FORDÍTOTT SZUBLIMÁCIÓ: KONCEPCIÓ ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A fordított szublimáció egy olyan termodinamikai folyamat, amelyben az exoterm állapotú gázról szilárd anyaggá alakul át anélkül, hogy előbb folyadékmá válnának. Ez is ismert a regresszív szublimáció, a szubublimáció vagy a lerakódás nevével; ez utóbbi a leggyakrabban használt az iskolai és enciklopédikus szövegekben.

A fordított szublimációról azt mondják, hogy exoterm folyamat, mivel a gáznemű részecskék (atomok vagy molekulák) energiaveszteséggel járnak, amikor hőt bocsátanak a környezetbe; oly módon, hogy eléggé lehűljön, hogy kristályokat képezzen, megszilárduljon vagy fagyjon fel a felületen.

A fordított szublimáció akkor fordul elő, ahol van egy elég hideg felület ahhoz, hogy a kristályok közvetlenül a gázfázisból lerakódjanak rá. Forrás: Pixabay.

A "lerakódás" szó (és nem "lerakódás") azt jelenti, hogy a részecske a gázfázisból lerakódik anélkül, hogy a fogadó felületet megnedvesítette. Ezért fordul elő a szublimációs jelenségek gyakran a jeges tárgyakon; például a leveleken lerakódott fagy vagy a téli táj.

Az ilyen lerakódást gyakran egy vékony kristályréteg detektálja; bár lehet látszó porból vagy agyagból is. Ennek a folyamatnak a szabályozásával új többrétegű anyagokat lehet megtervezni, ahol minden egyes réteg egy speciális szilárd anyagból áll, amely kémiai vagy fizikai folyamatokkal kerül lerakódásra.

Fordított szublimációs koncepció

A fordított szublimáció, amint az önmagában a névből kiderül, ellentétes jelenség a szublimációval szemben: nem egy szilárd anyagból indul, amely elpárolog, hanem egy gázból, amely megszilárdul vagy fagy.

Ha molekulárisan indokolja, akkor csodálatosnak tűnik, hogy a gáz képes lehűlni arra a pontra, ahol még csak nem is kondenzál; vagyis átjut a folyékony állapotba.

A felület szerepe

Egy erősen rendezetlen és diffúz gáz hirtelen képes átrendezni részecskéit, és szilárd anyaggá válik (megjelenésétől függetlenül).

Önmagában ez kinetikus és termodinamikailag nehéz, mivel olyan támogatásra van szüksége, amely felveszi a gázrészecskéket és koncentrálja azokat úgy, hogy kölcsönhatásba lépjenek egymással, miközben energiát veszítenek; vagyis amíg lehűlnek. Itt vesz részt a gáznak kitett felület: tartóként és hőcserélőként szolgál.

A gáz részecskék hőt cserélnek a hidegebb vagy jeges felülettel, így lelassulnak és apránként az első kristályos magok képződnek. Ezen magokon, amelyek hidegebbek, mint a környező gáz, más részecskék rakódnak le, amelyek beépülnek szerkezetükbe.

Ennek az eljárásnak az a végeredménye, hogy egy réteg kristályokat vagy szilárd anyagot képez a felületen.

feltételek

Annak érdekében, hogy fordított szublimáció alakuljon ki, általában a két feltételnek fenn kell állnia: a gázzal érintkező felületnek a fagypontja alatt kell lennie; vagy a gázt túlhűtni kell oly módon, hogy amint megérinti a felületet, lerakódik, amikor zavarja a cél stabilitását.

Másrészt a lerakódás forró gáz esetén is előfordulhat. Ha a felület elég hűvös, a gáz magas hőmérséklete hirtelen átviszi azt, és a részecskék alkalmazkodnak a felület szerkezetéhez.

Valójában vannak olyan módszerek, amelyekben a felületnek nem is kell hidegnek lennie, mivel közvetlenül részt vesz a gáz-halmazállapotú részecskék reakciójában, amelyek kovalensen (vagy fémből) lerakódnak rá.

A technológiai iparban széles körben alkalmaznak egy ezen elven működő módszertant, amelyet égés útján kémiai gőzlerakódásnak hívnak.

Példák a fordított szublimációra

Sör menyasszonynak öltözött

Amikor egy sör annyira hideg, hogy a pohara üvegét fehéresen borítja, amikor azt kihúzzák a hűtőszekrényből, azt mondják, hogy menyasszonynak öltözött.

A sörösüveg biztosítja a szükséges vízfelület, hogy a vízgőz (H ₂ O) molekulái összeakadjanak és gyorsan elveszítsék az energiát. Ha az üveg fekete, észre fogja venni, hogy a semmiből kiürül-e fehér, és eltávolíthatja a körmével üzeneteket írni vagy képeket rajzolni rajta.

Időnként a páratartalom lerakódása a környezetből úgy tűnik, hogy a sört fehér fagy borítja; de a hatás nem tart sokáig, mert a perc múlásával kondenzálódik és megnedvesíti azoknak a kezét, akik azt tartják és iszik.

Fagy

Hasonlóan ahhoz, ami egy sör falán történik, egyes fagyasztók belső falain a fagy lerakódik. Hasonlóképpen, ezeket a jégkristályos rétegeket a természetben megfigyelték a talaj szintjén; a hóval ellentétben nem esik az égből.

A túlhűtött vízgőz ütközik a levelek, a fák, a fű stb. Felületével, és végül hőt ad ki nekik, hogy lehűljenek, és képesek legyenek rajtuk lerakódni, és megmutatkozjanak jellegzetes és sugárzó kristálymintáikban.

Fizikai lerakódás

Eddig vízről beszéltek; De mi lenne más anyagokkal vagy vegyületekkel? Ha például egy kamrában vannak gáz halmazállapotú aranyrészecskék, és hideg és ellenálló tárgyat vezetnek be, akkor egy réteg aranyat rak le rá. Ugyanez történne más fémekkel vagy vegyületekkel, feltéve, hogy nem igényelnek nyomás növelést vagy vákuumot.

Az imént leírt módszer egy fizikai lerakódásnak nevezett módszerről szól, amelyet az anyagiparban használnak fémbevonatok létrehozására bizonyos alkatrészekre. A probléma abban rejlik, hogy hogyan lehet a gáz halmazállapotú aranyat kapni nagy energiafogyasztás nélkül, mivel nagyon magas hőmérsékletekre van szükség.

Ott jön a vákuum, hogy megkönnyítse a szilárd anyagból a gázba jutást (szublimáció), valamint az elektronnyalábok használatát.

A kéményfalakon található korom gyakran hivatkozik a fizikai lerakódás példájára; bár a már szilárd állapotban lévő és a füstben szuszpendált nagyon finom szén részecskék egyszerűen letelepednek anélkül, hogy megváltoznának az állapotuk. Ez a falak elsötétítéséhez vezet.

Kémiai lerakódás

Ha a gáz és a felület között kémiai reakció zajlik, akkor ez kémiai lerakódás. Ez a módszer gyakori a félvezetők szintézisében, a polimerek bevonásakor baktériumölő és fotokatalitikus TiO ₂ rétegekkel, vagy mechanikus védőanyag biztosításakor, ZrO _2- vel bevonva.

A kémiai lerakódásnak köszönhetően gyémánt, volfrám, tellurid, nitrid, karbid, szilícium, grafén, szén nanocsövek stb. Lehetnek felületek.

Azok a vegyületek, amelyekben az M-atom lerakódik, és amelyek szintén hajlamosak termikus bomlásra, képesek M-t adni a felületi struktúrához úgy, hogy véglegesen kötődik.

Ez az oka annak, hogy a fémorganikus reagenseket alkalmazzák, amelyek bomlásukkor felszabadítják a fématomokat anélkül, hogy közvetlenül be kellene szerezniük őket; vagyis nem a fém arany használatát, hanem a kívánt arany „bevonat” létrehozásához inkább egy arany komplexet kell használni.

Vegye figyelembe, hogy az inverz szublimáció vagy lerakódás kezdeti koncepciója miként alakul ki a technológiai alkalmazásoknak megfelelően.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Maria Estela Raffino. (2019. november 12.). Fordított szublimáció. Helyreállítva: concept.de
3. Wikipedia. (2019). Lerakódás (fázisátmenet). Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. január 13.). A lerakódás meghatározása a kémiában. Helyreállítva: gondolat.com
5. Malesky, Mallory. (2019. december 06.). A lerakódás és a szublimáció közötti különbség. sciencing.com. Helyreállítva: sciencing.com
6. Példák enciklopédia (2019). leválasztás Helyreállítva: példák.co