SUBLIMERING: KONCEPT, PROCES OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den sublimering er en termodynamisk proces, hvor en endoterm forekommer ændringer direkte tilstand fra et faststof til en gas, uden forudgående dannelse af væsken. Et fremtrædende eksempel på denne proces er tøris; Når den udsættes for solen eller nedsænkes i en væske, går den direkte fra et fast stof til en gasformig tilstand.

Det faste stofs opførsel under normale forhold er at varme op og stamme fra en første dråbe, hvor flere faste partikler opløses, indtil de smelter helt. I mellemtiden taler vi i sublimering om en "boble", om en progressiv damp, der ikke vådner den overflade, den rører ved, men umiddelbart afsættes eller krystalliseres.

Eksempel på sublimering af et hypotetisk orange fast stof. Kilde: Gabriel Bolívar.

Hvad der er beskrevet i ovenstående afsnit er repræsenteret på billedet ovenfor. Antag, at en orange fast blanding (til venstre), der begynder at øge sin energi ved at øge temperaturen. Den røde komponent sublimerer for senere at sætte sig nederst i den modtagende beholder, hvis temperatur er lavere på grund af at der er isterninger i sit indhold.

De røde trekanter eller krystaller afsættes takket være den kolde overflade på denne beholder (til højre), der absorberer deres temperatur; Og selvom det ikke vises, skal størrelsen på dine isterninger falde på grund af varmeoptagelse. Det resterende faste stof har en gul komponent, der ikke kan sublimeres under procesbetingelserne.

Sublimeringskoncept

Behandle

Det er allerede sagt, at sublimering er en endotermisk tilstandsændring, for for at den skal forekomme, skal der være varmeabsorption. Hvis det faste stof absorberer varme, vil energien stige, så dets partikler vil også vibrere ved højere frekvenser.

Når disse vibrationer bliver meget stærke, påvirker de intermolekylære interaktioner (ikke kovalente bindinger); og følgelig vil partikler før eller senere bevæge sig længere væk fra hinanden, indtil de formår at flyde og bevæge sig mere frit gennem rumets områder.

I nogle faste stoffer er vibrationerne så stærke, at nogle partikler "skyder" ud af strukturen i stedet for at agglomerere i bevægelige klynger, der definerer en dråbe. Disse partikler undslipper og integrerer den første "boble", der hellere vil danne de første dampe af det sublimerede faste stof.

Vi taler da ikke om et smeltepunkt, men om et sublimeringspunkt. Selvom begge er afhængige af det pres, der hersker på det faste stof, er sublimeringspunktet mere; derfor varierer dens temperatur bemærkelsesværdigt med ændringer i tryk (ligesom kogepunktet gør).

Fra fast struktur til gasforstyrrelse

Ved sublimering siges det også, at der er en stigning i systemets entropi. Partiklenes energiske tilstande går fra at være begrænset af deres faste positioner i den faste struktur, til at homogenisere i deres lunefulde og kaotiske retninger i den mere ensartede gasformige tilstand, hvor de endelig erhverver en gennemsnitlig kinetisk energi.

Fasediagram og tredobbelt punkt

Sublimeringspunktet afhænger af trykket; Fordi ellers ville de faste partikler absorbere varme ikke for at skyde ud i rummet uden for det faste stof, men for at danne dråber. Det ville ikke sublimere, men ville smelte eller smelte, som det er det mest almindelige.

Jo større det eksterne tryk er, desto mindre er sandsynligheden for sublimering, da det faste stof tvinges til at smelte.

Men hvilke faste stoffer er sublimable, og hvilke er det ikke? Svaret ligger i dine P vs T-fasediagrammer, som det, der er vist nedenfor:

Fasediagram for et hypotetisk stof. Kilde: Gabriel Bolívar.

Du skal først se på tredobbelt punktet og gå gennem det nederste afsnit: det, der adskiller de faste og gasformige tilstande. Bemærk, at i det faste stof, skal der være et fald i trykket for at sublimering kan forekomme (ikke nødvendigvis ved 1 atm, vores atmosfæriske tryk). Ved 1 atm sublimerer det hypotetiske stof til en temperatur Ts udtrykt i K.

Jo længere og vandret sektionen eller kurven under tredobbelt punktet er, jo større er det faste stofs kapacitet til at sublimere ved forskellige temperaturer; men hvis det er godt under 1 atm, er der behov for høje vakuum for at opnå sublimering, således at trykket sænkes (for eksempel 0,0001 atm).

Vilkår

Hvis tredobbeltpunktet er tusindvis af gange lavere end atmosfæretrykket, sublimerer det faste stof aldrig selv med ultra-vakuum (for ikke at nævne dets følsomhed for nedbrydning ved hjælp af varme).

Hvis dette ikke er tilfældet, foretages sublimeringerne ved at opvarme moderat og udsætte det faste stof for et vakuum, så dets partikler slipper lettere ud, uden at de behøver at absorbere så meget varme.

Sublimering bliver meget vigtig, når man især beskæftiger sig med faste stoffer med et højt damptryk; det vil sige trykket inde, en afspejling af effektiviteten af ​​deres interaktioner. Jo højere dens damptryk, desto mere duftende er det, og jo mere sublimabelt er det.

eksempler

Rensning af faste stoffer

Billedet af det orange faste stof og dets sublimerbare rødlige komponent er et eksempel på, hvad sublimering repræsenterer, når det angår oprensning af faste stoffer. Røde trekanter kan sublimeres om nødvendigt, indtil høj renhed er garanteret.

Denne teknik bruges mest med duftende faste stoffer. For eksempel: kamfer, koffein, benzoin og menthol.

Blandt andre faste stoffer, der kan være sublimering, har vi: jod, is (i store højder), theobromin (fra chokolade), saccharin, morfin og andre lægemidler, nitrogenholdige baser og antracen.

Crystal syntese

At vende tilbage til de røde trekanter giver sublimering et alternativ til konventionel krystallisation; Krystaller syntetiseres ikke længere fra en opløsning, men gennem den mest kontrollerede mulige afsætning af dampe på en kold overflade, hvor der bekvemt kan være krystallinske frø til fordel for en specifik morfologi.

Sig, hvis du har røde firkanter, vil krystalvæksten beholde denne geometri, og de bør ikke blive trekantede. De røde firkanter vil gradvist vokse, når sublimeringen finder sted. Det er imidlertid et operationelt og molekylært komplekst kompleks, hvor mange variabler er involveret.

Eksempler på krystaller syntetiseret via sublimering er: siliciumcarbid (SiC), grafit, arsen, selen, fosfor, aluminiumnitrid (AIN), cadmiumsulfid (CdS), zinkselenid (ZnSe), kviksølviodid (HGI ₂), grafen, blandt andre.

Bemærk, at dette virkelig er to sammenflettede fænomener: progressiv sublimering og afsætning (eller invers sublimering); dampen vandrer fra det faste til de køligere områder eller overflader og sænker til sidst i form af krystaller.

Temaer af interesse

Eksempler på sublimering.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Wikipedia. (2019). Sublimering (faseovergang). Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. januar 2019). Sublimation. Gendannes fra: thoughtco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Hvad er sublimering i kemi? - Definition, proces og eksempler. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com
5. Elsevier BV (2019). Sublimeringsmetode. ScienceDirect. Gendannes fra: sciencedirect.com