А сублимация Това е промяна във агрегатното състояние на материята, характеризираща се с директно преминаване от твърда фаза към газообразна фаза, без преминаване през течната фаза. Строго погледнато, всяко вещество може да претърпи сублимация, но при определени условия на налягане и температура. Сублимацията е свързана с налягането на парите в твърдата фаза, както и с междумолекулните взаимодействия, упражнявани от твърдите вещества.
Този процес може лесно да се наблюдава в парче сух лед, което се състои от твърд въглероден диоксид. Въглеродният диоксид сублимира под налягане и при стайна температура. Процесът, противоположен на сублимацията, може да се нарече повторна сублимация или отлагане. За да възникне сублимация, материята трябва да абсорбира енергия, така че се счита за ендотермичен процес.
Прочетете също: Какви са агрегатните състояния на материята?
Резюме за сублимацията
Сублимацията е директното преминаване от твърдата фаза към газообразната фаза, без преминаване през течната фаза.
Необходими са специфични условия на налягане и температура, за да се наблюдава сублимацията на дадено вещество.
Сублимацията се влияе от термодинамични аспекти, като налягане на парите в твърдата фаза и междумолекулни взаимодействия.
Сублимацията е ендотермичен процес.
Пример за сублимация е това, което се случва в сухия лед, който се състои от твърд въглероден диоксид.
Какво е сублимация?
сублимацията е директен преход от твърда фаза към газова фаза, без да преминава през течната фаза. Това се случва при специфични условия на температура и налягане за някои твърди вещества. Този преход е физически процес на промяна на състоянието, който не включва химични реакции.
Обратният процес, т.е. директното преминаване от газообразна фаза към твърда фаза, се нарича по различен начин. Някои автори запазват думата сублимация за тази фазова промяна, докато други използват „ресублимация“ и дори „отлагане“.
Как работи сублимацията
Може да се направи паралел между сублимация и изпарение. И в двата случая крайната точка е газова фаза. Разликата очевидно е в началната фаза: твърдо за сублимация и течно за изпаряване.
И в двата случая, има влияние на налягането изпаряване, а също и термодинамични аспекти, включващи топлина и междумолекулни взаимодействия.
Какво е парно налягане?
В затворен контейнер, съдържащ течност, е възможно да се усети, че има равновесие между течната фаза и парната фаза. Това се случва, защото дори под температурата на кипене наличната енергия е достатъчна, за да могат някои молекули от течността да се отделят и да преминат в парата. Въпреки това, някои молекули на парата също могат да кондензират отново и да се върнат в течната фаза, което демонстрира обратимостта на процеса.
Тази пара, направена от материя (има маса и обем), упражнения налягане върху повърхността на течността, известно като парно налягане. Зависи не от количеството течност, а от температурата, защото колкото по-висока е температурата, толкова по-лесно молекулите се отделят от течната фаза.
Течностите, които имат високо налягане на парите при обикновени температури, се наричат летливи. Например при 25°C етиловият етер има парно налягане от 0,58 atm, ацетонът (пропанон) има парно налягане от 0,29 atm, докато водата има парно налягане от 0,023 atm. Между другото, когато налягането на парите е идентично с атмосферното налягане, течността кипи. За да научите повече за налягането на парите, щракнете тук.
Парно налягане и сублимация
Макар и в по-малка степен, твърдите вещества също имат парно налягане, но много по-ниска от тази на течностите. Например, дори при температура от 1000 K, налягането на парите на желязото е само 9,21 x 10-20 банкомат Въпреки това, някои твърди вещества успяват да претърпят сублимация, като например йод, представяйки по-високо налягане на парите при нормални температури (4 x 10-4 банкомат).
Това е възможно само при преминаване на молекули от твърдо състояние директно в газообразно състояние. За да се случи това, трябва да присъстват молекули на твърдото вещество междумолекулни взаимодействия слаб (при йода например те са от типа индуциран дипол-индуциран дипол).
Вижда се също, че процесът на сублимация е ендотермичен, тоест има нужда молекулите на твърдото вещество да абсорбират енергия под формата на топлина, за да могат да прекъснат междумолекулните взаимодействия и да преминат в парообразно състояние. Количеството включена топлина може да бъде измерено чрез термодинамично количество, известно като енталпия на сублимация.
Диаграма на фазите
Да се да знаете в кой диапазон от налягане и температура ще настъпи сублимация на твърдо вещество, трябва да оцените вашата фазова диаграма. Нека да разгледаме случая с въглеродния диоксид, CO2.
Във фазова диаграма граничните линии между състояния (твърдо, течно и газообразно) обединяват стойностите на налягането и температурата за настъпва промяна на състоянието. При наблюдение на случая с CO2 се забелязва, че при 1 атмосфера налягане твърдата фаза преминава директно в парната фаза при температура от -78,5 °C, което характеризира сублимация.
Въглеродният диоксид има течна фаза само при налягане над 5,11 атмосфери и над това налягане сублимацията вече не е възможна. За да научите повече за фазовата диаграма, щракнете тук.
примери за сублимация
Сух лед: сух лед, често използван за създаване на ефекти на мъгла на партита и събития, всъщност е въглероден диоксид в твърдо състояние.
нафталин: нафталинът се прави от нафталин, ароматно органично съединение. Прилага се за премахване на лоши миризми, а също и за плашене на молци, хлебарки и други отровни животни, поради което е обичайно да се използват в килери или дори писоари.
Камфор: С характерна миризма, камфоровите камъчета също могат да претърпят сублимация. Те също така служат за плашене на комари и предотвратяване на мухъл.
йод: неметалът, принадлежащ към халогените, също претърпява сублимация.
Въпреки това, сред представените вещества, само въглеродният диоксид претърпява сублимация при околни условия. Другите, дори със сублимация, могат да претърпят нормален синтез под налягането, в което живеем.
Прочетете също: Плазма - четвъртото състояние на материята
Решени упражнения за сублимация
Въпрос 1
(Fuvest 2020) В супермаркетите е обичайно да се намерят така наречените лиофилизирани храни, като плодове, зеленчуци и месо. Лиофилизираните храни все още са годни за консумация след дълго време, дори и без охлаждане. Терминът „лиофилизиран“ в тези храни се отнася до процеса на замразяване и последваща дехидратация чрез сублимация на вода. За да възникне сублимация на водата, е необходима комбинация от условия, както е показано на графиката налягане-температура, където линиите представляват фазови преходи.
Въпреки че е процес, който изисква индустриално използването на определена технология, има доказателства, че хората предколумбийците, които са живели в най-високите райони на Андите, са успели да изсушат храната чрез замразяване, което е направило възможно съхранението й за повече време. Вижте алтернативата, която обяснява как протича естественият процес на сушене чрез замразяване:
а) Възникна сублимация на водата поради ниските температури и високото атмосферно налягане в планините.
б) Храната, след като е била естествено замразена в студени периоди, е била отнесена в най-ниската част на планината, където атмосферното налягане е по-ниско, което прави възможна сублимацията.
в) Храната беше изложена на слънце, за да се повиши температурата, а ниското локално атмосферно налягане благоприятстваше втвърдяването.
г) Температурите са били достатъчно ниски през студените периоди, за да замръзнат храните, а ниското атмосферно налягане във високите планини прави възможна сублимацията.
д) Храните, след като са били естествено замразени, са били пресовани, за да се увеличи налягането, така че да може да настъпи сублимация.
Отговор: Буква Г.
При лиофилизацията има замразяване на водата с последваща сублимация. Предколумбовите народи са можели да извършват такъв процес, тъй като през зимата водата може да замръзне (стрелка 1) и при ниското налягане (стрелка 2) в най-високите райони на Андите, може да претърпи сублимация (стрелка 3).
въпрос 2
(Uerj 2005) Сухият лед или втвърденият въглероден диоксид, широко използван в хладилните процеси, претърпява сублимация при околни условия. По време на тази трансформация се появяват, наред с други, феномените на промяна на енергията и прекъсване на взаимодействията.
Тези явления се класифицират съответно като:
а) екзотермични - междуйонни
б) екзотермични – междуядрени
в) изотермичен – междуатомен
г) ендотермично – междумолекулно
Отговор: Буква Г.
Сублимацията е ендотермичен процес, тъй като изисква абсорбиране на топлина, за да се нарушат взаимодействията, които поддържат компактните молекули на твърдата фаза. Тези взаимодействия са от междумолекулен тип.
От Стефано Араухо Новаис
Учител по химия