Wprowadzenie do chemii
Cel nauczania
- Przedstawić proces sublimacji.
Kluczowe zagadnienia
- Sublimacja jest endotermiczną przemianą fazową, w której ciało stałe odparowuje do postaci gazu.
- Ciała stałe, które sublimują mają tak wysokie ciśnienia pary, że ogrzewanie prowadzi do znacznego odparowania nawet przed osiągnięciem temperatury topnienia.
- Entalpia sublimacji (zwana również ciepłem sublimacji) może być obliczona jako suma entalpii syntezy i entalpii parowania.
Terminy
- depozycjaPrzejście fazowe, w którym gaz jest przekształcany w ciało stałe, bez przechodzenia przez pośrednią fazę ciekłą. Jest to proces odwrotny do sublimacji.
- Punkt potrójnyW termodynamice, punkt potrójny substancji jest temperatura i ciśnienie, w którym trzy fazy (gaz, ciecz i ciało stałe) współistnieją w równowadze termodynamicznej.
- sublimacjaProces transformacji bezpośrednio z fazy stałej do fazy gazowej, bez przechodzenia przez pośrednią fazę ciekłą.
Przejście fazowe: Solid to Gas
Sublimacja jest procesem przemiany bezpośrednio z fazy stałej do fazy gazowej, bez przechodzenia przez pośrednią fazę ciekłą. Jest to endotermiczne przejście fazowe, które zachodzi w temperaturach i ciśnieniach poniżej punktu potrójnego substancji (temperatura i ciśnienie, w których współistnieją wszystkie trzy fazy) na jej diagramie fazowym.
W danej temperaturze większość związków chemicznych i pierwiastków może posiadać jeden z trzech różnych stanów skupienia przy różnych ciśnieniach. W tych przypadkach przejście ze stanu stałego do gazowego wymaga pośredniego stanu ciekłego. Jednak w temperaturach niższych od temperatury punktu potrójnego, spadek ciśnienia powoduje przejście fazowe bezpośrednio ze stanu stałego do gazowego. Również przy ciśnieniu poniżej ciśnienia punktu potrójnego, wzrost temperatury spowoduje przemianę ciała stałego w gaz bez przechodzenia przez stan ciekły.
W przypadku niektórych substancji, takich jak węgiel i arsen, sublimacja jest znacznie łatwiejsza niż parowanie. Dzieje się tak dlatego, że ciśnienie ich punktu potrójnego jest bardzo wysokie i trudno jest je otrzymać w postaci cieczy. Ciało stałe ma tak wysokie ciśnienie pary, że ogrzewanie prowadzi do znacznej ilości bezpośredniego odparowania jeszcze przed osiągnięciem temperatury topnienia.
Proces sublimacji wymaga dodatkowej energii i dlatego jest zmianą endotermiczną. Entalpia sublimacji (zwana również ciepłem sublimacji) może być obliczona jako suma entalpii syntezy i entalpii parowania.
Procesem odwrotnym do sublimacji jest osadzanie (tj. przejście gazu w ciało stałe). Na przykład, stały jod, I2, jest łatwo sublimowany w temperaturze około 100°C. Nawet lód ma mierzalną parę wodną. Nawet lód ma mierzalne ciśnienie pary w pobliżu punktu zamarzania, o czym świadczy tendencja śniegu do parowania w zimnej, suchej pogodzie. Istnieją też inne ciała stałe, których prężność pary przewyższa prężność pary cieczy, zanim dojdzie do stopienia. Takie substancje sublimują; powszechnym przykładem jest stały dwutlenek węgla (suchy lód) pod ciśnieniem atmosferycznym 1 atm.
