А сублімація Це зміна агрегатного стану речовини, що характеризується прямим переходом із твердої фази в газоподібну без проходження через рідку фазу. Строго кажучи, будь-яка речовина може піддатися сублімації, але в певних умовах тиску і температури. Сублімація корелює з тиском пари в твердій фазі, а також з міжмолекулярними взаємодіями, що здійснюються твердими речовинами.
Цей процес можна легко спостерігати на шматку сухого льоду, який складається з твердого вуглекислого газу. Вуглекислий газ сублімується під тиском і при кімнатній температурі. Процес, протилежний сублімації, можна назвати повторною сублімацією або осадженням. Щоб відбулася сублімація, речовина повинна поглинати енергію, тому її вважають ендотермічним процесом.
Читайте також: Які агрегатні стани речовини?
Теми цієї статті
- 1 - Резюме про сублімацію
- 2 - Що таке сублімація?
-
3 - Операція сублімації
- Що таке тиск пари?
- Тиск пари та сублімація
- Діаграма фаз
- 4 - Приклади сублімації
- 5 - Розв'язані вправи на сублімацію
Короткий зміст про сублімацію
Сублімація — це прямий перехід із твердої фази в газоподібну без проходження через рідку фазу.
Для спостереження сублімації речовини необхідні певні умови тиску та температури.
На сублімацію впливають термодинамічні аспекти, такі як тиск пари у твердій фазі та міжмолекулярні взаємодії.
Сублімація є ендотермічним процесом.
Прикладом сублімації є те, що відбувається в сухому льоду, який складається з твердого вуглекислого газу.
Що таке сублімація?
сублімація є прямий перехід з твердої фази в газову, не проходячи через рідку фазу. Це відбувається за певних умов температури та тиску для деяких твердих речовин. Цей перехід є фізичним процесом зміни стану, який не включає хімічні реакції.
Зворотний процес, тобто прямий перехід з газоподібної фази в тверду фазу, називають по-різному. Деякі автори зберігають слово сублімація для цієї фазової зміни, тоді як інші використовують «ресублімацію» і навіть «осадження».
Не зупиняйся зараз... Після розголосу буде більше ;)
Як працює сублімація
Можна провести паралель між сублімацією та випаровуванням. В обох випадках кінцевою точкою є газова фаза. Різниця, очевидно, полягає в початковій фазі: тверда для сублімації та рідина для випаровування.
В обох випадках є вплив тиску випаровування, а також термодинамічні аспекти, що включають тепло і міжмолекулярні взаємодії.
Що таке тиск пари?
У закритому контейнері, що містить рідину, можна відчути, що існує рівновага між рідкою фазою та паровою фазою. Це відбувається тому, що навіть нижче температури кипіння присутня енергія є достатньою для того, щоб деякі молекули рідини від’єдналися та перейшли в пару. Однак деякі молекули пари також можуть знову конденсуватися і повертатися в рідку фазу, що свідчить про оборотність процесу.
Ця пара, створена з речовина (має масу та об'єм), вправи тиск на поверхню рідини, відомий як тиск пари. Це залежить не від кількості рідини, а від температури, оскільки чим вища температура, тим легше молекули відриваються від рідкої фази.
Рідини, які мають високий тиск пари при звичайній температурі, називаються леткими. Наприклад, при 25°С етиловий ефір має тиск пари 0,58 атм, ацетон (пропанон) має тиск пари 0,29 атм, тоді як вода має тиск пари 0,023 атм. До речі, коли тиск пари збігається з атмосферним, рідина кипить. Щоб дізнатися більше про тиск пари, натисніть тут.
Тиск пари та сублімація
Хоча в меншій мірі, тверді речовини також мають тиск пари, але набагато нижче, ніж у рідин. Наприклад, навіть при температурі 1000 К тиск пари заліза становить лише 9,21 х 10-20 атм. Однак деяким твердим речовинам вдається зазнати сублімації, як-от йод, що створює вищий тиск пари за нормальних температур (4 x 10-4 банкомат).
Це можливо лише при переході молекул із твердого стану безпосередньо в газоподібний. Щоб це сталося, повинні бути присутніми молекули твердої речовини міжмолекулярні взаємодії слабкий (у йоду, наприклад, вони типу індукованого диполя-індукованого диполя).
Також видно, що процес сублімації ендотермічний, тобто молекулам твердої речовини необхідно поглинати енергію у вигляді тепла, щоб вони могли розірвати міжмолекулярні взаємодії та перейти в пароподібний стан. Кількість залученого тепла можна виміряти за допомогою термодинамічної величини, відомої як ентальпія сублімації.
Діаграма фаз
до знати, в якому діапазоні тиску і температури буде відбуватися сублімація твердого тіла, вам потрібно оцінити свою фазову діаграму. Давайте розглянемо випадок вуглекислого газу, CO2.
На фазовій діаграмі граничні лінії між станами (твердим, рідким і газоподібним) зводять разом значення тиску і температури для відбувається зміна стану. При спостереженні за випадком CO2 помічено, що при тиску в 1 атмосферу тверда фаза переходить безпосередньо в парову фазу при температурі -78,5 °C, що характеризує сублімацію.
Вуглекислий газ має рідку фазу лише при тиску вище 5,11 атмосфери, а за цим тиском сублімація вже неможлива. Щоб дізнатися більше про фазову діаграму, натисніть тут.
приклади сублімації
Сухий лід: сухий лід, який часто використовують для створення ефекту туману на вечірках і заходах, насправді є вуглекислим газом у твердому стані.
нафталінові кульки: нафталін виготовляють з нафталіну, ароматичної органічної сполуки. Застосовується для усунення неприємних запахів, а також відлякування молі, тарганів та інших отруйних тварин, тому їх прийнято використовувати в шафах або навіть пісуарах.
Камфора: Маючи характерний запах, камінчики камфори також можуть піддаватися сублімації. Вони також служать для відлякування комарів і запобігання цвілі.
Йод: неметал, що належить до галогенів, також піддається сублімації.
Однак серед представлених речовин, тільки вуглекислий газ піддається сублімації в умовах навколишнього середовища. Інші, навіть із сублімацією, можуть зазнати нормального синтезу під тиском, у якому ми живемо.
Читайте також: Плазма — четвертий агрегатний стан
Розв'язані вправи на сублімацію
питання 1
(Fuvest 2020) У супермаркетах зазвичай можна знайти так звані сублімовані продукти, такі як фрукти, овочі та м’ясо. Ліофілізовані продукти все ще придатні для споживання через тривалий час навіть без охолодження. Термін «ліофілізований» у цих харчових продуктах стосується процесу заморожування та подальшого зневоднення шляхом сублімації води. Щоб відбулася сублімація води, потрібна комбінація умов, як показано на графіку тиск-температура, де лінії представляють фазові переходи.
Незважаючи на те, що це процес, який у промисловому масштабі вимагає використання певної технології, існують докази того, що люди доколумбійці, які жили у найвищих регіонах Анд, вміли сушити їжу заморожуванням, що дозволяло зберігати її протягом більше часу. Перевірте альтернативу, яка пояснює, як відбувався природний процес сублімації:
а) Сублімація води відбулася внаслідок низьких температур і високого атмосферного тиску в горах.
б) Їжу після природного заморожування в холодні періоди вивозили в найнижчу частину гір, де атмосферний тиск був нижчим, що уможливлювало сублімацію.
c) Їжу виставляли на сонце для підвищення температури, а низький місцевий атмосферний тиск сприяв затвердінню.
г) У холодні періоди температури були достатньо низькими для заморожування їжі, а низький атмосферний тиск у високих горах уможливлював сублімацію.
e) Продукти після природного заморожування тиснули, щоб збільшити тиск, щоб могла відбутися сублімація.
Відповідь: Літера Д.
При ліофілізації відбувається заморожування води з подальшою її сублімацією. Доколумбові народи могли здійснювати такий процес, оскільки взимку вода могла замерзати (стрілка 1) і, з низьким тиском (стрілка 2) у найвищих регіонах Анд, він може піддаватися сублімації (стрілка 3).
питання 2
(Uerj 2005) Сухий лід або затверділий вуглекислий газ, який широко використовується в холодильних процесах, піддається сублімації в умовах навколишнього середовища. Під час цього перетворення, серед інших, відбуваються явища зміни енергії та порушення взаємодій.
Ці явища класифікуються, відповідно, як:
а) екзотермічний – міжіонний
б) екзотермічний – міжядерний
в) ізотермічний – міжатомний
г) ендотермічний – міжмолекулярний
Відповідь: Літера Д.
Сублімація є ендотермічним процесом, оскільки вимагає поглинання тепла, щоб порушити взаємодію, яка підтримує компактність молекул твердої фази. Ці взаємодії мають міжмолекулярний тип.
Стефано Араухо Новаїс
Вчитель хімії
Дізнайтеся більше про це явище.
Відповідь криється в змінах тиску та температури.
Дізнайтеся про фізичні стани речовини та подивіться, що вони являють собою. Також дізнайтеся, що таке Бозе-Ейнштейн і де ми можемо знайти речовину в стані плазми.
Індуковані дипольні дипольні сили є найслабшими міжмолекулярними силами, які виникають між неполярними молекулами.
Подивіться, як визначити, чи речовина має вищу температуру кипіння, ніж інша, за співвідношенням між молекулярними силами та температурою кипіння.
