PROGRESIVNA SUBLIMACIJA: KONCEPT, POSTOPEK IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Progresivna sublimacija je termodinamični proces, v katerem se neposredno pojavi endotermni sprememba stanja iz trdnega v plin, brez predhodne tvorbo tekočine. Obnašanje trdne snovi v normalnih pogojih je, da se segreje in stopi; torej združiti. Medtem se pri sublimaciji trdno snov začne neposredno kaditi, ne da bi prej kapljice kazale, da se topi.

Kar je opisano v zgornjem odstavku, je predstavljeno na zgornji sliki. Predpostavimo trdno oranžno mešanico (levo), ki se začne segrevati. Zmes je sestavljena iz dveh komponent ali trdnih snovi: ena rumena in druga rdeča, katere kombinacija daje oranžno barvo.

Primer sublimacije hipotetične oranžne trdne snovi. Vir: Gabriel Bolívar.

Rdeča trdna barva se sublimira, saj iz nje ne nastane tekočina, ampak se na koncu zgornje posode odloži (rdeči trikotniki); tisto, ki vsebuje ledene kocke, zato nudi hladno površino. Medtem rumena trdna snov ostane nespremenjena zaradi vročine (rumen pravokotnik).

Rdeči trikotniki ali kristali se odlagajo zahvaljujoč hladni površini sprejemne posode (desno), ki absorbira njihovo temperaturo; In čeprav se ne kaže, bi se velikost vaših ledenih kock morala zmanjšati zaradi absorpcije toplote. Rumena trdna snov ni sublimativna in če jo boste slej ali prej nadaljevali, se bo stopila.

Koncept progresivne sublimacije

Proces

Rečeno je že, da je sublimacija endotermna sprememba stanja, ker mora biti absorpcija toplote. Če trdna snov absorbira toploto, se bo njena energija povečala, zato bodo tudi njeni delci vibrirali pri višjih frekvencah.

Ko te vibracije postanejo zelo močne, na koncu vplivajo na medmolekulske interakcije (ne na kovalentne vezi); posledično se bodo delci slej ko prej oddaljili drug od drugega, dokler jim ne bo uspelo pritekati in se bolj prosto gibati skozi vesoljska območja.

V nekaterih trdnih snoveh so vibracije tako močne, da nekateri delci "streljajo" iz strukture, namesto da se strdijo v premikajočih se grozdih, ki določajo kapljico. Ti delci uidejo in integrirajo prvi "mehurček", ki bi raje prišel do tvorbe prvih hlapov sublimirane trdne snovi.

Govorimo torej ne o tališču, ampak o sublimacijski točki. Čeprav sta oba odvisna od tlaka, ki vlada na trdni snovi, je sublimacijska točka toliko bolj; zato se njegova temperatura močno spreminja s spremembami tlaka (kot tudi vrelišče).

Od trdne strukture do plinaste motnje

V sublimaciji se govori tudi o povečanju entropije sistema. Energijska stanja delcev gredo od omejenega s fiksnim položajem v trdni strukturi, do homogenizacije v kapricični in kaotični smeri v bolj enotnem plinovitem stanju, kjer končno pridobijo povprečno kinetično energijo.

Fazni diagram in trojna točka

Točka sublimacije je odvisna od tlaka; Ker bi sicer trdni delci absorbirali toploto, ne bi streljali v vesolje zunaj trdne snovi, ampak oblikovali kapljice. Ne bi sublimiral, ampak bi se stopil ali stopil, kot je najbolj običajno.

Večji kot je zunanji tlak, manjša je verjetnost sublimacije, saj se trdno snov talje.

Toda katere trdne snovi so sublimativne in katere ne? Odgovor leži v vaših faznih diagramih P proti T, kot je prikazano spodaj:

Fazni diagram hipotetične snovi. Vir: Gabriel Bolívar.

Najprej moramo pogledati trojno točko in iti skozi spodnji odsek: tistega, ki ločuje trdno in plinasto stanje. Upoštevajte, da mora biti v območju trdne snovi padec tlaka, da pride do sublimacije (ne nujno pri 1 atm, naš atmosferski tlak). Pri 1 atm se hipotetična snov sublimira na temperaturo Ts, izraženo v K.

Daljši in vodoravni odsek ali krivulja pod trojno točko, večja je sposobnost trdne snovi, da se sublimira pri različnih temperaturah; če pa je precej pod 1 atm, bodo za doseganje sublimacije potrebni visoki vakuumi, tako da se tlaki znižajo (na primer 0,0001 atm).

Pogoji

Če je trojna točka tisočkrat nižja od atmosferskega tlaka, trdna snov ne bo nikoli sublimirana niti z ultra vakuumom (da ne omenjamo njene občutljivosti za razgradnjo zaradi delovanja toplote).

V nasprotnem primeru se sublimacije izvedejo z zmernim segrevanjem in izpostavljenostjo trdne snovi vakuumu, da lahko njeni delci lažje uhajajo, ne da bi morali absorbirati toliko toplote.

Sublimacija postane zelo pomembna pri obdelavi zlasti s trdnimi snovmi z visokim parnim tlakom; to je pritisk v notranjosti, odraz učinkovitosti njihovih medsebojnih interakcij. Višji kot je njegov parni tlak, bolj dišeč je in bolj sublimenten je.

Primeri

Čiščenje trdnih snovi

Slika oranžne trdne snovi in ​​njene sublimirane rdečkaste sestavine sta primer, kakšen sublimacija predstavlja čiščenje trdnih snovi. Rdeče trikotnike po potrebi lahko ponovno sublimiramo, dokler ni zagotovljena visoka čistost.

Ta tehnika se uporablja večinoma z dišečimi trdnimi snovmi. Na primer: kamfor, kofein, benzoin in mentol.

Med drugimi trdnimi snovmi, ki jih je mogoče sublimacija, imamo: jod, led (na visoki nadmorski višini), teobromin (iz čokolade), saharin, morfin in druga zdravila, dušikove baze in antracen.

Kristalna sinteza

Vrnitev k rdečim trikotnikom sublimacija ponuja alternativo običajni kristalizaciji; Kristali ne bodo več sintetizirani iz raztopine, ampak z najbolj nadzorovanim možnim odlaganjem hlapov na hladno površino, kjer se lahko prikažejo kristalna semena, ki dajejo prednost določeni morfologiji.

Recimo, če imate rdeče kvadratke, bo rast kristalov ohranila to geometrijo in ne bi smela postati trikotna. Po poteku sublimacije bodo rdeči kvadratki postopoma rasli. Vendar gre za operativno in molekularno zapleten kompleks, v katerega je vključenih veliko spremenljivk.

Primeri kristalov, sintetiziranih s sublimacijo, so: silicijev karbid (SiC), grafit, arzen, selen, fosfor, aluminijev nitrid (AlN), kadmijev sulfid (CdS), cinkov selenid (ZnSe), živosrebrni jodid (HgI ₂ ), med drugim tudi grafen.

Upoštevajte, da gre res za dva prepletena pojava: progresivno sublimacijo in odlaganje (ali obratno sublimacija); para seli iz trdne snovi v hladnejša območja ali površine in se končno naseli v obliki kristalov.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedija. (2019). Sublimacija (fazni prehod). Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. januarja 2019). Sublimacija. Pridobljeno: misel.com
4. Sheila Morrissey (2019). Kaj je sublimacija v kemiji? - Opredelitev, postopek in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com
5. Elsevier BV (2019). Metoda sublimacije. ScienceDirect. Pridobljeno: sciencedirect.com