OMVENDT SUBLIMERING: KONCEPT OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den omvendte sublimering er en termodynamisk proces, hvor en ændring sker fra tilstanden eksoterm gas til et fast stof uden først at blive en væske. Det er også kendt under navnene regressiv sublimering, desublimering eller deponering; sidstnævnte er den mest anvendte i skole og encyklopædiske tekster.

Omvendt sublimering siges at være en eksoterm proces, fordi luftformige partikler (atomer eller molekyler) skal miste energi, der frigiver varme til miljøet; på en sådan måde, at de afkøles til at danne krystaller, størkne eller fryse på en overflade.

Omvendt sublimering er til stede overalt, hvor der er en tilstrækkelig kold overflade til, at krystaller kan afsættes på den direkte fra en gasfase. Kilde: Pixabay.

Ordet 'afsætning' (og ikke 'afsætning') betyder, at partiklen afsættes fra en gasfase uden befugtning af modtageroverfladen. Derfor findes omvendte sublimeringsfenomener på iskolde genstande; såsom med frosten, der er afsat på blade eller vinterlandskaber.

En sådan deponering detekteres ofte af et tyndt lag af krystaller; skønt det også kan være lavet af et tilsyneladende pulver eller ler. Ved at kontrollere denne proces kan nye flerlagsmaterialer designes, hvor hvert lag består af et specifikt fast stof afsat af kemiske eller fysiske processer.

Omvendt sublimeringskoncept

Omvendt sublimering, som navnet alene afslører, er det modsatte fænomen til sublimering: det starter ikke fra et fast stof, der fordamper, men fra en gas, der størkner eller fryser.

Hvis du resonerer molekylært, vil det se fantastisk ud, at en gas er i stand til at køle ned til det punkt, hvor den ikke engang kondenserer i første omgang; det vil sige, at det overføres til den flydende tilstand.

Overfladens rolle

En gas, meget forstyrret og diffus, formår pludselig at omorganisere sine partikler og etablere sig som et fast stof (uanset hvad det ser ud).

I sig selv vil dette være kinetisk og termodynamisk vanskeligt, da det har brug for en understøtning, der modtager gaspartiklerne og koncentrerer dem, så de interagerer med hinanden, mens de mister energi; det vil sige, mens de køler ned. Det er her den overflade, der udsættes for gassen, deltager: tjener som understøtnings- og varmeveksler.

Gaspartiklerne udveksler varme med den koldere eller iskolde overflade, så de bremser ned og lidt efter lidt dannes de første krystallinske kerner. På disse kerner, koldere end den omgivende gas, begynder andre partikler at blive afsat, som er inkorporeret i deres struktur.

Slutresultatet af denne proces er, at et lag af krystaller eller fast stof ender med at dannes på overfladen.

Vilkår

For at omvendt sublimering skal ske, skal en af ​​disse to betingelser normalt eksistere: overfladen i kontakt med gassen skal have en temperatur under dens frysepunkt; eller så skal gassen afkøles på en sådan måde, at så snart den berører overfladen, aflejres den, når den forstyrrer målstabiliteten.

På den anden side kan afsætning også forekomme, når gassen er varm. Hvis overfladen er kølig nok, overføres gasens høje temperatur pludselig til den og får dens partikler til at tilpasse sig strukturens overflade.

Der er faktisk metoder, hvor overfladen ikke engang behøver at være kold, da den deltager direkte i en reaktion med de gasformige partikler, der ender kovalent (eller metallisk) deponeret på den.

I teknologisektoren bruges en metode, der arbejder ud fra dette princip, meget og kaldes kemisk dampaflejring ved forbrænding.

Eksempler på omvendt sublimering

Øl klædt som en brud

Når en øl er så kold, at glasset i flasken er dækket med hvidt, når det tages ud af køleskabet, siges det, at det er klædt som en brud.

Ølflaske tilvejebringer den nødvendige areal for molekylerne af vanddamp, H ₂ O, til at kollidere og mister energi hurtigt. Hvis glasset er sort, vil du bemærke, hvordan det bliver hvidt ud af intetsteds, og du kan rive det af med din negle for at skrive beskeder eller tegne billeder på det.

Undertiden er afsætningen af ​​fugtighed fra miljøet sådan, at ølet ser ud til at være dækket af hvid frost; men virkningen varer ikke længe, ​​for når minutene går, kondenseres og fugtes hånden af ​​dem, der holder den og drikker den.

Frost

I lighed med hvad der sker på væggene i en øl, aflejres frost på indersiden af ​​nogle køleskabe. Ligeledes observeres disse lag iskrystaller i naturen på jordoverfladen; det falder ikke fra himlen i modsætning til sne.

Den superkølede vanddamp kolliderer med overfladen af ​​blade, træer, græs osv. Og ender med at give dem varme for at køle ned og være i stand til at slå sig ned på dem og manifestere sig i deres karakteristiske og strålende krystallinske mønstre.

Fysisk afsætning

Indtil nu har der været tale om vand; Men hvad med andre stoffer eller forbindelser? Hvis der for eksempel er gasformige guldpartikler i et kammer, og der introduceres en kold og modstandsdygtig genstand, afsættes et lag af guld på det. Det samme ville ske med andre metaller eller forbindelser, så længe de ikke kræver en stigning i tryk eller et vakuum.

Hvad der netop er beskrevet handler om en metode, der kaldes fysisk afsætning, og den bruges i materialebranchen til at skabe metalbelægninger på specifikke dele. Nu ligger problemet i, hvordan man opnår gasformige guldatomer uden stort energiforbrug, da der kræves meget høje temperaturer.

Det er der, hvor vakuumet kommer ind, for at lette overgangen fra fast til gas (sublimering) såvel som brugen af ​​elektronstråler.

Sot på skorstenens vægge nævnes ofte som et eksempel på fysisk afsætning; skønt de meget fine kulstofpartikler, der allerede er i fast tilstand, og suspenderet i røg, blot sætter sig ned uden at gennemgå en statusændring. Dette fører til sorte vægge.

Kemisk afsætning

Hvis der er en kemisk reaktion mellem gassen og overfladen, er det en kemisk afsætning. Denne teknik er almindelig i syntesen af halvledere, i belægningen af polymerer ved baktericide og fotokatalytiske lag af TiO ₂, eller at tilvejebringe en mekanisk beskyttelse materiale ved at overtrække dem med ZrO ₂.

Takket være kemisk afsætning er det muligt at have overflader af diamanter, wolfram, tellurider, nitrider, carbider, silicium, grafener, carbon nanorør osv.

Forbindelser, der har M-atomet, der skal afsættes, og som også er modtagelige for termisk nedbrydning, kan give M til overfladestrukturen, så det bliver permanent fastgjort.

Derfor bruges der normalt organometalliske reagenser, som, når de nedbrydes, opgiver metalatomerne uden behov for at få det direkte fra det; det vil sige, det ville ikke være nødvendigt at bruge metallisk guld, men snarere et guldkompleks for at skabe den ønskede guldbelægning.

Bemærk, hvordan det indledende koncept med omvendt sublimering eller afsætning ender med at udvikle sig i henhold til teknologiske anvendelser.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Maria Estela Raffino. (12. november 2019). Omvendt sublimering. Gendannet fra: concept.de
3. Wikipedia. (2019). Aflejring (faseovergang). Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (13. januar 2019). Definition af deposition i kemi. Gendannes fra: thoughtco.com
5. Malesky, Mallory. (06. december 2019). Forskellen mellem afsætning og sublimering. sciencing.com. Gendannes fra: sciencing.com
6. Encyclopedia of eksempler (2019). Deposition Gendannes fra: eksempler.co