AŞAMALI SÜBLIMASYON: KAVRAM, SÜREÇ VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Progresif süblimasyon endotermik değişim sıvısının önceden oluşumu olmadan, bir gaz katı şirketinden durum meydana geldiği bir termodinamik bir süreçtir. Katının normal koşullar altındaki davranışı ısınmak ve erimektir; yani birleştirmek için. Bu arada, süblimasyonda katı, daha önce erimesini gösteren damlalar olmadan doğrudan içmeye başlar.

Yukarıdaki paragrafta anlatılanlar yukarıdaki resimde gösterilmektedir. Isınmaya başlayan katı turuncu bir karışım (solda) varsayalım. Karışım, iki bileşen veya katıdan oluşur: biri sarı ve diğeri kırmızı, bunların kombinasyonu turuncu rengi üretir.

Varsayımsal turuncu bir katının süblimasyonuna örnek. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Kırmızı katı süblimleşir, çünkü ondan bir sıvı oluşmaz, ancak üst kabın tabanında birikir (kırmızı üçgenler); buz küpleri içeren ve bu nedenle soğuk bir yüzey sunan. Bu arada, sarı katı ısıyla (sarı dikdörtgen) değişmeden kalır.

Kırmızı üçgenler veya kristaller, sıcaklıklarını emen alıcı kabın (sağda) soğuk yüzeyi sayesinde birikir; Ve görünmese bile, buz küplerinizin boyutu ısı emilimi nedeniyle küçülmelidir. Sarı katı süblimleştirilemez ve eğer onu ısıtmaya devam ederseniz er ya da geç erir.

Aşamalı süblimasyon kavramı

İşlem

Süblimleşmenin endotermik bir durum değişikliği olduğu zaten söylendi, çünkü bunun gerçekleşmesi için ısı emilimi olması gerekiyor. Katı ısıyı emerse enerjisi artar, böylece parçacıkları da yüksek frekanslarda titreşir.

Bu titreşimler çok güçlü hale geldiğinde, moleküller arası etkileşimleri (kovalent bağları değil) etkilerler; ve sonuç olarak, er ya da geç parçacıklar uzay bölgelerinde daha serbestçe akmayı ve hareket etmeyi başarana kadar birbirlerinden uzaklaşacaklar.

Bazı katılarda titreşimler o kadar güçlüdür ki, bazı parçacıklar bir damlacık oluşturan hareket eden kümeler halinde topaklanmak yerine yapıdan "fırlar". Bu parçacıklar, süblimleştirilmiş katının ilk buharlarını oluşturmayı tercih edecek olan ilk "baloncuğu" kaçar ve entegre eder.

O halde bir erime noktasından değil, bir süblimleşme noktasından bahsediyoruz. Her ikisi de katı üzerinde hakim olan basınca bağlı olsa da, süblimleşme noktası daha fazladır; bu nedenle, sıcaklığı basınçtaki değişikliklerle önemli ölçüde değişir (kaynama noktasında olduğu gibi).

Katı yapıdan gaz bozukluğuna

Süblimasyonda sistemin entropisinde bir artış olduğu da söylenir. Parçacıkların enerji durumları, katı yapıdaki sabit konumlarıyla sınırlı olmaktan, daha düzgün gaz halindeki kaprisli ve kaotik yönlerinde homojenleşmeye gider ve sonunda ortalama bir kinetik enerji elde ederler.

Faz diyagramı ve üçlü nokta

Süblimleşme noktası basınca bağlıdır; Çünkü aksi halde katı parçacıklar, katının dışındaki boşluğa fırlatmak için değil, damlacıklar oluşturmak için ısıyı emerdi. Yüceltmeyecekti, ama her zamanki gibi eriyecek ya da eriyecekti.

Dış basınç ne kadar büyükse, katı erimeye zorlandığından süblimleşme olasılığı o kadar azdır.

Ama hangi katılar yüceltilebilir hangileri değildir? Cevap, aşağıda gösterildiği gibi P-T faz diyagramlarınızda yatmaktadır:

Varsayımsal bir madde için faz diyagramı. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Önce üçlü noktaya bakmalı ve alt kısımdan geçmeliyiz: katı ve gaz hallerini ayıran kısım. Katı bölgesinde, süblimleşmenin gerçekleşmesi için basınçta bir düşüş olması gerektiğine dikkat edin (1 atm'de, atmosfer basıncımızda olması gerekmez). 1 atm'de, varsayımsal madde K olarak ifade edilen bir Ts sıcaklığına süblimleşecektir.

Üçlü noktanın altındaki bölüm veya eğri ne kadar uzun ve yatay olursa, katının farklı sıcaklıklarda süblimleşme kapasitesi o kadar büyüktür; ancak 1 atm değerinin çok altındaysa, süblimleşmeyi sağlamak için yüksek vakumlara ihtiyaç duyulacaktır, böylece basınçlar düşürülür (örneğin 0.0001 atm).

Koşullar

Üçlü nokta atmosfer basıncından binlerce kat daha düşükse, katı ultra vakumla bile asla süblimleşmeyecektir (ısının etkisiyle ayrışmaya yatkınlığından bahsetmiyorum bile).

Eğer durum böyle değilse süblimasyonlar, orta derecede ısıtılarak ve katı bir vakuma tabi tutularak yapılır, böylece partikülleri çok fazla ısı absorbe etmelerine gerek kalmadan daha kolay kaçarlar.

Süblimasyon, özellikle yüksek buhar basıncına sahip katı maddelerle uğraşırken çok önemli hale gelir; yani içerideki basınç, etkileşimlerinin verimliliğinin bir yansımasıdır. Buhar basıncı ne kadar yüksekse, o kadar güzel kokuludur ve daha süblimleşir.

Örnekler

Katıların arıtılması

Turuncu katı ve onun süblimleştirilebilir kırmızımsı bileşeni görüntüsü, katıların saflaştırılmasıyla ilgili olarak süblimleşmenin neyi temsil ettiğinin bir örneğidir. Kırmızı üçgenler, yüksek saflık garanti edilene kadar gerektiği gibi yeniden süblimleştirilebilir.

Bu teknik çoğunlukla kokulu katı maddelerle kullanılır. Örneğin: kafur, kafein, benzoin ve mentol.

Süblimasyon olabilen diğer katılar arasında, iyot, buz (yüksek rakımlarda), teobromin (çikolatadan), sakarin, morfin ve diğer ilaçlar, azotlu bazlar ve antrasen var.

Kristal sentezi

Kırmızı üçgenlere dönersek, süblimasyon geleneksel kristalizasyona bir alternatif sunar; Kristaller artık bir çözeltiden sentezlenmeyecek, ancak belirli bir morfolojiyi desteklemek için uygun şekilde kristalin tohumların olabileceği soğuk bir yüzeyde mümkün olan en kontrollü buhar birikimi yoluyla sentezlenecektir.

Diyelim ki kırmızı kareleriniz varsa, kristal büyümesi bu geometriyi koruyacak ve üçgen olmamalılar. Süblimasyon gerçekleştikçe kırmızı kareler yavaş yavaş büyüyecek. Bununla birlikte, birçok değişkenin dahil olduğu operasyonel ve moleküler olarak karmaşık bir komplekstir.

Süblimasyon yoluyla sentezlenen kristallerin örnekleri şunlardır: silisyum karbür (SiC), grafit, arsenik, selenyum, fosfor, alüminyum nitrür (AlN), kadmiyum sülfür (CdS), çinko selenit (ZnSe), cıva iyodür (HgI ₂ ), grafen ve diğerleri.

Bunların gerçekten iç içe geçmiş iki fenomen olduğuna dikkat edin: aşamalı süblimasyon ve biriktirme (veya ters süblimasyon); buhar katıdan daha soğuk bölgelere veya yüzeylere göç eder ve en sonunda kristaller şeklinde yerleşir.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Vikipedi. (2019). Süblimasyon (faz geçişi). En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27 Ocak 2019). Süblimasyon. Kurtarıldı: thinkco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Kimyada Süblimasyon Nedir? - Tanım, Süreç ve Örnekler. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
5. Elsevier BV (2019). Süblimasyon Yöntemi. ScienceDirect. Kurtarıldı: sciencedirect.com