SUBLIMACIJA: KONCEPT, POSTUPAK I PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Sublimacija je termodinamički proces u kojem se pojavljuje endotermni promjene direktno državu iz krutine na plin, bez prethodne tvorbe tekućine. Istaknuti primjer ovog procesa je primjer suhog leda; Izložen suncu ili uronjen u tekućinu prelazi izravno iz krutog u plinovito stanje.

Ponašanje krute tvari u normalnim uvjetima je da se zagrijava i nastaje prva kap, pri čemu se više čvrstih čestica otapa sve dok se potpuno ne otopi. U međuvremenu, u sublimaciji govorimo o "mjehuriću", progresivnom isparavanju koji ne vlaži površinu koju dodiruje, već se odmah taloži ili kristalizira.

Primjer sublimacije hipotetičke narančaste krutine. Izvor: Gabriel Bolívar.

Ono što je opisano u gornjem stavku prikazano je na gornjoj slici. Pretpostavimo narančastu krutu smjesu (lijevo) koja počinje povećavati svoju energiju povećanjem temperature. Crvena komponenta sublimira, da bi se kasnije nastanila na dnu spremnika čija je temperatura niža zbog sadržaja kockica leda.

Crveni trokuti ili kristali se talože zahvaljujući hladnoj površini ovog spremnika (desno), koja apsorbira njihovu temperaturu; Čak i ako se ne prikazuje, veličina vaših kockica leda trebala bi se smanjiti zbog apsorpcije topline. Preostala kruta tvar ima žutu komponentu koja se ne može sublimirati u uvjetima postupka.

Koncept sublimacije

Postupak

Već je rečeno da je sublimacija endotermička promjena stanja, jer da bi se to dogodilo mora postojati apsorpcija topline. Ako krutina apsorbira toplinu, njena energija će se povećavati, pa će i njezine čestice vibrirati na većim frekvencijama.

Kad te vibracije postanu vrlo jake, onda završavaju utječu na intermolekularne interakcije (ne kovalentne veze); i prema tome, prije ili kasnije čestice će se odmaknuti dalje jedna od druge, sve dok ne uspiju teći i slobodnije se kretati kroz područja prostora.

U nekim su čvrstim materijama vibracije toliko snažne da neke čestice „pucaju“ iz strukture umjesto da se stvaraju u pokretnim grozdovima koji definiraju kapljicu. Te čestice bježe i integriraju prvi "mjehurić", koji bi radije došao do stvaranja prvih para sublimirane krute tvari.

Tada govorimo ne o talištu, već o točki sublimacije. Iako su oba ovisna o tlaku koji prevladava na krutini, točka sublimacije je tim više; stoga njegova temperatura znatno varira s promjenama tlaka (kao i vrelište).

Od čvrste strukture do poremećaja plinova

U sublimaciji se također kaže da postoji porast entropije sustava. Energetska stanja čestica idu od ograničavanja fiksnog položaja u čvrstoj strukturi, do homogeniziranja u kapricijskom i kaotičnom smjeru u jednoličnije plinovito stanje, gdje napokon stječu prosječnu kinetičku energiju.

Fazni dijagram i trostruka točka

Točka sublimacije ovisi o tlaku; Jer u suprotnom, krute čestice apsorbiraju toplinu da ne bi pucale u prostor izvan krute tvari, već da bi formirale kapljice. Ne bi se sublimiralo, već bi se rastopilo ili rastopilo, kao što je najčešće.

Što je veći vanjski tlak, to je vjerojatnije sublimacija jer je krutina prisiljena da se rastopi.

Ali koje su čvrste tvari sublimabilne, a koje ne? Odgovor se krije u vašim D vs T faznim dijagramima, poput sljedećeg:

Fazni dijagram za hipotetsku tvar. Izvor: Gabriel Bolívar.

Prvo moramo pogledati trostruku točku i proći donji dio: onaj koji razdvaja čvrsto i plinovito stanje. Imajte na umu da u području krutine mora doći do pada tlaka da bi došlo do sublimacije (ne nužno na 1 atm, naš atmosferski tlak). Pri 1 atm, hipotetička tvar sublimira se na temperaturu Ts izraženu u K.

Što je dulji i vodoravni presjek ili krivulja ispod trostruke točke, veći je kapacitet krute tvari za sublimiranje na različitim temperaturama; ali ako je znatno ispod 1 atm, bit će vam potrebni visoki vakuumi za postizanje sublimacije, tako da se pritisci snižavaju (na primjer 0,0001 atm).

Pojmovi

Ako je trostruka točka tisuću puta niža od atmosferskog tlaka, krutina se nikada neće sublimirati čak ni ultravakuumom (da ne spominjemo njezinu osjetljivost na raspadanje djelovanjem topline).

Ako to nije slučaj, sublimacije se provode zagrijavanjem umjereno i podvrgavanjem krute tvari vakuumu kako bi njegove čestice lakše pobjegle, bez potrebe da apsorbiraju toliko topline.

Sublimacija postaje vrlo važna kada se postupa posebno s krutinama s visokim tlakom pare; to jest, pritisak unutar, odraz učinkovitosti njihovih interakcija. Što je njegov parni tlak veći, to je aromatičniji i sublimičniji.

Primjeri

Pročišćavanje krutih tvari

Slika narančaste krute tvari i njezine sublimirane crvenkaste komponente primjer je onoga što predstavlja sublimacija koja se odnosi na pročišćavanje krutih tvari. Crveni trokut po potrebi možete ponovo sublimirati sve dok se ne zajamči visoka čistoća.

Ova se tehnika koristi uglavnom sa mirisnim krutinama. Na primjer: kamfor, kofein, benzoin i mentol.

Među ostalim čvrstim supstancama koje mogu biti sublimacija imamo: jod, led (na velikim nadmorskim visinama), teobromin (od čokolade), saharin, morfij i druge droge, dušične baze i antracen.

Sinteza kristala

Vraćajući se crvenim trokutima, sublimacija nudi alternativu konvencionalnoj kristalizaciji; Kristali se više neće sintetizirati iz otopine, već kroz najkontroliranije moguće taloženje para na hladnoj površini, gdje povoljno može postojati kristalno sjeme koje pogoduje određenoj morfologiji.

Recimo, ako imate crvene kvadrate, rast kristala zadržavat će ovu geometriju i oni ne bi trebali postati trokutasti. Kako se sublimacija odvija, postupno će rasti crveni kvadrati. Međutim, radi se o operativno i molekularno složenom kompleksu u koji su uključene mnoge varijable.

Primjeri kristala sintetiziranih sublimacijom su: silicij-karbid (SiC), grafit, arsen, selen, fosfor, aluminijev nitrid (AlN), kadmij sulfid (CdS), cinkov selenid (ZnSe), živin jodid (HgI ₂), između ostalog i grafen.

Imajte na umu da su to zaista dva isprepletena fenomena: progresivna sublimacija i taloženje (ili obrnuta sublimacija); para migrira iz krute tvari u hladnija područja ili površine, da bi se konačno taložila kao kristali.

Teme interesa

Primjeri sublimacije.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedia. (2019). Sublimacija (fazni prijelaz). Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. siječnja 2019.). Sublimacija. Oporavilo od: misel.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Što je sublimacija u kemiji? - Definicija, postupak i primjeri. Studija. Oporavilo od: study.com
5. Elsevier BV (2019). Metoda sublimacije. ScienceDirect. Oporavilo od: sciencedirect.com