Einführung in die Chemie
Lernziel
- Diskutieren Sie den Vorgang der Sublimation.
Key Points
- Sublimation ist ein endothermer Phasenübergang, bei dem ein Feststoff zu einem Gas verdampft.
- Feststoffe, die sublimieren, haben so hohe Dampfdrücke, dass die Erwärmung zu einer erheblichen Verdampfung führt, noch bevor der Schmelzpunkt erreicht wird.
- Die Sublimationsenthalpie (auch Sublimationswärme genannt) kann als Summe der Schmelzenthalpie und der Verdampfungsenthalpie berechnet werden.
Begriffe
- DepositionEin Phasenübergang, bei dem ein Gas in einen Feststoff umgewandelt wird, ohne eine dazwischenliegende flüssige Phase zu durchlaufen. Es ist der umgekehrte Prozess der Sublimation.
- DreifachpunktIn der Thermodynamik ist der Dreifachpunkt eines Stoffes die Temperatur und der Druck, bei denen die drei Phasen (Gas, Flüssigkeit und Feststoff) im thermodynamischen Gleichgewicht koexistieren.
- SublimationDer Prozess der Umwandlung direkt von der festen in die gasförmige Phase, ohne Durchlaufen einer dazwischenliegenden flüssigen Phase.
Phasenübergang: Fest zu Gas
Sublimation ist der Vorgang der Umwandlung direkt von der festen in die gasförmige Phase, ohne eine dazwischenliegende flüssige Phase zu durchlaufen. Es handelt sich um einen endothermen Phasenübergang, der bei Temperaturen und Drücken unterhalb des Tripelpunkts eines Stoffes (die Temperatur und der Druck, bei denen alle drei Phasen koexistieren) in seinem Phasendiagramm auftritt.
Bei einer gegebenen Temperatur können die meisten chemischen Verbindungen und Elemente einen der drei verschiedenen Aggregatzustände bei verschiedenen Drücken besitzen. In diesen Fällen erfordert der Übergang vom festen zum gasförmigen Zustand einen flüssigen Zwischenzustand. Bei Temperaturen unterhalb des Tripelpunkts führt eine Druckabnahme jedoch direkt zu einem Phasenübergang vom festen in den gasförmigen Zustand. Auch bei Drücken unterhalb des Tripelpunkts führt eine Temperaturerhöhung dazu, dass ein Feststoff in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne den flüssigen Bereich zu durchlaufen.
Für einige Stoffe, wie z. B. Kohlenstoff und Arsen, ist die Sublimation viel einfacher als die Verdampfung. Das liegt daran, dass der Druck ihres Tripelpunkts sehr hoch ist und es schwierig ist, sie als Flüssigkeit zu erhalten. Der Feststoff hat so hohe Dampfdrücke, dass das Erhitzen zu einer erheblichen Menge an direkter Verdampfung führt, noch bevor der Schmelzpunkt erreicht ist.
Der Prozess der Sublimation erfordert zusätzliche Energie und ist daher eine endotherme Änderung. Die Sublimationsenthalpie (auch Sublimationswärme genannt) kann als Summe der Schmelzenthalpie und der Verdampfungsenthalpie berechnet werden.
Der umgekehrte Prozess der Sublimation ist die Deposition (d. h. Gas zu Feststoff). Zum Beispiel wird festes Jod, I2, bei Temperaturen um 100°C leicht sublimiert. Sogar Eis hat einen messbaren Dampfdruck in der Nähe seines Gefrierpunkts, wie die Tendenz von Schnee, bei kaltem, trockenem Wetter zu verdampfen, beweist. Es gibt andere Feststoffe, deren Dampfdruck den der Flüssigkeit übersteigt, bevor ein Schmelzen stattfinden kann. Solche Substanzen sublimieren; ein gängiges Beispiel ist festes Kohlendioxid (Trockeneis) bei 1 atm Atmosphärendruck.
