SUBLIMĀCIJA: JĒDZIENS, PROCESS UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2026

Sublimācijas ir termodinamisks process, kurā rodas endoterma izmaiņas tieši valsti no cietā uz gāzi, bez iepriekšējas veidošanās šķidruma. Ievērojams šī procesa piemērs ir sausais ledus; Saskaroties ar sauli vai iegremdējot šķidrumā, tas tieši no cietas vielas nonāk gāzveida stāvoklī.

Cieta viela normālos apstākļos uzkarst un rodas pirmais piliens, kurā vairāk cieto daļiņu izšķīst, līdz tās pilnībā izkūst. Tikmēr sublimācijā mēs runājam par "burbuli", par progresējošu tvaiku, kas mitrina virsmu, kurai tas pieskaras, bet tiek nekavējoties nogulsnēts vai izkristalizēts.

Hipotētiskas oranžas cietās vielas sublimācijas piemērs. Avots: Gabriel Bolívar.

Iepriekš aprakstītajā attēlā ir parādīts tas, kas aprakstīts iepriekš. Pieņemsim, ka oranžs cietais maisījums (pa kreisi), kas sāk palielināt savu enerģiju, paaugstinot temperatūru. Sarkanais komponents sublimējas, lai vēlāk nostādītos uztveršanas konteinera apakšā, kura temperatūra ir zemāka, jo tajā ir ledus gabaliņi.

Sarkanie trīsstūri vai kristāli tiek nogulsnēti, pateicoties šī konteinera aukstajai virsmai (labajā pusē), kas absorbē to temperatūru; Un pat ja tas netiek rādīts, siltuma absorbcijas dēļ jūsu ledus gabaliņu izmēram vajadzētu samazināties. Atlikušajai cietajai vielai ir dzeltens komponents, kuru procesa apstākļos nevar sublimēt.

Sublimācijas jēdziens

Process

Jau tika teikts, ka sublimācija ir endotermiska stāvokļa izmaiņas, jo, lai tā notiktu, ir jābūt siltuma absorbcijai. Ja cietais materiāls absorbē siltumu, tā enerģija palielināsies, tāpēc tā daļiņas vibrēs arī augstākās frekvencēs.

Kad šīs vibrācijas kļūst ļoti spēcīgas, tās galu galā ietekmē starpmolekulāro mijiedarbību (nevis kovalentās saites); un līdz ar to agri vai vēlu daļiņas attālināsies viena no otras, līdz tām izdosies plūst un brīvāk pārvietoties pa kosmosa reģioniem.

Dažās cietās daļās vibrācijas ir tik spēcīgas, ka dažas daļiņas "izšauj" no struktūras, nevis aglomerējas kustīgās kopās, kas nosaka pilienu. Šīs daļiņas izplūst un integrē pirmo "burbuli", kas drīzāk veidos sublimētās cietās vielas pirmos tvaikus.

Tad mēs runājam nevis par kušanas punktu, bet gan par sublimācijas punktu. Lai arī abi ir atkarīgi no spiediena, kas dominē uz cietās vielas, sublimācijas punkts ir vairāk; tāpēc tā temperatūra ievērojami mainās ar spiediena izmaiņām (tāpat kā viršanas temperatūra).

No cietas struktūras līdz gāzveida traucējumiem

Sublimācijā tiek arī teikts, ka palielinās sistēmas entropija. Daļiņu enerģētiskie stāvokļi tiek ierobežoti ar to fiksētajām pozīcijām cietajā struktūrā līdz homogenizācijai to kaprīzajā un haotiskajā virzienā gāzveida, vienveidīgākā stāvoklī, kur tās beidzot iegūst vidējo kinētisko enerģiju.

Fāzes diagramma un trīskāršais punkts

Sublimācijas punkts ir atkarīgs no spiediena; Tā kā pretējā gadījumā cietās daļiņas absorbētu siltumu, nevis lai izšūtu kosmosā ārpus cietās vielas, bet gan veidotu pilienus. Tas nevis sublimētu, bet izkausētu vai izkausētu, kā tas ir parasti.

Jo lielāks ārējais spiediens, jo mazāka ir sublimācija, jo cietā viela ir spiesta izkausēt.

Bet kuras cietās vielas ir sublimējamas un kuras nē? Atbilde meklējama jūsu P pret T fāzes diagrammās, piemēram, zemāk parādītajā.

Hipotētiskas vielas fāzes diagramma. Avots: Gabriel Bolívar.

Mums vispirms jāaplūko trīskāršais punkts un jāiet cauri apakšējai sekcijai: tā, kas atdala cietos un gāzveida stāvokļus. Ņemiet vērā, ka cietās vielas reģionā sublimācijas iestāšanās laikā ir jāsamazinās spiedienam (ne vienmēr pie atmosfēras spiediena 1 atm). Pie 1 atm hipotētiskā viela sublimēsies līdz temperatūrai Ts, kas izteikta K.

Jo garāks un horizontāls ir sekcija vai līkne zem trīskāršā punkta, jo lielāka ir cietās vielas spēja sublimēties dažādās temperatūrās; bet, ja tas ir krietni zem 1 atm, sublimācijas sasniegšanai būs nepieciešami lieli vakuumi tādā veidā, ka spiediens tiek pazemināts (piemēram, 0.0001 atm).

Noteikumi

Ja trīskāršais punkts ir tūkstošiem reižu zemāks par atmosfēras spiedienu, cietā viela nekad sublimēsies pat ar ultravakuumu (nemaz nerunājot par tā jutīgumu pret sadalīšanos siltuma ietekmē).

Ja tas tā nav, sublimācijas tiek veiktas, mēreni sildot, un pakļauj cietvielu vakuumam, lai tā daļiņas vieglāk izkļūtu, neprasot tām absorbēt tik daudz siltuma.

Sublimācija kļūst ļoti svarīga, strādājot īpaši ar cietām vielām ar augstu tvaika spiedienu; tas ir, spiediens iekšpusē, to mijiedarbības efektivitātes atspoguļojums. Jo augstāks ir tā tvaika spiediens, jo smaržīgāks tas ir, un jo vairāk tas ir sublimizējams.

Piemēri

Cietu vielu attīrīšana

Oranžās cietās vielas un tās sublimējamās sarkanīgās sastāvdaļas attēls ir piemērs tam, ko sublimācija attēlo, kad runa ir par cietu vielu attīrīšanu. Sarkanos trīsstūrus pēc vajadzības var atkārtoti sublimēt, līdz tiek garantēta augsta tīrība.

Šo paņēmienu galvenokārt izmanto ar smaržīgām cietām vielām. Piemēram: kampars, kofeīns, benzoīns un mentols.

Starp citām cietām vielām, kuras var sublimēt, ir jods, ledus (lielā augstumā), teobromīns (no šokolādes), saharīns, morfīns un citas zāles, slāpekļa bāzes un antracēns.

Kristālu sintēze

Atgriežoties pie sarkanajiem trīsstūriem, sublimācija piedāvā alternatīvu parastajai kristalizācijai; Kristāli vairs netiks sintezēti no šķīduma, bet ar viskontrolētāko iespējamo tvaiku nogulsnēšanos uz aukstas virsmas, kur ērti var būt kristāliskas sēklas, lai veicinātu konkrētu morfoloģiju.

Sakiet, ja jums ir sarkani kvadrāti, kristālu augšana saglabās šo ģeometriju, un tiem nevajadzētu kļūt trīsstūrveida. Sarkanie kvadrāti pakāpeniski pieaugs, kad notiek sublimācija. Tomēr tas ir funkcionāli un molekulāri sarežģīts komplekss, kurā ir iesaistīti daudzi mainīgie.

Ar sublimāciju sintezētu kristālu piemēri ir: silīcija karbīds (SiC), grafīts, arsēns, selēns, fosfors, alumīnija nitrīds (AlN), kadmija sulfīds (CdS), cinka selenīds (ZnSe), dzīvsudraba jodīds (HgI ₂ ), grafēns, cita starpā.

Ņemiet vērā, ka tās patiešām ir divas savstarpēji saistītas parādības: progresīva sublimācija un nogulsnēšanās (vai apgriezta sublimācija); tvaiki migrē no cietas vielas uz vēsākiem reģioniem vai virsmām, beidzot nostādoties kristālu formā.

Interesējošās tēmas

Sublimācijas piemēri.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Wikipedia. (2019. gads). Sublimācija (fāzes pāreja). Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Džounss, Endrjū Zimmermans. (2019. gada 27. janvāris). Sublimācija. Atgūts no: domaco.com
4. Šeila Moriseja. (2019. gads). Kas ir sublimācija ķīmijā? - Definīcija, process un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com
5. Elsevier BV (2019. gads). Sublimācijas metode. ScienceDirect. Atgūts no: sciencedirect.com