SUBLIMAREA: CONCEPT, PROCES ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Sublimarea este un proces termodinamic în care o schimbare endoterm are loc direct de stat dintr - un solid la un gaz, fără formarea prealabilă a lichidului. Un exemplu proeminent al acestui proces este cel al gheții uscate; Când este expus la soare sau cufundat într-un lichid, acesta trece direct de la un solid la o stare gazoasă.

Comportamentul solidului în condiții normale este să se încălzească și să genereze o primă picătură, unde mai multe particule solide se dizolvă până se topesc complet. Între timp, în sublimare, vorbim de o „bulă”, de un vapor progresiv care nu ude suprafața pe care o atinge, ci este imediat depus sau cristalizat.

Exemplu de sublimare a unui solid portocaliu ipotetic. Sursa: Gabriel Bolívar.

Ceea ce este descris în paragraful de mai sus este reprezentat în imaginea de mai sus. Să presupunem un amestec solid portocaliu (stânga), care începe să-și crească energia prin creșterea temperaturii. Componenta roșie se sublimează, pentru a se așeza ulterior în partea de jos a containerului receptor, a cărei temperatură este mai scăzută datorită faptului că are cuburi de gheață în conținutul său.

Triunghiurile sau cristalele roșii sunt depuse datorită suprafeței reci a acestui recipient (dreapta), care absoarbe temperatura acestora; Și chiar dacă nu arată, dimensiunea cuburilor de gheață ar trebui să scadă din cauza absorbției de căldură. Solidul rămas are o componentă galbenă care nu poate fi sublimată în condițiile procesului.

Conceptul de sublimare

Proces

S-a spus deja că sublimarea este o schimbare de stare endotermică, deoarece pentru ca aceasta să apară trebuie să fie absorbție de căldură. Dacă solidul absoarbe căldura, energia sa va crește, astfel încât particulele sale vor vibra și la frecvențe mai mari.

Când aceste vibrații devin foarte puternice, sfârșesc afectând interacțiunile intermoleculare (nu legături covalente); și, în consecință, mai devreme sau mai târziu, particulele se vor îndepărta mai departe unele de altele, până când vor reuși să curgă și să se deplaseze mai liber prin regiunile spațiului.

În unele solide, vibrațiile sunt atât de puternice încât unele particule „trag” din structură în loc să se aglomereze în grupuri în mișcare care definesc o picătură. Aceste particule scapă și integrează prima „bulă”, care ar prefera să formeze primii vapori ai solidului sublimat.

Vorbim atunci nu despre un punct de topire, ci despre un punct de sublimare. Deși ambele sunt dependente de presiunea prevalentă asupra solidului, punctul de sublimare este mai mult decât atât; prin urmare, temperatura sa variază remarcabil cu modificările de presiune (la fel ca punctul de fierbere).

De la structura solidă la tulburarea gazoasă

În sublimare se mai spune că există o creștere a entropiei sistemului. Stările energetice ale particulelor pleacă de la a fi limitate de pozițiile lor fixe în structura solidă, până la omogenizarea în direcțiile lor capricioase și haotice în starea gazoasă mai uniformă, unde capătă în sfârșit o energie cinetică medie.

Diagrama de fază și punctul triplu

Punctul de sublimare depinde de presiune; Deoarece în caz contrar, particulele solide ar absorbi căldura nu pentru a trage în spațiul din afara solidului, ci pentru a forma picături. Nu s-ar sublima, ci s-ar topi sau s-ar topi, așa cum este cel mai obișnuit.

Cu cât presiunea externă este mai mare, cu atât sublimarea este mai mică, deoarece solidul este forțat să se topească.

Dar care solide sunt sublimabile și care nu? Răspunsul se află în diagramele de fază P vs T, precum cea prezentată mai jos:

Diagrama de fază pentru o substanță ipotetică. Sursa: Gabriel Bolívar.

Mai întâi trebuie să privim punctul triplu și să parcurgem secțiunea inferioară: cea care separă stările solide și gazoase. Rețineți că, în regiunea solidului, trebuie să existe o scădere a presiunii pentru ca sublimarea să apară (nu neapărat la 1 atm, presiunea noastră atmosferică). La 1 atm, substanța ipotetică se sublimează la o temperatură Ts exprimată în K.

Cu cât este mai lungă și orizontală secțiunea sau curba sub punctul triplu, cu atât este mai mare capacitatea solidului de a sublima la diferite temperaturi; dar dacă este mult sub 1 atm, atunci va fi nevoie de vacuțe mari pentru a atinge sublimarea, astfel încât presiunile să fie reduse (de exemplu, 0,0001 atm).

Termeni

Dacă punctul triplu este de mii de ori mai mic decât presiunea atmosferică, solidul nu se va sublima niciodată cu ultra-vidul (fără a menționa sensibilitatea sa la descompunere prin acțiunea căldurii).

Dacă nu este cazul, sublimările se realizează prin încălzire moderată și supunerea solidului la vid, astfel încât particulele sale să scape mai ușor, fără a fi nevoie ca acestea să absoarbă atât de multă căldură.

Sublimarea devine foarte importantă atunci când tratăm mai ales solide cu o presiune mare de vapori; adică, presiunea din interior, o reflectare a eficienței interacțiunilor lor. Cu cât presiunea de vapori este mai mare, cu atât este mai parfumată și cu atât este mai sublimabilă.

Exemple

Purificarea solidelor

Imaginea solidului portocaliu și a componentei sale roșcate sublimabile este un exemplu a ceea ce reprezintă sublimarea, în ceea ce privește purificarea solidelor. Triunghiurile roșii pot fi re-sublimate după cum este necesar, până când este garantată o puritate ridicată.

Această tehnică este folosită mai ales cu solidele aromate. De exemplu: camfor, cofeină, benzoin și mentol.

Printre alte solide care pot fi sublimare avem: iod, gheață (la altitudini mari), teobromină (din ciocolată), zaharină, morfină și alte medicamente, baze azotate și antracen.

Sinteza cristalului

Revenind la triunghiurile roșii, sublimarea oferă o alternativă la cristalizarea convențională; Cristalele nu vor mai fi sintetizate dintr-o soluție, ci prin depunerea cea mai controlată posibilă a vaporilor pe o suprafață rece, unde pot fi convenabil semințe cristaline care să favorizeze o morfologie specifică.

Spuneți că, dacă aveți pătrate roșii, creșterea cristalului va păstra această geometrie și nu ar trebui să devină triunghiulare. Pătratele roșii vor crește treptat pe măsură ce are loc sublimarea. Cu toate acestea, este un complex operațional și molecular complex, în care sunt implicate multe variabile.

Exemple de cristale sintetizate prin sublimare sunt: ​​carbură de siliciu (SiC), grafit, arsenic, seleniu, fosfor, nitrură de aluminiu (AlN), sulfură de cadmiu (CdS), selenură de zinc (ZnSe), iodură de mercur (HgI ₂ ), grafen, printre altele.

Rețineți că acestea sunt cu adevărat două fenomene întrețesute: sublimarea progresivă și depunerea (sau sublimarea inversă); vaporii migrează din solid în regiuni sau suprafețe mai reci, pentru a se stabili în sfârșit ca cristale.

Teme de interes

Exemple de sublimare.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Wikipedia. (2019). Sublimare (tranziție de fază). Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27 ianuarie 2019). Sublimarea. Recuperat de la: thinkco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Ce este sublimarea în chimie? - Definiție, proces și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com
5. Elsevier BV (2019). Metoda sublimării. ScienceDirect. Recuperat de la: sciencedirect.com