A sublimácia Ide o zmenu fyzikálneho stavu hmoty charakterizovanú priamym prechodom z pevnej fázy do plynnej fázy bez prechodu cez kvapalnú fázu. Presne povedané, sublimácia môže prejsť každá látka, ale za špecifických podmienok tlaku a teploty. Sublimácia koreluje s tlakom pár v tuhej fáze, ako aj s medzimolekulovými interakciami, ktoré vyvolávajú pevné látky.
Tento proces možno ľahko pozorovať na kúsku suchého ľadu, ktorý pozostáva z pevného oxidu uhličitého. Oxid uhličitý sublimuje pod tlakom a pri izbovej teplote. Opačný proces k sublimácii možno nazvať resublimáciou alebo depozíciou. Aby došlo k sublimácii, hmota musí absorbovať energiu, preto sa považuje za endotermický proces.
Prečítajte si tiež: Aké sú fyzikálne stavy hmoty?
Zhrnutie o sublimácii
Sublimácia je priamy prechod z pevnej fázy do plynnej fázy bez prechodu cez kvapalnú fázu.
Na pozorovanie sublimácie látky sú potrebné špecifické podmienky tlaku a teploty.
Sublimáciu ovplyvňujú termodynamické aspekty, ako je tlak pár v pevnej fáze a medzimolekulové interakcie.
Sublimácia je endotermický proces.
Príkladom sublimácie je to, čo sa vyskytuje v suchom ľade, ktorý pozostáva z pevného oxidu uhličitého.
Čo je sublimácia?
sublimácia je priamy prechod z pevnej fázy do plynnej fázybez prechodu cez kvapalnú fázu. Vyskytuje sa za špecifických podmienok teploty a tlaku pre niektoré tuhé látky. Tento prechod je fyzikálny proces zmeny stavu, ktorý nezahŕňa chemické reakcie.
Reverzný proces, teda priamy prechod z plynnej fázy do pevnej fázy, sa nazýva rôzne. Niektorí autori si pre túto fázovú zmenu ponechávajú slovo sublimácia, iní používajú „resublimáciu“ a dokonca „depozíciu“.
Ako funguje sublimácia
Medzi sublimáciou a vyparovaním možno nájsť paralelu. V oboch prípadoch je konečným bodom plynná fáza. Rozdiel je samozrejme v počiatočnej fáze: tuhá látka na sublimáciu a kvapalina na odparovanie.
V oboch prípadoch, existuje vplyv tlaku devapor a tiež termodynamické aspekty zahŕňajúce teplo a medzimolekulové interakcie.
Čo je tlak pary?
V uzavretej nádobe obsahujúcej kvapalinu je možné vnímať, že existuje rovnováha medzi kvapalnou fázou a plynnou fázou. K tomu dochádza, pretože aj pod teplotou varu je prítomná energia dostatočná na to, aby sa niektoré molekuly kvapaliny oddelili a prešli do pary. Niektoré molekuly pár však môžu tiež opäť kondenzovať a vrátiť sa do kvapalnej fázy, čo demonštruje reverzibilitu procesu.
Táto para, ktorá je vyrobená z hmota (má hmotnosť a objem), cvičenia tlak na povrch kvapaliny, známy ako tlak pár. Závisí nie od množstva kvapaliny, ale od teploty, pretože čím vyššia je teplota, tým ľahšie sa molekuly oddelia od kvapalnej fázy.
Kvapaliny, ktoré majú pri bežných teplotách vysoký tlak pár, sa nazývajú prchavé. Napríklad pri 25 °C má etyléter tlak pár 0,58 atm, acetón (propanón) má tlak pár 0,29 atm, zatiaľ čo voda má tlak pár 0,023 atm. Mimochodom, keď je tlak pár identický s atmosférickým tlakom, kvapalina vrie. Ak sa chcete dozvedieť viac o tlaku pár, kliknite tu.
Tlak pár a sublimácia
Aj keď v menšej miere, pevné látky majú tiež tlak pár, ale oveľa nižšia ako u tekutín. Napríklad aj pri teplote 1000 K je tlak pár železa iba 9,21 x 10-20 bankomat. Niektorým tuhým látkam sa však podarí sublimovať, ako napríklad jód, čo predstavuje vyšší tlak pár pri normálnych teplotách (4 x 10-4 bankomat).
To je možné len pri prechode molekúl z pevného skupenstva priamo do plynného skupenstva. Aby sa tak stalo, musia byť prítomné molekuly pevnej látky medzimolekulové interakcie slabý (napríklad v jóde sú typu indukovaného dipólom indukovaného dipólu).
Je to tiež vidieť proces sublimácie je endotermickýto znamená, že je potrebné, aby molekuly tuhej látky absorbovali energiu vo forme tepla, aby mohli prerušiť medzimolekulové interakcie a prejsť do stavu pary. Množstvo použitého tepla možno merať termodynamickou veličinou známou ako entalpia sublimácie.
Fázový diagram
Komu vedieť, v akom rozsahu tlaku a teploty dôjde k sublimácii pevnej látky, musíte vyhodnotiť fázový diagram. Pozrime sa na prípad oxidu uhličitého, CO2.
Vo fázovom diagrame spájajú hraničné čiary medzi stavmi (tuhá látka, kvapalina a plyn) hodnoty tlaku a teploty pre nastáva zmena stavu. Pri pozorovaní prípadu CO2 si všimneme, že pri tlaku 1 atmosféry prechádza tuhá fáza priamo do plynnej fázy pri teplote -78,5 °C, čo charakterizuje sublimáciu.
Oxid uhličitý má pri tlakoch nad 5,11 atmosfér iba kvapalnú fázu a nad týmto tlakom už sublimácia nie je možná. Ak sa chcete dozvedieť viac o fázovom diagrame, kliknite tu.
príklady sublimácie
Suchý ľad: suchý ľad, ktorý sa často používa na vytváranie hmlových efektov na večierkoch a podujatiach, je v skutočnosti oxid uhličitý v pevnom stave.
naftalínové gule: naftalínové guľôčky sú vyrobené z naftalénu, aromatickej organickej zlúčeniny. Aplikuje sa na odstránenie nepríjemných pachov a tiež na odplašenie molí, švábov a iných jedovatých živočíchov, preto sa bežne používajú v skriniach či dokonca pisoároch.
gáfor: S charakteristickým zápachom môžu gáfrové kamienky tiež podstúpiť sublimáciu. Slúžia aj na odplašenie komárov a prevenciu plesní.
jód: nekov patriaci medzi halogény tiež podlieha sublimácii.
Medzi predloženými látkami však iba oxid uhličitý podlieha sublimácii v podmienkach okolia. Tie ostatné, dokonca aj so sublimáciou, môžu pod tlakom, v ktorom žijeme, podstúpiť normálnu fúziu.
Prečítajte si tiež: Plazma — štvrté skupenstvo hmoty
Vyriešené cvičenia na sublimáciu
Otázka 1
(Fuvest 2020) V supermarketoch je bežné nájsť takzvané mrazom sušené potraviny, ako je ovocie, zelenina a mäso. Potraviny sušené mrazom sú aj po dlhšom čase vhodné na konzumáciu aj bez chladenia. Pojem „lyofilizované“ v týchto potravinách označuje proces zmrazovania a následnú dehydratáciu sublimáciou vody. Aby došlo k sublimácii vody, je potrebná kombinácia podmienok, ako je znázornené na grafe tlak-teplota, kde čiary predstavujú fázové prechody.
Napriek tomu, že ide o proces, ktorý si priemyselne vyžaduje použitie určitej technológie, existujú dôkazy, že národy Predkolumbovskí obyvatelia, ktorí žili v najvyšších oblastiach Ánd, dokázali potraviny sušiť mrazom, vďaka čomu ich bolo možné skladovať viac času. Skontrolujte alternatívu, ktorá vysvetľuje, ako došlo k prirodzenému procesu lyofilizácie:
a) Sublimácia vody nastala v dôsledku nízkych teplôt a vysokého atmosférického tlaku v horách.
b) Potrava po prirodzenom zmrazení v chladných obdobiach bola odvezená do najnižšej časti hôr, kde bol nižší atmosférický tlak, čo umožnilo sublimáciu.
c) Potraviny boli vystavené slnku, aby sa zvýšila teplota, a nízky lokálny atmosférický tlak podporoval stuhnutie.
d) Teploty boli v chladných obdobiach dostatočne nízke na zmrazenie potravín a nízky atmosférický tlak vo vysokých horách umožnil sublimáciu.
e) Potraviny boli po prirodzenom zmrazení stlačené, aby sa zvýšil tlak, aby mohlo dôjsť k sublimácii.
odpoveď: Písmeno D.
Pri lyofilizácii dochádza k zamŕzaniu vody s jej následnou sublimáciou. Predkolumbovské národy mohli vykonať takýto proces, pretože v zime mohla voda zamrznúť (šípka 1) a pri nízkych tlakoch (šípka 2) v najvyšších oblastiach Ánd by mohla podstúpiť sublimáciu (šípka 3).
otázka 2
(Uerj 2005) Suchý ľad alebo stuhnutý oxid uhličitý, ktorý sa bežne používa v chladiacich procesoch, podlieha sublimácii v podmienkach okolia. Počas tejto transformácie dochádza okrem iného k javom kolísania energie a narušenia interakcií.
Tieto javy sú klasifikované ako:
a) exotermická - interiónová
b) exotermický – medzijadrový
c) izotermické – medziatómové
d) endotermické – medzimolekulové
odpoveď: Písmeno D.
Sublimácia je endotermický proces, pretože vyžaduje absorpciu tepla, aby sa narušili interakcie, ktoré udržujú molekuly pevnej fázy kompaktné. Tieto interakcie sú intermolekulárneho typu.
Autor: Stefano Araujo Novais
Učiteľ chémie
