- Sublimeringskonsept
- Prosess
- Fra fast struktur til gassforstyrrelse
- Fasediagram og trippelpunkt
- Vilkår
- eksempler
- Rensing av faste stoffer
- Krystallsyntese
- Temaer av interesse
- referanser
Den sublimasjon er en termodynamisk prosess i hvilken en endoterm endring skjer direkte tilstand fra et fast stoff til en gass, uten forutgående dannelse av væsken. Et fremtredende eksempel på denne prosessen er tørris; Når den blir utsatt for solen eller nedsenket i en væske, går den direkte fra et fast stoff til en gassformig tilstand.
Oppførselen til faststoffet under normale forhold er å varme opp og komme fra en første dråpe, hvor mer faste partikler oppløses til de smelter helt. I mellomtiden snakker vi om en "boble", av en progressiv damp som ikke våter overflaten den berører, men umiddelbart blir avsatt eller krystallisert.
Eksempel på sublimering av et hypotetisk oransje faststoff. Kilde: Gabriel Bolívar.
Det som er beskrevet i avsnittet ovenfor er representert på bildet over. Anta en oransje, fast blanding (til venstre), som begynner å øke energien ved å øke temperaturen. Den røde komponenten sublimerer for senere å slå seg ned i bunnen av mottakerbeholderen, hvis temperatur er lavere på grunn av at isbiter har innhold.
De røde trekanter eller krystaller blir avsatt takket være den kalde overflaten på denne beholderen (til høyre), som absorberer temperaturen; Og selv om det ikke vises, bør størrelsen på isbitene avta på grunn av varmeopptak. Det gjenværende faste stoffet har en gul komponent som ikke kan sublimeres under prosessbetingelsene.
Sublimeringskonsept
Prosess
Det har allerede blitt sagt at sublimering er en endotermisk tilstandsendring, for for at den skal skje må det være varmeopptak. Hvis det faste stoffet tar opp varme, vil energien øke, så partiklene vil også vibrere ved høyere frekvenser.
Når disse vibrasjonene blir veldig sterke, ender de opp med å påvirke intermolekylære interaksjoner (ikke kovalente bindinger); og følgelig vil partiklene før eller siden bevege seg lenger vekk fra hverandre, til de klarer å flyte og bevege seg mer fritt gjennom romområdene.
I noen faste stoffer er vibrasjonene så sterke at noen partikler "skyter" ut av strukturen i stedet for å agglomerere i bevegelige klynger som definerer en dråpe. Disse partiklene slipper ut og integrerer den første "boblen", som heller vil komme til å danne de første damper av det sublimerte faste stoffet.
Vi snakker da ikke om et smeltepunkt, men om et sublimeringspunkt. Selv om begge er avhengig av trykket som hersker på det faste stoffet, er sublimeringspunktet mer; Derfor varierer temperaturen bemerkelsesverdig med endringer i trykk (det samme gjør kokepunktet).
Fra fast struktur til gassforstyrrelse
Ved sublimering sies det også at det er en økning i entropien til systemet. De energiske tilstandene til partiklene går fra å være begrenset av deres faste posisjoner i den faste strukturen, til å homogenisere i deres lunefulle og kaotiske retninger i den gassformige, mer ensartede tilstanden, hvor de til slutt skaffer seg en gjennomsnittlig kinetisk energi.
Fasediagram og trippelpunkt
Sublimeringspunktet avhenger av trykket; fordi ellers de faste partiklene ville absorbere varme for ikke å skyte ut i rommet utenfor det faste stoffet, men for å danne dråper. Det ville ikke sublimere, men ville smelte eller smelte, som det er vanligst.
Jo større det ytre trykket er, desto mindre sannsynlig er sublimasjonen, ettersom det faste stoffet blir tvunget til å smelte.
Men hvilke faste stoffer er sublimable og hvilke er det ikke? Svaret ligger i dine P vs T-fasediagrammer, som det som er vist nedenfor:
Fasediagram for et hypotetisk stoff. Kilde: Gabriel Bolívar.
Vi må først se på trippelpunktet og gå gjennom den nedre delen: den som skiller de faste og gassformige tilstandene. Legg merke til at i det faste stoffet må det være et trykkfall for at sublimering skal oppstå (ikke nødvendigvis ved 1 atm, atmosfæretrykket vårt). Ved 1 atm vil det hypotetiske stoffet sublimere til en temperatur Ts uttrykt i K.
Jo lengre og horisontalt seksjonen eller kurven under trippelpunktet er, jo større er kapasiteten til det faste stoffet til å sublimere ved forskjellige temperaturer; men hvis det er godt under 1 atm, vil høye vakuum være nødvendig for å oppnå sublimering, slik at trykket senkes (for eksempel 0,0001 atm).
Vilkår
Hvis trippelpunktet er tusenvis av ganger lavere enn atmosfæretrykk, vil det faste stoffet aldri sublimere selv med ultrafakuum (for ikke å nevne hvor utsatt det er for spaltning ved varmeeffekten).
Hvis dette ikke er tilfelle, utføres sublimasjonene ved moderat oppvarming og utsetter det faste stoffet for et vakuum slik at partiklene slipper lettere, uten at de trenger å absorbere så mye varme.
Sublimering blir veldig viktig når du arbeider spesielt med faste stoffer med høyt damptrykk; det vil si trykket inne, en refleksjon av effektiviteten av deres interaksjoner. Jo høyere damptrykk, desto mer velduftende er det, og desto mer sublimert er det.
eksempler
Rensing av faste stoffer
Bildet av det oransje faste stoffet og dets sublimerbare rødlige komponent er et eksempel på hva sublimering representerer når det gjelder rensing av faste stoffer. Røde trekanter kan sublimeres på nytt etter behov inntil høy renhet er garantert.
Denne teknikken brukes mest med velduftende faste stoffer. For eksempel: kamfer, koffein, benzoin og mentol.
Blant andre faste stoffer som kan være sublimering har vi: jod, is (i store høyder), teobromin (fra sjokolade), sakkarin, morfin og andre medikamenter, nitrogenholdige baser og antracen.
Krystallsyntese
Tilbake til de røde trekantene tilbyr sublimering et alternativ til konvensjonell krystallisering; Krystaller vil ikke lenger bli syntetisert fra en løsning, men gjennom en mest mulig kontrollert avsetning av damper på en kald overflate, hvor det hensiktsmessig kan være krystallinske frø for å favorisere en spesifikk morfologi.
Si at hvis du har røde firkanter, vil krystallveksten beholde denne geometrien, og de bør ikke bli trekantede. De røde rutene vil gradvis vokse når sublimasjonen finner sted. Imidlertid er det et operasjonelt og molekylært sammensatt kompleks, der mange variabler er involvert.
Eksempler på krystaller syntetisert via sublimering er: silisiumkarbid (SiC), grafitt, arsen, selen, fosfor, aluminiumnitrid (AlN), kadmiumsulfid (CdS), sinkselenid (ZnSe), kvikksølviodid (HgI 2) ), grafen, blant andre.
Legg merke til at dette virkelig er to sammenvevd fenomener: progressiv sublimering og deponering (eller invers sublimering); dampen vandrer fra de faste til kjøligere områder eller overflater, og legger seg til slutt i form av krystaller.
Temaer av interesse
Eksempler på sublimering.
referanser
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi (8. utg.). CENGAGE Læring.
- Wikipedia. (2019). Sublimering (faseovergang). Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
- Jones, Andrew Zimmerman. (27. januar 2019). Sublime. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
- Sheila Morrissey. (2019). Hva er sublimering i kjemi? - Definisjon, prosess og eksempler. Studere. Gjenopprettet fra: study.com
- Elsevier BV (2019). Sublimeringsmetode. Science. Gjenopprettet fra: sciencedirect.com