PROGRESIVNÍ SUBLIMACE: KONCEPCE, PROCES A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Progresivní sublimace je termodynamický proces, ve kterém endotermická změně dojde přímo stavu z pevné látky do plynu, bez předchozího vzniku kapaliny. Chování pevné látky za normálních podmínek je zahřívání a tavení; to znamená sloučit se. Mezitím se při sublimaci pevná látka začne kouřit přímo, bez předchozího výskytu kapek svědčících o jeho tání.

To, co je popsáno v předchozím odstavci, je znázorněno na obrázku výše. Předpokládejme pevnou oranžovou směs (vlevo), která se začne zahřívat. Směs se skládá ze dvou složek nebo pevných látek: jedna žlutá a druhá červená, jejichž kombinace vytváří oranžovou barvu.

Příklad sublimace hypotetické oranžové pevné látky. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Červená pevná látka sublimuje, protože z ní netvoří kapalina, ale nakonec se usadí (červené trojúhelníky) na dně horní nádoby; ten, který obsahuje kostky ledu, a proto nabízí chladný povrch. Mezitím zůstává žlutá pevná látka nezměněna teplem (žlutý obdélník).

Červené trojúhelníky nebo krystaly se ukládají díky chladnému povrchu přijímací nádoby (vpravo), která absorbuje jejich teplotu; A i když to není zobrazeno, velikost vašich kostek ledu by se měla kvůli absorpci tepla zmenšit. Žlutá pevná látka není sublimovatelná a pokud ji budete ohřívat dříve nebo později, roztaví se.

Koncept progresivní sublimace

Proces

Již bylo řečeno, že sublimace je endotermická změna stavu, protože k tomu musí dojít absorpce tepla. Pokud pevná látka absorbuje teplo, její energie se zvýší, takže její částice budou také vibrovat při vyšších frekvencích.

Když se tyto vibrace stanou velmi silnými, nakonec ovlivní intermolekulární interakce (ne kovalentní vazby); a v důsledku toho dříve nebo později se částice budou pohybovat dále od sebe, dokud se jim nepodaří protékat a volně se pohybovat přes oblasti prostoru.

V některých pevných látkách jsou vibrace tak silné, že některé částice „vystřelí“ ze struktury namísto aglomerace v pohyblivých shlucích, které definují kapičku. Tyto částice unikají a integrují první „bublinu“, která by raději přišla k vytvoření prvních par sublimované pevné látky.

Mluvíme tedy nikoli o bodu tání, ale o bodu sublimace. Ačkoli oba jsou závislé na tlaku převládajícím na pevné látce, je bod sublimace spíše; proto se jeho teplota mění pozoruhodně se změnami tlaku (stejně jako teplota varu).

Od pevné struktury po plynnou poruchu

V sublimaci se také říká, že dochází ke zvýšení entropie systému. Energetické stavy částic přecházejí z omezení jejich pevnými polohami v pevné struktuře na homogenizaci ve svých vrtošivých a chaotických směrech v jednotnějším plynném stavu, kde konečně získají průměrnou kinetickou energii.

Fázový diagram a trojitý bod

Bod sublimace závisí na tlaku; Protože jinak by tuhé částice absorbovaly teplo, aby nevstřelily do vesmíru mimo pevnou látku, ale aby vytvořily kapičky. Nebylo by to sublimovat, ale roztavilo by se nebo roztavilo, jak je obvyklé.

Čím větší je vnější tlak, tím menší je pravděpodobnost sublimace, protože pevná látka je nucena tát.

Ale které pevné látky jsou sublimovatelné a které nikoli? Odpověď leží ve vašich fázových diagramech P vs T, jako je ta uvedená níže:

Fázový diagram pro hypotetickou látku. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Nejprve se musíme podívat na trojitý bod a projít spodní částí: část, která odděluje pevné a plynné stavy. Všimněte si, že v oblasti pevné látky musí dojít ke snížení tlaku, aby došlo k sublimaci (ne nutně při 1 atm, náš atmosférický tlak). Při 1 atm hypotetická látka sublimuje na teplotu Ts vyjádřenou v K.

Čím delší a vodorovný řez nebo křivka pod trojitým bodem, tím větší je kapacita pevné látky pro sublimaci při různých teplotách; ale je-li výrazně pod 1 atm, pak bude pro dosažení sublimace potřeba vysokého vakua, takže tlak bude snížen (například 0,0001 atm).

Podmínky

Pokud je trojnásobný bod tisíckrát nižší než atmosférický tlak, pevná látka nebude nikdy sublimovat ani s ultra-vakuem (nemluvě o jeho náchylnosti k rozkladu působením tepla).

Pokud tomu tak není, provádí se sublimace mírným zahříváním a podrobením pevné látky vakuu, takže její částice snadněji unikají, aniž by bylo nutné absorbovat tolik tepla.

Sublimace se stává velmi důležitou, když se jedná zejména o pevné látky s vysokým tlakem par; to znamená tlak uvnitř, odraz účinnosti jejich interakcí. Čím vyšší je jeho tlak par, tím je vonnější a čím je sublimovatelnější.

Příklady

Čištění pevných látek

Obrázek oranžové pevné látky a její sublimovatelné načervenalé složky je příkladem toho, co sublimace představuje, pokud jde o čištění pevných látek. Červené trojúhelníky lze podle potřeby znovu sublimovat, dokud není zaručena vysoká čistota.

Tato technika se používá hlavně u voňavých látek. Například: gáfor, kofein, benzoin a menthol.

Mezi další pevné látky, které mohou být sublimací, patří: jód, led (ve vysokých nadmořských výškách), teobromin (z čokolády), sacharin, morfin a další léky, dusíkaté báze a anthracen.

Krystalová syntéza

Vracet se k červeným trojúhelníkům nabízí sublimace alternativu k konvenční krystalizaci; Krystaly již nebudou syntetizovány z roztoku, nýbrž co nejkontrolovanějším možným ukládáním par na chladném povrchu, kde mohou být vhodně krystalická semena, která upřednostňují specifickou morfologii.

Řekněme, že pokud máte červené čtverečky, růst krystalů si tuto geometrii udrží a neměl by se stát trojúhelníkovým. Červené čtverečky budou postupně růst, jakmile dojde k sublimaci. Jedná se však o provozně a molekulárně komplexní komplex, do kterého je zapojeno mnoho proměnných.

Příklady krystalů syntetizovaných sublimací jsou: karbid křemíku (SiC), grafit, arsen, selen, fosfor, nitrid hliníku (AlN), sulfid kadmia (CdS), selenid zinečnatý (ZnSe), jodid rtuti (HgI ₂₎), mezi jinými grafen.

Všimněte si, že se jedná skutečně o dva vzájemně propojené jevy: progresivní sublimace a depozice (nebo inverzní sublimace); pára migruje z pevné látky do chladnějších oblastí nebo povrchů a nakonec se usazuje ve formě krystalů.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Wikipedia. (2019). Sublimace (fázový přechod). Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27. ledna 2019). Sublimace. Obnoveno z: thinkco.com
4. Sheila Morrisseyová. (2019). Co je sublimace v chemii? - Definice, proces a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com
5. Elsevier BV (2019). Metoda sublimace. ScienceDirect. Obnoveno z: sciposedirect.com