ΕΝΑ εξάχνιση Είναι μια αλλαγή στη φυσική κατάσταση της ύλης που χαρακτηρίζεται από την άμεση διέλευση από τη στερεά φάση στην αέρια φάση, χωρίς να διέρχεται από την υγρή φάση. Αυστηρά μιλώντας, οποιαδήποτε ουσία μπορεί να υποστεί εξάχνωση, αλλά κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Η εξάχνωση συσχετίζεται με την τάση ατμών στη στερεά φάση, καθώς και με τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις που ασκούνται από τα στερεά.
Αυτή η διαδικασία μπορεί εύκολα να παρατηρηθεί σε ένα κομμάτι ξηρού πάγου, το οποίο αποτελείται από στερεό διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα εξαχνώνεται υπό πίεση και σε θερμοκρασία δωματίου. Η αντίθετη διαδικασία από την εξάχνωση μπορεί να ονομαστεί επανεξάχνωση ή εναπόθεση. Για να συμβεί η εξάχνωση, η ύλη πρέπει να απορροφά ενέργεια, επομένως θεωρείται ενδόθερμη διαδικασία.
Διαβάστε επίσης: Ποιες είναι οι φυσικές καταστάσεις της ύλης;
Σύνοψη για την εξάχνωση
Εξάχνωση είναι η άμεση διέλευση από τη στερεά φάση στην αέρια φάση, χωρίς να περάσει από την υγρή φάση.
Συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας είναι απαραίτητες για την παρατήρηση της εξάχνωσης μιας ουσίας.
Η εξάχνωση επηρεάζεται από θερμοδυναμικές πτυχές, όπως η τάση ατμών στη στερεά φάση και οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις.
Η εξάχνωση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία.
Ένα παράδειγμα εξάχνωσης είναι αυτό που συμβαίνει στον ξηρό πάγο, ο οποίος αποτελείται από στερεό διοξείδιο του άνθρακα.
Τι είναι η εξάχνωση;
εξάχνωση είναι την άμεση μετάβαση από τη στερεά φάση στην αέρια φάση, χωρίς να περάσει από την υγρή φάση. Εμφανίζεται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης για ορισμένα στερεά. Αυτή η μετάβαση είναι μια φυσική διαδικασία αλλαγής κατάστασης, που δεν περιλαμβάνει χημικές αντιδράσεις.
Η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή η άμεση διέλευση από την αέρια φάση στη στερεή φάση, ονομάζεται ποικιλοτρόπως. Μερικοί συγγραφείς διατηρούν τη λέξη εξάχνωση για αυτήν την αλλαγή φάσης, ενώ άλλοι χρησιμοποιούν την «επανεξάχνωση» και ακόμη και την «απόθεση».
Πώς λειτουργεί η εξάχνωση
Μπορεί να γίνει ένας παραλληλισμός μεταξύ εξάχνωσης και εξάτμισης. Και στις δύο περιπτώσεις, το τελικό σημείο είναι αέρια φάση. Η διαφορά, προφανώς, βρίσκεται στην αρχική φάση: στερεό για εξάχνωση και υγρό για εξάτμιση.
Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει επίδραση πίεσης εξάτμιση και επίσης θερμοδυναμικές πτυχές, που περιλαμβάνουν θερμότητα και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις.
Τι είναι η τάση ατμών;
Σε ένα κλειστό δοχείο που περιέχει ένα υγρό, είναι δυνατό να αντιληφθούμε ότι υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της υγρής φάσης και της φάσης ατμού. Αυτό συμβαίνει επειδή, ακόμη και κάτω από τη θερμοκρασία βρασμού, η παρούσα ενέργεια είναι αρκετή για να αποκολληθούν ορισμένα μόρια του υγρού και να περάσουν στον ατμό. Ωστόσο, ορισμένα μόρια ατμού μπορούν επίσης να συμπυκνωθούν ξανά και να επιστρέψουν στην υγρή φάση, γεγονός που δείχνει την αναστρεψιμότητα της διαδικασίας.
Αυτός ο ατμός, που αποτελείται από ύλη (έχει μάζα και όγκο), ασκήσεις πίεση στην επιφάνεια του υγρού, γνωστή ως πίεση ατμών. Δεν εξαρτάται από την ποσότητα του υγρού, αλλά από τη θερμοκρασία, γιατί όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο εύκολα τα μόρια αποσπώνται από την υγρή φάση.
Τα υγρά που έχουν υψηλή τάση ατμών σε συνηθισμένες θερμοκρασίες ονομάζονται πτητικά. Για παράδειγμα, στους 25°C, ο αιθυλαιθέρας έχει τάση ατμών 0,58 atm, η ακετόνη (προπανόνη) έχει τάση ατμών 0,29 atm, ενώ το νερό έχει τάση ατμών 0,023 atm. Παρεμπιπτόντως, όταν η τάση ατμών είναι ίδια με την ατμοσφαιρική πίεση, το υγρό βράζει. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την πίεση ατμών, κάντε κλικ εδώ.
Πίεση ατμών και εξάχνωση
Αν και σε μικρότερο βαθμό, Τα στερεά έχουν επίσης τάση ατμών, αλλά πολύ χαμηλότερο από αυτό των υγρών. Για παράδειγμα, ακόμη και σε θερμοκρασία 1000 K, η τάση ατμών του σιδήρου είναι μόνο 9,21 x 10-20 ΑΤΜ. Ωστόσο, ορισμένα στερεά καταφέρνουν να υποστούν εξάχνωση, όπως το ιώδιο, παρουσιάζοντας υψηλότερη τάση ατμών σε κανονικές θερμοκρασίες (4 x 10-4 ΑΤΜ).
Αυτό είναι δυνατό μόνο με τη διέλευση μορίων από τη στερεά κατάσταση απευθείας στην αέρια κατάσταση. Για να συμβεί αυτό, το πρέπει να υπάρχουν μόρια του στερεού διαμοριακές αλληλεπιδράσεις αδύναμος (στο ιώδιο, για παράδειγμα, είναι του επαγόμενου διπολικού διπολικού τύπου).
Φαίνεται επίσης ότι η διαδικασία εξάχνωσης είναι ενδόθερμη, δηλαδή υπάρχει ανάγκη τα μόρια του στερεού να απορροφούν ενέργεια με τη μορφή θερμότητας ώστε να μπορούν να σπάσουν τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις και να περάσουν στην κατάσταση ατμού. Η ποσότητα της θερμότητας που εμπλέκεται μπορεί να μετρηθεί με μια θερμοδυναμική ποσότητα γνωστή ως ενθαλπία εξάχνωσης.
Διάγραμμα φάσεων
Προς την να γνωρίζει σε ποιο εύρος πίεσης και θερμοκρασίας θα συμβεί η εξάχνωση ενός στερεού, πρέπει να αξιολογήσετε το διάγραμμα φάσεων σας. Ας δούμε την περίπτωση του διοξειδίου του άνθρακα, CO2.
Σε ένα διάγραμμα φάσεων, οι οριακές γραμμές μεταξύ καταστάσεων (στερεό, υγρό και αέριο) συγκεντρώνουν τις τιμές πίεσης και θερμοκρασίας για επέρχεται αλλαγή κατάστασης. Παρατηρώντας την περίπτωση του CO2, παρατηρείται ότι σε 1 ατμόσφαιρα πίεσης, η στερεά φάση περνά απευθείας στη φάση ατμού σε θερμοκρασία -78,5 °C, η οποία χαρακτηρίζει μια εξάχνωση.
Το διοξείδιο του άνθρακα έχει υγρή φάση μόνο σε πιέσεις πάνω από 5,11 ατμόσφαιρες και πέρα από αυτή την πίεση, η εξάχνωση δεν είναι πλέον δυνατή. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με το διάγραμμα φάσεων, κάντε κλικ εδώ.
παραδείγματα εξάχνωσης
Ξηρό πάγο: Ο ξηρός πάγος, που χρησιμοποιείται συχνά για να δημιουργήσει εφέ ομίχλης σε πάρτι και εκδηλώσεις, είναι στην πραγματικότητα διοξείδιο του άνθρακα σε στερεή κατάσταση.
ναφθαλίνη: η ναφθαλίνη είναι φτιαγμένη από ναφθαλίνη, μια αρωματική οργανική ένωση. Εφαρμόζεται για να απομακρύνει τις άσχημες οσμές και επίσης να τρομάξει τους σκώρους, τις κατσαρίδες και άλλα δηλητηριώδη ζώα, γι' αυτό συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται σε ντουλάπες ή ακόμα και σε ουρητήρια.
Κάμφορα: Με χαρακτηριστική οσμή, τα βότσαλα καμφοράς μπορούν επίσης να υποστούν εξάχνωση. Χρησιμεύουν επίσης για να τρομάξουν τα κουνούπια και να αποτρέψουν τη μούχλα.
Ιώδιο: το αμέταλλο που ανήκει στα αλογόνα υφίσταται επίσης εξάχνωση.
Ωστόσο, μεταξύ των ουσιών που παρουσιάζονται, μόνο το διοξείδιο του άνθρακα υφίσταται εξάχνωση υπό συνθήκες περιβάλλοντος. Τα άλλα, ακόμη και με εξάχνωση, μπορούν να υποστούν κανονική σύντηξη υπό την πίεση που ζούμε.
Διαβάστε επίσης: Πλάσμα — η τέταρτη κατάσταση της ύλης
Λυμένες ασκήσεις εξάχνωσης
ερώτηση 1
(Fuvest 2020) Στα σούπερ μάρκετ, είναι συνηθισμένο να βρίσκουμε τα λεγόμενα λυοφιλοποιημένα τρόφιμα, όπως φρούτα, λαχανικά και κρέας. Τα λυοφιλοποιημένα τρόφιμα εξακολουθούν να είναι κατάλληλα για κατανάλωση μετά από πολύ καιρό, ακόμη και χωρίς ψυγείο. Ο όρος «λυοφιλοποιημένο» σε αυτά τα τρόφιμα αναφέρεται στη διαδικασία κατάψυξης και την επακόλουθη αφυδάτωση με εξάχνωση του νερού. Για να συμβεί η εξάχνωση του νερού, απαιτείται ένας συνδυασμός συνθηκών, όπως φαίνεται στο γράφημα πίεσης-θερμοκρασίας, όπου οι γραμμές αντιπροσωπεύουν μεταβάσεις φάσης.
Παρά το γεγονός ότι είναι μια διαδικασία που απαιτεί, βιομηχανικά, τη χρήση ορισμένης τεχνολογίας, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι λαοί Οι προ-Κολομβιανοί που ζούσαν στις υψηλότερες περιοχές των Άνδεων μπόρεσαν να στεγνώσουν με κατάψυξη τρόφιμα, καθιστώντας δυνατή την αποθήκευση τους για περισσότερο χρόνο. Ελέγξτε την εναλλακτική που εξηγεί πώς προέκυψε η φυσική διαδικασία λυοφιλοποίησης:
α) Εξάχνωση του νερού έγινε λόγω χαμηλών θερμοκρασιών και υψηλής ατμοσφαιρικής πίεσης στα βουνά.
β) Τα τρόφιμα, αφού καταψύχονταν φυσικά σε ψυχρές περιόδους, οδηγούνταν στο χαμηλότερο σημείο των βουνών, όπου η ατμοσφαιρική πίεση ήταν χαμηλότερη, γεγονός που έκανε δυνατή την εξάχνωση.
γ) Τα τρόφιμα εκτέθηκαν στον ήλιο για να αυξηθεί η θερμοκρασία και η χαμηλή τοπική ατμοσφαιρική πίεση ευνόησε τη στερεοποίηση.
δ) Οι θερμοκρασίες ήταν αρκετά χαμηλές τις ψυχρές περιόδους για να παγώσουν τα τρόφιμα και η χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση στα ψηλά βουνά έκανε δυνατή την εξάχνωση.
ε) Τα τρόφιμα, αφού καταψύχθηκαν φυσικά, πιέστηκαν για να αυξηθεί η πίεση, ώστε να γίνει εξάχνωση.
Απάντηση: Γράμμα Δ.
Στη λυοφιλοποίηση, υπάρχει η κατάψυξη του νερού με την επακόλουθη εξάχνωση του. Οι προκολομβιανοί λαοί μπορούσαν να πραγματοποιήσουν μια τέτοια διαδικασία, καθώς τον χειμώνα το νερό μπορούσε να παγώσει (βέλος 1) και, με τις χαμηλές πιέσεις (βέλος 2) των υψηλότερων περιοχών των Άνδεων, μπορούσε να υποστεί εξάχνωση (βέλος 3).
Ερώτηση 2
(Uerj 2005) Ο ξηρός πάγος ή το στερεοποιημένο διοξείδιο του άνθρακα, που χρησιμοποιείται ευρέως στις διαδικασίες ψύξης, υφίσταται εξάχνωση υπό συνθήκες περιβάλλοντος. Κατά τη διάρκεια αυτού του μετασχηματισμού, συμβαίνουν μεταξύ άλλων τα φαινόμενα μεταβολής της ενέργειας και διακοπής των αλληλεπιδράσεων.
Τα φαινόμενα αυτά ταξινομούνται αντίστοιχα ως:
α) εξώθερμο - ενδοιονικό
β) εξώθερμο – διαπυρηνικό
γ) ισόθερμο – διατομικό
δ) ενδόθερμο - διαμοριακό
Απάντηση: Γράμμα Δ.
Η εξάχνωση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία, καθώς απαιτεί απορρόφηση θερμότητας για να διαταραχθούν οι αλληλεπιδράσεις που διατηρούν συμπαγή τα μόρια της στερεάς φάσης. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι διαμοριακού τύπου.
Του Stefano Araujo Novais
Καθηγητής Χημείας
