PROGRESÍVNA SUBLIMÁCIA: KONCEPT, POSTUP A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Progresívne sublimácie je termodynamický proces, v ktorom endotermická zmene dôjde priamo stavu z pevnej látky do plynu, bez predchádzajúceho vzniku kvapaliny. Správanie sa pevnej látky za normálnych podmienok je zahrievanie a topenie; to znamená zlúčiť sa. Medzitým pri sublimácii tuhá látka začne fajčiť priamo, bez predchádzajúceho výskytu kvapiek naznačujúcich jej topenie.

To, čo je opísané v predchádzajúcom odseku, je znázornené na obrázku vyššie. Predpokladajme pevnú oranžovú zmes (vľavo), ktorá sa začne zahrievať. Zmes sa skladá z dvoch zložiek alebo tuhých látok: jednej žltej a druhej červenej, ktorej kombinácia vytvára oranžovú farbu.

Príklad sublimácie hypotetickej oranžovej pevnej látky. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Červená tuhá látka sublimuje, pretože z nej netvorí tekutinu, ale nakoniec sa usadí (červené trojuholníky) na spodnej časti horného kontajnera; ten, ktorý obsahuje kocky ľadu, a preto ponúka studený povrch. Medzitým zostáva žltá pevná látka nezmenená teplom (žltý obdĺžnik).

Červené trojuholníky alebo kryštály sa ukladajú vďaka studenému povrchu prijímacej nádoby (vpravo), ktorá absorbuje ich teplotu; Aj keď to nie je zobrazené, veľkosť vašich kociek ľadu by sa mala v dôsledku absorpcie tepla zmenšiť. Žltá pevná látka nie je sublimovateľná, a ak ju skôr alebo neskôr zahrievate, roztopí sa.

Koncept progresívnej sublimácie

proces

Už bolo povedané, že sublimácia je endotermická zmena stavu, pretože aby k tomu došlo, musí dôjsť k absorpcii tepla. Ak tuhá látka absorbuje teplo, jej energia sa zvýši, takže jej častice budú tiež vibrovať pri vyšších frekvenciách.

Keď sa tieto vibrácie stanú veľmi silnými, nakoniec ovplyvnia intermolekulárne interakcie (nie kovalentné väzby); a následne sa častice skôr alebo neskôr budú pohybovať ďalej od seba, až dokiaľ nebudú schopné prúdiť a voľne sa pohybovať cez oblasti priestoru.

V niektorých tuhých látkach sú vibrácie také silné, že niektoré častice „strieľajú“ zo štruktúry namiesto zhlukovania v pohybujúcich sa zhlukoch, ktoré definujú kvapku. Tieto častice unikajú a integrujú prvú „bublinu“, ktorá by skôr prišla k vytvoreniu prvých pár sublimovanej pevnej látky.

Hovoríme teda nie o bode topenia, ale o bode sublimácie. Aj keď obidve sú závislé od tlaku prevládajúceho na tuhej látke, je bod sublimácie výraznejší; preto sa jeho teplota výrazne líši v závislosti od zmien tlaku (ako aj teploty varu).

Od pevnej štruktúry po plynnú poruchu

V sublimácii sa tiež hovorí, že dochádza k zvýšeniu entropie systému. Energetické stavy častíc prechádzajú od obmedzenia ich pevnými pozíciami v pevnej štruktúre k homogenizácii vo svojich vrtošivých a chaotických smeroch v jednotnejšom plynnom stave, kde nakoniec získavajú priemernú kinetickú energiu.

Fázový diagram a trojitý bod

Bod sublimácie závisí od tlaku; Pretože inak by tuhé častice absorbovali teplo, aby nevystrelili von do priestoru mimo tuhej látky, ale aby vytvorili kvapôčky. Nebolo by to sublimovať, ale roztaviť alebo roztaviť, ako je najbežnejšie.

Čím väčší je vonkajší tlak, tým menšia je pravdepodobnosť sublimácie, pretože tuhá látka je nútená roztaviť sa.

Ale ktoré tuhé látky sú sublimovateľné a ktoré nie? Odpoveď spočíva vo vašich fázových diagramoch P vs T, ako je schéma uvedená nižšie:

Fázový diagram pre hypotetickú látku. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Najprv sa musíme pozrieť na trojitý bod a prejsť cez spodnú časť: tú, ktorá oddeľuje pevné a plynné skupenstvo. Všimnite si, že v oblasti tuhej látky musí dôjsť k poklesu tlaku, aby došlo k sublimácii (nie nevyhnutne pri 1 atm, náš atmosférický tlak). Pri 1 atm hypotetická látka sublimuje na teplotu Ts vyjadrenú v K.

Čím dlhší a vodorovný je prierez alebo krivka pod trojitým bodom, tým väčšia je kapacita pevnej látky na sublimáciu pri rôznych teplotách; ak je však výrazne pod 1 atm, bude na dosiahnutie sublimácie potrebné vysoké vákuum takým spôsobom, že sa tlak zníži (napríklad 0,0001 atm).

podmienky

Ak je trojnásobný bod tisíckrát nižší ako atmosférický tlak, pevná látka sa nikdy sublimuje ani pri ultra-vákuu (nehovoriac o jeho náchylnosti na rozklad pôsobením tepla).

Ak to tak nie je, sublimácie sa uskutočňujú miernym zahrievaním a vystavením tuhej látky vákuu, takže jej častice ľahšie unikajú, bez toho, aby bolo potrebné absorbovať toľko tepla.

Sublimácia je veľmi dôležitá, keď sa jedná o pevné látky s vysokým tlakom pár; to znamená tlak vo vnútri, odraz efektívnosti ich interakcií. Čím vyšší je jeho tlak pary, tým je vonnejšia a tým je sublimovateľnejšia.

Príklady

Čistenie tuhých látok

Obrázok oranžovej pevnej látky a jej sublimovateľnej červenkastej zložky je príkladom toho, čo predstavuje sublimácia, pokiaľ ide o čistenie tuhých látok. Červené trojuholníky môžu byť podľa potreby znovu sublimované, kým nie je zaručená vysoká čistota.

Táto technika sa používa väčšinou pri voňavých tuhých látkach. Napríklad: gáfor, kofeín, benzín a mentol.

Medzi ďalšie pevné látky, ktoré môžu byť sublimáciou, patrí: jód, ľad (vo vysokých nadmorských výškach), teobromín (z čokolády), sacharín, morfín a ďalšie lieky, dusíkaté bázy a antracén.

Kryštalická syntéza

Vracajúc sa k červeným trojuholníkom ponúka sublimácia alternatívu ku konvenčnej kryštalizácii; Kryštály sa už nebudú syntetizovať z roztoku, ale prostredníctvom čo najkontrolovanejšej možnej depozície pár na studenom povrchu, kde môžu byť výhodne kryštalické semená, ktoré uprednostňujú špecifickú morfológiu.

Povedzme, že ak máte červené štvorce, rast kryštálov si zachová túto geometriu a nemal by sa stať trojuholníkovým. Červené štvorce budú postupne rásť, keď dôjde k sublimácii. Je to však operačne a molekulárne komplexný komplex, do ktorého je zapojených veľa premenných.

Príklady kryštálov syntetizovaných sublimáciou sú: karbid kremíka (SiC), grafit, arzén, selén, fosfor, nitrid hliníka (AlN), sulfid kadmia (CdS), selenid zinočnatý (ZnSe), jodid ortuti (HgI2) _. ), medzi inými grafén.

Všimnite si, že toto sú skutočne dva vzájomne prepojené javy: progresívna sublimácia a depozícia (alebo inverzná sublimácia); para migruje z tuhej látky do chladnejších oblastí alebo povrchov a nakoniec sa usadzuje vo forme kryštálov.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2019). Sublimácia (fázový prechod). Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. januára 2019). Sublimácie. Získané z: thinkco.com
4. Sheila Morrisseyová. (2019). Čo je to Sublimácia v chémii? - Definícia, proces a príklady. Štúdia. Obnovené z: study.com
5. Elsevier BV (2019). Metóda sublimácie. ScienceDirect. Obnovené z: sciposedirect.com