SUBLIMAREA INVERSĂ: CONCEPT ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Sublimare inversă este un proces termodinamic în care apare o modificare de gaz exotermic stat la un solid fără ca mai întâi să devină un lichid. Este cunoscut și prin denumirile de sublimare regresivă, desublimare sau depunere; acesta din urmă este cel mai utilizat în textele școlare și enciclopedice.

Se spune că sublimarea inversă este un proces exotermic, deoarece particulele gazoase (atomi sau molecule) trebuie să piardă energie prin eliberarea căldurii în mediu; în așa fel încât să se răcească suficient pentru a forma cristale, solidifica sau îngheța pe o suprafață.

Sublimarea inversă apare oriunde există o suprafață suficient de rece pentru ca cristalele să fie depuse pe ea direct dintr-o fază gazoasă. Sursa: Pixabay.

Cuvântul „depunere” (și nu „depunere”) înseamnă că particulele sunt depuse dintr-o fază gazoasă, fără a uda suprafața receptoare. De aceea, fenomenele de sublimare inversă se găsesc adesea pe obiecte înghețate; cum ar fi cu înghețul depus pe frunze sau peisajele de iarnă.

O astfel de depunere este adesea detectată de un strat subțire de cristale; deși poate fi, de asemenea, dintr-o pulbere aparentă sau argilă. Prin controlul acestui proces, pot fi proiectate noi materiale multistrat, unde fiecare strat constă dintr-un solid specific depus de procese chimice sau fizice.

Conceptul de sublimare inversă

Sublimarea inversă, după cum îi spune singur numele, este fenomenul opus sublimării: nu pornește de la un solid care se evaporă, ci de la un gaz care se solidifică sau îngheață.

Dacă vă gândiți molecular, va fi uimitor faptul că un gaz este capabil să se răcească până la punctul în care nici nu se condensează în primul rând; adică că trece la starea lichidă.

Rolul suprafeței

Un gaz, extrem de dezordonat și difuz, reușește brusc să își reorganizeze particulele și să se stabilească ca un solid (indiferent de aspectul său).

Acest lucru va fi cinetic și termodinamic dificil, deoarece are nevoie de un suport care primește particulele de gaz și le concentrează, astfel încât să interacționeze între ele pierzând energie; adică în timp ce se răcesc. Aici participă suprafața expusă la gaz: servind ca suport și schimbător de căldură.

Particulele de gaz schimbă căldura cu suprafața mai rece sau înghețată, astfel încât încetinesc și puțin câte puțin se formează primele nuclee cristaline. Pe aceste nuclee, mai reci decât gazul din jur, încep să fie depuse alte particule, care sunt încorporate în structura lor.

Rezultatul final al acestui proces este acela că un strat de cristale sau solide se termină formându-se pe suprafață.

Termeni

Pentru a avea loc sublimarea inversă, oricare dintre aceste două condiții trebuie să apară în mod obișnuit: suprafața în contact cu gazul trebuie să aibă o temperatură sub punctul său de îngheț; sau gazul trebuie supraînvelit, astfel încât imediat ce atinge suprafața, acesta este depus atunci când îi perturbă stabilitatea obiectivului.

Pe de altă parte, depunerea poate apărea și atunci când gazul este fierbinte. Dacă suprafața este suficient de rece, temperatura ridicată a gazului se va transfera brusc către ea și va determina ca particulele sale să se adapteze structurii suprafeței.

De fapt, există metode în care suprafața nici măcar nu trebuie să fie rece, deoarece participă direct la o reacție cu particulele gazoase care sfârșesc covalent (sau metalice) depuse pe ea.

În industria tehnologiei, o metodologie care funcționează de la acest principiu este utilizată pe scară largă și se numește depunerea de vapori chimici prin ardere.

Exemple de sublimare inversă

Berea îmbrăcată ca mireasă

Când o bere este atât de rece încât paharul sticlei sale este acoperit în alb atunci când este scos din frigider, se spune că este îmbrăcat ca mireasă.

Sticla de bere asigură suprafața necesară pentru ca moleculele de vapori de apă, H ₂ O, să se ciocnească și să piardă rapid energia. Dacă paharul este negru, veți observa cum se face alb de nicăieri și îl puteți rupe cu unghia pentru a scrie mesaje sau pentru a desena imagini pe el.

Uneori depunerea umidității din mediu este astfel încât berea să fie acoperită cu îngheț alb; dar efectul nu durează mult, deoarece pe măsură ce minutele trec, condensează și umezesc mâna celor care îl țin și îl beau.

Îngheţ

Similar cu ceea ce se întâmplă pe pereții unei bere, gerul este depus pe pereții interiori ai unor frigidere. De asemenea, aceste straturi de cristale de gheață sunt observate în natură la nivelul solului; nu cade din cer spre deosebire de zăpadă.

Vaporii de apă supra-răciți se ciocnesc cu suprafața frunzelor, copacilor, ierbii etc., și sfârșesc prin a le oferi căldură, pentru a se răci și a putea să se stabilească pe ei și să se manifeste prin modelele lor cristaline caracteristice și radiante.

Depunere fizică

Până acum s-a vorbit despre apă; Dar ce zici de alte substanțe sau compuși? Dacă există o particulă gazoasă de aur într-o cameră, de exemplu, și este introdus un obiect rece și rezistent, atunci se va depune un strat de aur. La fel s-ar întâmpla și cu alte metale sau compuși, atât timp cât nu necesită o creștere a presiunii sau a unui vid.

Ceea ce tocmai a fost descris este despre o metodă numită depunere fizică și este utilizată în industria materialelor pentru a crea acoperiri metalice pe anumite părți. Acum, problema constă în cum se obțin atomi de aur gazoși fără un consum mare de energie, deoarece sunt necesare temperaturi foarte ridicate.

Este acolo unde intră vidul, pentru a facilita trecerea de la solid la gaz (sublimare), precum și utilizarea fasciculelor de electroni.

Piciorul de pe pereții coșului de fum este adesea citat ca exemplu de depunere fizică; deși, particulele de carbon foarte fine, aflate deja în stare solidă și suspendate în fum, se stabilesc pur și simplu, fără a suferi o schimbare de stare. Acest lucru duce la înnegrirea pereților.

Depunere chimică

Dacă există o reacție chimică între gaz și suprafață, atunci este o depunere chimică. Această tehnică este comună în sinteza de semiconductoare, în acoperirea polimerilor prin straturi bactericide și fotocatalitice de TiO ₂ , sau pentru a oferi un material de protecție mecanică prin acoperirea lor cu ZrO ₂ .

Datorită depunerii chimice, este posibil să existe suprafețe de diamante, tungsten, teluride, nitride, carburi, siliciu, grafene, nanotuburi de carbon etc.

Compușii care au atomul M care trebuie depus și sunt, de asemenea, susceptibili la descompunerea termică, pot ceda M structurii suprafeței, astfel încât să se atașeze permanent.

De aceea se folosesc de obicei reactivi organometalici, care atunci când sunt descompuși renunță la atomii metalici, fără a fi nevoie să-l obținem direct din acesta; adică nu ar fi necesar să se folosească aur metalic, ci mai degrabă un complex de aur pentru a crea „placarea” dorită.

Rețineți cum conceptul inițial de sublimare inversă sau depunere ajunge să evolueze în funcție de aplicațiile tehnologice.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Maria Estela Raffino. (12 noiembrie 2019). Sublimare inversă. Recuperat din: concept.de
3. Wikipedia. (2019). Depozitare (tranziție de fază). Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (13 ianuarie 2019). Definiția depunerii în chimie. Recuperat de la: thinkco.com
5. Malesky, Mallory. (06 decembrie 2019). Diferența dintre depunere și sublimare. sciencing.com. Recuperat de la: știința.com
6. Enciclopedia exemplelor (2019). Depunere Recuperat din: exemple.co