оперативно и молекулярно сложен комплекс, в който участват много променливи.

Примери за кристали, синтезирани чрез сублимация са: силициев карбид (SiC), графит, арсен, селен, фосфор, алуминиев нитрид (AlN), кадмиев сулфид (CdS), цинков селенид (ZnSe), живачен йодид (HgI ₂), графен, между другото.

Обърнете внимание, че това са наистина две взаимосвързани явления: прогресивно сублимация и отлагане (или обратна сублимация); парата мигрира от твърдото вещество към по-хладните участъци или повърхности, като накрая се утаява под формата на кристали.

Теми на интерес

Примери за сублимация.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Wikipedia. (2019). Сублимация (фазов преход). Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Джоунс, Андрю Цимерман. (27 януари 2019 г.). Сублимация. Възстановено от: thinkco.com
4. Шейла Мориси. (2019). Какво е сублимацията в химията? - Определение, процес и примери. Изследване. Възстановено от: study.com
5. Elsevier BV (2019). Метод на сублимация. ScienceDirect. Възстановени от: sciencedirect.com