А сублімація Це зміна фізичного 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?
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».
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 зазвичай використовують у 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