SUBLIMERING: KONCEPT, PROCESS OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den sublime är en termodynamisk process i vilken en endotermisk förändring sker direkt tillstånd från ett fast till en gas, utan föregående bildning av vätskan. Ett framträdande exempel på denna process är torris; När den utsätts för solen eller nedsänkt i en vätska går den direkt från ett fast till ett gasformigt tillstånd.

Det fasta ämnets beteende under normala förhållanden är att värma upp och komma från en första droppe, där mer fasta partiklar upplöses tills de smälter helt. Samtidigt talar vi i sublimering om en "bubbla", om en progressiv ånga som inte våter ytan den berör, men omedelbart deponeras eller kristalliseras.

Exempel på sublimering av ett hypotetiskt orange fast ämne. Källa: Gabriel Bolívar.

Det som beskrivs i stycket ovan representeras i bilden ovan. Anta en orange fast blandning (till vänster), som börjar öka sin energi genom att öka temperaturen. Den röda komponenten sublimerar för att senare sedimentera i botten av den mottagande behållaren, vars temperatur är lägre på grund av att isbitar har sitt innehåll.

De röda trianglarna eller kristallerna avsattes tack vare den kalla ytan på denna behållare (höger), som absorberar deras temperatur; Och även om det inte visas bör storleken på dina isbitar minska på grund av värmeabsorption. Det återstående fasta ämnet har en gul komponent som inte kan sublimeras under processbetingelserna.

Sublimeringskoncept

Bearbeta

Det har redan sagts att sublimering är en endoterm tillståndsförändring, för att den ska ske måste det finnas värmeabsorption. Om det fasta materialet absorberar värme kommer energin att öka, så dess partiklar kommer också att vibrera vid högre frekvenser.

När dessa vibrationer blir mycket starka påverkar de intermolekylära interaktioner (inte kovalenta bindningar); och följaktligen kommer förr eller senare partiklarna att röra sig längre bort från varandra tills de lyckas flyta och röra sig fritt genom rymdområdena.

I vissa fasta ämnen är vibrationerna så starka att vissa partiklar "skjuter" ut ur strukturen istället för att agglomerera i rörliga kluster som definierar en droppe. Dessa partiklar undviker och integrerar den första "bubblan", som snarare skulle komma att bilda de första ångorna från det sublimerade fasta ämnet.

Vi talar då inte om en smältpunkt, utan om en sublimeringspunkt. Även om båda är beroende av det tryck som råder på det fasta materialet, är sublimeringspunkten mer; därför varierar dess temperatur anmärkningsvärt med förändringar i tryck (liksom kokpunkten).

Från fast struktur till gasformig störning

Vid sublimering sägs det också att det finns en ökning av systemets entropi. De energiska tillstånden för partiklarna går från att vara begränsade av deras fasta positioner i den fasta strukturen, till homogenisering i deras förfärliga och kaotiska riktningar i det mer enhetliga gasformiga tillståndet, där de äntligen får en genomsnittlig kinetisk energi.

Fasdiagram och trippelpunkt

Sublimeringspunkten beror på trycket; Eftersom annars skulle de fasta partiklarna ta upp värme för att inte skjuta ut i rymden utanför det fasta materialet, utan för att bilda droppar. Det skulle inte sublimera, men skulle smälta eller smälta, som är det vanligaste.

Ju större det yttre trycket är, desto mindre troligt är sublimeringen eftersom det fasta materialet tvingas smälta.

Men vilka fasta ämnen är sublimerbara och vilka är det inte? Svaret ligger i dina P vs T-fasdiagram, som det som visas nedan:

Fasdiagram för en hypotetisk substans. Källa: Gabriel Bolívar.

Vi måste först titta på trippelpunkten och gå igenom det nedre avsnittet: det som separerar de fasta och gasformiga tillstånden. Observera att i det fasta området måste det finnas ett tryckfall för att sublimering ska inträffa (inte nödvändigtvis vid 1 atm, vårt atmosfärstryck). Vid 1 atm kommer den hypotetiska substansen att sublimera till en temperatur Ts uttryckt i K.

Ju längre och horisontell sektionen eller kurvan under trippelpunkten är, desto större är det fasta ämnet att sublimera vid olika temperaturer; men om det är långt under 1 atm, kommer höga vakuum att behövas för att uppnå sublimering, så att trycket sänks (till exempel 0,0001 atm).

Villkor

Om trippelpunkten är tusentals gånger lägre än atmosfärstrycket, kommer det fasta materialet aldrig att sublimera även med ultravakuum (för att inte tala om dess mottaglighet för sönderdelning genom värmeverkan).

Om detta inte är fallet utförs sublimeringarna genom måttlig uppvärmning och utsätts det fasta ämnet till ett vakuum så att dess partiklar slipper ut lättare utan att de behöver absorbera så mycket värme.

Sublimering blir mycket viktig när man handlar särskilt med fasta ämnen med högt ångtryck; det vill säga trycket inuti, en återspegling av effektiviteten i deras interaktioner. Ju högre dess ångtryck, desto mer doftande är det, och desto mer sublimabelt är det.

exempel

Rening av fasta ämnen

Bilden av det orange fasta ämnet och dess sublimerbara rödaktiga komponent är ett exempel på vad sublimering representerar när det gäller rening av fasta ämnen. Röda trianglar kan sublimeras om det behövs tills hög renhet garanteras.

Denna teknik används mest med doftande fasta ämnen. Till exempel: kamfer, koffein, bensin och mentol.

Bland andra fasta ämnen som kan vara sublimering har vi: jod, is (i höga höjder), teobromin (från choklad), sackarin, morfin och andra droger, kvävebaser och antracen.

Kristallsyntes

Återvända till de röda trianglarna erbjuder sublimering ett alternativ till konventionell kristallisation; Kristaller kommer inte längre att syntetiseras från en lösning, utan genom den mest kontrollerade möjliga avsättningen av ångor på en kall yta, där det lämpligen kan vara kristallina frön för att gynna en specifik morfologi.

Säg att om du har röda rutor kommer kristalltillväxten att behålla denna geometri och de borde inte bli triangulära. De röda rutorna växer gradvis när sublimeringen sker. Det är emellertid ett operationellt och molekylärt komplex, där många variabler är involverade.

Exempel på kristallerna syntetiserade via sublimering är: kiselkarbid (SiC), grafit, arsenik, selen, fosfor, aluminiumnitrid (AIN), kadmiumsulfid (CdS), zinkselenid (ZnSe), kvicksilver-jodid (HGI ₂ ), grafen, bland andra.

Observera att det här egentligen är två sammanflätade fenomen: progressiv sublimering och deposition (eller invers sublimering); ångan migrerar från de fasta till kylare områden eller ytor, och slutligen sedimenteras i form av kristaller.

Teman av intresse

Exempel på sublimering.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2019). Sublimering (fasövergång). Återställd från: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27 januari 2019). Sublimering. Återställd från: thoughtco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Vad är sublimering inom kemi? - Definition, process och exempel. Studie. Återställd från: study.com
5. Elsevier BV (2019). Sublimeringsmetod. Science. Återställd från: sciencedirect.com