SUBLIMOINTI: KÄSITE, PROSESSI JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Sublimaatio on termodynaaminen prosessi, jossa on endoterminen muutos tapahtuu suoraan tilan kiinteästä kaasuksi, ilman muodostumista nesteen. Näkyvä esimerkki tästä prosessista on kuivajää; Auringossa tai nesteeseen upotettuna se kulkee suoraan kiinteästä aineesta kaasumaiseen tilaan.

Kiinteän aineen käyttäytyminen normaaleissa olosuhteissa on kuumeneminen ja siitä tulee ensimmäinen tippa, jossa enemmän kiinteitä hiukkasia liukenee, kunnes ne sulavat kokonaan. Samaan aikaan sublimaatiossa puhumme "kuplasta", progressiivisesta höyrystä, joka ei kastele pintaansa, jota se koskettaa, mutta kerrostuu välittömästi tai kiteytyy.

Esimerkki hypoteettisen oranssin kiinteän aineen sublimoinnista. Lähde: Gabriel Bolívar.

Yllä olevassa kuvassa esitetään, mitä on kuvattu yllä olevassa kappaleessa. Oletetaan, että oranssi kiinteä seos (vasen), joka alkaa lisätä energiaaan nostamalla lämpötilaa. Punainen komponentti sublimoituu asettumaan myöhemmin vastaanottosäiliön pohjalle, jonka lämpötila on matalampi johtuen jääkuutioiden sisällöstä.

Punaiset kolmiot tai kiteet kerrostuvat tämän astian kylmän pinnan (oikealla) ansiosta, joka imee niiden lämpötilan; Ja vaikka se ei näy, jääkuutioidesi koon tulisi vähentyä lämmön imeytymisen vuoksi. Jäljelle jäävällä kiinteällä aineella on keltainen komponentti, jota ei voida sublimoida prosessiolosuhteissa.

Sublimaation käsite

Prosessi

On jo sanottu, että sublimoituminen on endoterminen tilanmuutos, koska sen tapahtumiseksi täytyy olla lämmön imeytyminen. Jos kiinteä aine absorboi lämpöä, sen energia kasvaa, joten sen hiukkaset värähtelevät myös korkeammilla taajuuksilla.

Kun näistä värähtelyistä tulee erittäin voimakkaita, ne lopulta vaikuttavat molekyylien väliseen vuorovaikutukseen (ei kovalenttisiin sidoksiin); ja näin ollen ennemmin tai myöhemmin hiukkaset liikkuvat kauempana toisistaan, kunnes ne onnistuvat virtaamaan ja liikkumaan vapaammin avaruusalueiden läpi.

Joissakin kiintoaineissa värähtelyt ovat niin voimakkaita, että jotkut hiukkaset “ammuvat” ulos rakenteesta sen sijaan, että ne agglomeroituvat liikkuvissa klusterissa, jotka määrittävät pisaran. Nämä hiukkaset pakenevat ja integroivat ensimmäisen "kuplan", joka muodostuu mieluummin sublimoidun kiinteän aineen ensimmäisistä höyryistä.

Puhumme silloin ei sulamispisteestä, vaan sublimaatiopisteestä. Vaikka molemmat ovat riippuvaisia ​​kiinteään aineeseen vallitsevasta paineesta, sublimoitumispiste on enemmän; sen vuoksi sen lämpötila vaihtelee huomattavasti paineen muutosten myötä (samoin kuin kiehumispiste).

Kiinteästä rakenteesta kaasumaiseen häiriöön

Sublimoinnissa sanotaan myös, että järjestelmän entropia kasvaa. Hiukkasten energeettiset tilat alkavat rajoittaa niiden kiinteillä asemilla kiinteässä rakenteessa homogenisointiin kapriisissa ja kaoottisissa suunnissa kaasumaisessa, yhtenäisemmässä tilassa, jossa ne lopulta saavat keskimääräisen kineettisen energian.

Vaihekaavio ja kolmipiste

Sublimaatiopiste riippuu paineesta; koska muuten kiinteät hiukkaset imeisivät lämpöä eivätkä ammuisivat kiinni kiinteän aineen ulkopuolelle, vaan muodostaisivat pisaroita. Se ei sublimoitu, vaan sulaisi tai sulaisi, kuten on tavallisinta.

Mitä suurempi on ulkoinen paine, sitä epätodennäköisempi sublimoituminen on, koska kiinteä aine pakotetaan sulamaan.

Mutta mitkä kiinteät aineet ovat sublimoitavia ja mitkä eivät? Vastaus löytyy P vs T -vaihekaavioistasi, kuten alla olevasta:

Vaihekaavio hypoteettiselle aineelle. Lähde: Gabriel Bolívar.

Meidän on ensin tarkasteltava kolmiosaista kohtaa ja mentävä alaosa: se, joka erottaa kiinteät ja kaasumaiset tilat. Huomaa, että kiinteän aineen alueella sublimaaation tapahtumiseksi on painetta laskettava (ei välttämättä ilmakehän paineessa 1 atm: n paineessa). 1 atm: lla hypoteettinen aine sublimoituu lämpötilaan Ts, joka ilmaistaan ​​K.

Mitä pidempi ja vaakasuora poikkileikkaus tai käyrä kolminkertaisen pisteen alapuolella, sitä suurempi on kiinteän aineen kyky sublimoitua eri lämpötiloissa; mutta jos se on selvästi alle 1 atm, sublimoitumisen saavuttamiseksi tarvitaan korkeita tyhjiöitä, niin että paineet laskevat (esimerkiksi 0,0001 atm).

ehdot

Jos kolmipiste on tuhansia kertoja matalampi kuin ilmakehän paine, kiinteä aine ei sublimoidu koskaan edes ultra tyhjiössä (puhumattakaan sen herkkyydestä hajoamiseen lämmön vaikutuksesta).

Jos näin ei ole, sublimaatiot tehdään kuumentamalla maltillisesti ja altistamalla kiinteä aine tyhjiölle, jotta sen hiukkaset pääsevät helpommin pois ilman, että niiden tarvitsee absorboida niin paljon lämpöä.

Sublimoitumisesta tulee erittäin tärkeä käsiteltäessä erityisesti kiinteitä aineita, joilla on korkea höyrynpaine; ts. sisäinen paine, heijastus heidän vuorovaikutuksensa tehokkuudesta. Mitä korkeampi on sen höyrynpaine, sitä tuoksuvampi se on ja sitä subluboitavampaa se on.

esimerkit

Kiinteiden aineiden puhdistus

Oranssin kiinteän aineen ja sen sublimoitavan punertavan komponentin kuva on esimerkki siitä, mitä sublimointi edustaa, kun se liittyy kiinteiden aineiden puhdistukseen. Punaisia ​​kolmioita voidaan sublimoida tarpeen mukaan, kunnes korkea puhtaus taataan.

Tätä tekniikkaa käytetään enimmäkseen tuoksuvien kiinteiden aineiden kanssa. Esimerkiksi: kamferi, kofeiini, bentsoiini ja mentoli.

Muiden kiintoaineiden joukossa, jotka voivat olla sublimoituneita, meillä on: jodi, jää (korkeilla korkeuksilla), teobromiini (suklaasta), sakkariini, morfiini ja muut lääkkeet, typpipitoiset emäkset ja antraseeni.

Kidesynteesi

Palaamalla punaisiin kolmioihin sublimointi tarjoaa vaihtoehdon tavanomaiselle kiteytymiselle; Kiteitä ei enää syntetisoida liuoksesta, vaan höyryjen kontrolloidimmalla laskeutumisella kylmälle pinnalle, jossa voi olla kiteisiä siemeniä sopivan morfologian edistämiseksi.

Sano, jos sinulla on punaisia ​​neliöitä, kidekasvu säilyttää tämän geometrian eikä niiden pitäisi tulla kolmion muotoisia. Punaiset neliöt kasvavat vähitellen sublimoitumisen tapahtuessa. Se on kuitenkin toiminnallisesti ja molekyylisesti monimutkainen kompleksi, johon liittyy monia muuttujia.

Esimerkkejä sublimaation avulla syntetisoiduista kiteistä ovat: piikarbidi (SiC), grafiitti, arseeni, seleeni, fosfori, alumiinitrididi (AlN), kadmium-sulfidi (CdS), sinkkiselenidi (ZnSe), elohopeajodidi (HgI ₂₎), grafeeni, mm.

Huomaa, että nämä ovat todella kaksi toisiinsa liittyvää ilmiötä: progressiivinen sublimointi ja laskeuma (tai käänteinen sublimointi); höyry siirtyy kiinteästä alueelta viileämmille alueille tai pinnoille laskeutuen lopulta kiteiden muodossa.

Kiinnostavat aiheet

Esimerkkejä sublimaatiosta.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Wikipedia. (2019). Sublimaatio (vaihesiirto). Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. tammikuuta 2019). Sublimaatio. Palautettu osoitteesta: gondo.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Mikä on sublimointi kemiassa? - Määritelmä, prosessi ja esimerkit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
5. Elsevier BV (2019). Sublimointimenetelmä. ScienceDirect. Palautettu osoitteesta: sciencedirect.com