ODWRÓCONA SUBLIMACJA: KONCEPCJA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Odwrotne do sublimacji jest termodynamiczny proces, w którym pojawia się zmiana ze stanu egzotermicznej gazu do ciała stałego, bez uprzedniego staje się cieczą. Znany jest również pod nazwami sublimacji regresywnej, desublimacji lub depozycji; ten ostatni jest najczęściej używany w tekstach szkolnych i encyklopedycznych.

Uważa się, że odwrotna sublimacja jest procesem egzotermicznym, ponieważ cząsteczki gazu (atomy lub cząsteczki) muszą tracić energię, uwalniając ciepło do otoczenia; w taki sposób, aby ostygnąć na tyle, aby na powierzchni utworzyły się kryształy, zestaliły się lub zamarzły.

Odwrotna sublimacja zachodzi wszędzie tam, gdzie jest wystarczająco zimna powierzchnia, aby osadzać się na niej kryształy bezpośrednio z fazy gazowej. Źródło: Pixabay.

Słowo „osadzanie” (a nie „osadzanie”) oznacza, że ​​cząstka osadza się z fazy gazowej bez zwilżania powierzchni odbierającej. Dlatego zjawiska odwrotnej sublimacji często występują na lodowych przedmiotach; tak jak w przypadku szronu osadzającego się na liściach lub zimowych krajobrazach.

Takie osadzanie jest często wykrywane przez cienką warstwę kryształów; chociaż może być również wykonany z pozornego proszku lub gliny. Kontrolując ten proces, można zaprojektować nowe materiały wielowarstwowe, w których każda warstwa składa się z określonego ciała stałego osadzonego w procesach chemicznych lub fizycznych.

Koncepcja odwróconej sublimacji

Odwrócona sublimacja, jak sama nazwa wskazuje, jest zjawiskiem odwrotnym do sublimacji: nie zaczyna się od ciała stałego, które wyparowuje, ale od gazu, który krzepnie lub zamarza.

Jeśli rozumujesz molekularnie, zadziwiające będzie to, że gaz jest w stanie ochłodzić się do tego stopnia, że ​​w ogóle się nie skrapla; to znaczy przechodzi do stanu płynnego.

Rola powierzchni

Gaz, wysoce nieuporządkowany i rozproszony, nagle zmienia układ swoich cząstek i ustala się jako ciało stałe (niezależnie od jego wyglądu).

Samo w sobie będzie to trudne kinetycznie i termodynamicznie, ponieważ wymaga wsparcia, które odbiera cząsteczki gazu i koncentruje je tak, aby oddziaływały ze sobą, tracąc energię; to znaczy, gdy ostygną. Tutaj bierze udział powierzchnia wystawiona na działanie gazu, służąca jako podpora i wymiennik ciepła.

Cząsteczki gazu wymieniają ciepło z zimniejszą lub lodowatą powierzchnią, więc spowalniają i stopniowo tworzą się pierwsze krystaliczne jądra. Na tych jądrach, zimniejszych niż otaczający gaz, zaczynają się osadzać inne cząstki, które włączają się w ich strukturę.

Końcowym rezultatem tego procesu jest to, że na powierzchni tworzy się warstwa kryształów lub ciała stałego.

Warunki

Aby nastąpiła odwrotna sublimacja, zwykle musi istnieć jeden z tych dwóch warunków: powierzchnia stykająca się z gazem musi mieć temperaturę poniżej punktu zamarzania; lub gaz musi być przechłodzony w taki sposób, że gdy tylko dotknie powierzchni, zostaje osadzony, gdy zakłóca to stabilność bramki.

Z drugiej strony osadzanie się może również wystąpić, gdy gaz jest gorący. Jeśli powierzchnia jest wystarczająco chłodna, wysoka temperatura gazu przenosi się na nią nagle i powoduje, że cząsteczki dostosowują się do struktury powierzchni.

W rzeczywistości istnieją metody, w których powierzchnia nie musi nawet być zimna, ponieważ uczestniczy bezpośrednio w reakcji z cząstkami gazowymi, które ostatecznie osadzają się na niej kowalencyjnie (lub metalicznie).

W branży technologicznej szeroko stosowana jest metodologia, która działa na tej zasadzie i jest nazywana chemicznym osadzaniem z fazy gazowej poprzez spalanie.

Przykłady odwróconej sublimacji

Piwo przebrane za pannę młodą

Kiedy piwo jest tak zimne, że szklanka jego butelki po wyjęciu z lodówki pokrywa się białą, mówi się, że jest ubrana jak panna młoda.

Butelka piwa zapewnia niezbędną powierzchnię dla molekuł pary wodnej, H ₂ O, do zderzenia i szybkiej utraty energii. Jeśli szkło jest czarne, zauważysz, jak robi się białe nie wiadomo skąd, i możesz je oderwać paznokciem, aby napisać na nim wiadomości lub narysować.

Czasami wilgoć z otoczenia jest tak duża, że ​​piwo wydaje się pokryte białym szronem; ale efekt nie trwa długo, bo w miarę upływu minut skrapla się i nawilża ręce tych, którzy go trzymają i piją.

Mróz

Podobnie jak w przypadku ścian piwa, na wewnętrznych ścianach niektórych lodówek osadza się szron. Podobnie, te warstwy kryształków lodu są obserwowane w naturze na poziomie gruntu; nie spada z nieba w przeciwieństwie do śniegu.

Przechłodzona para wodna zderza się z powierzchnią liści, drzew, trawy itp., A następnie oddaje im ciepło, aby ostygły i mogły się na nich osadzić, manifestując się w ich charakterystycznych i promiennych wzorach krystalicznych.

Fizyczne osadzanie

Do tej pory mówiono o wodzie; A co z innymi substancjami lub związkami? Jeśli na przykład w komorze znajdują się gazowe cząsteczki złota i wprowadzony zostanie zimny i odporny przedmiot, to osadzi się na nim warstwa złota. To samo stanie się z innymi metalami lub związkami, o ile nie wymagają one wzrostu ciśnienia ani próżni.

To, co właśnie zostało opisane, dotyczy metody zwanej osadzaniem fizycznym i jest stosowana w przemyśle materiałowym do tworzenia metalicznych powłok na określonych częściach. Teraz problem polega na tym, jak uzyskać gazowe atomy złota bez dużego zużycia energii, ponieważ wymagane są bardzo wysokie temperatury.

To tam pojawia się próżnia, aby ułatwić przejście od ciała stałego do gazu (sublimacja), a także użycie wiązek elektronów.

Jako przykład fizycznego osadzania się często podaje się sadzę na ścianach komina; chociaż bardzo drobne cząsteczki węgla, już w stanie stałym i zawieszone w dymie, po prostu opadają bez zmiany stanu. Prowadzi to do zaczernienia ścian.

Osadzanie chemiczne

Jeśli między gazem a powierzchnią zachodzi reakcja chemiczna, jest to osadzanie chemiczne. Technika ta jest powszechna w syntezie półprzewodników, w powlekaniu polimerów warstwami bakteriobójczymi i fotokatalitycznymi TiO ₂ lub w celu zapewnienia mechanicznego materiału ochronnego poprzez pokrycie ich ZrO ₂ .

Dzięki osadzaniu chemicznemu możliwe jest uzyskanie powierzchni diamentów, wolframu, tellurków, azotków, węglików, krzemu, grafenów, nanorurek węglowych itp.

Związki, które mają osadzony atom M, a także są podatne na rozkład termiczny, mogą dawać M do struktury powierzchni, tak że zostaje trwale przymocowany.

Dlatego zwykle stosuje się odczynniki metaloorganiczne, które po rozłożeniu oddają atomy metalu bez konieczności pozyskiwania ich bezpośrednio z niego; to znaczy, że nie byłoby konieczne użycie metalicznego złota, ale raczej kompleks złota, aby uzyskać pożądane złocenie.

Zwróć uwagę, jak początkowa koncepcja odwróconej sublimacji lub osadzania ewoluuje zgodnie z zastosowaniami technologicznymi.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Maria Estela Raffino. (12 listopada 2019). Odwrócona sublimacja. Odzyskany z: concept.de
3. Wikipedia. (2019). Osadzanie (przemiana fazowa). Odzyskane z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (13 stycznia 2019). Definicja osadzania w chemii. Odzyskany z: thinkco.com
5. Malesky, Mallory. (06 grudnia 2019). Różnica między osadzaniem a sublimacją. sciencing.com. Odzyskany z: sciencing.com
6. Encyklopedia przykładów (2019). Zeznanie Odzyskany z: examples.co