- Concepte de sublimació
- procés
- De l'estructura sòlida a l'desordre gasós
- Diagrama de fases i punt triple
- condicions
- exemples
- Purificació de sòlids
- Síntesi de vidres
- Temes d'interès
- referències
La sublimació és un procés termodinàmic en el qual ocorre un canvi d'estat endotèrmic directament d'un sòlid a un gas, sense la formació prèvia de el líquid. Un exemple destacat d'aquest procés és el de el gel sec; a l'ésser exposat a el sol o submergit en un líquid passa directament de l'estat sòlid a gasós.
El comportament de l'sòlid en condicions normals és el de escalfar-se i originar una primera gota, on es dissolen més partícules de sòlid fins fondre del tot. Mentrestant, a la sublimació es parla d'una "bombolla", d'un vapor progressiu sense que mulli la superfície que toqui, sinó que immediatament es diposita o cristal·litza.
Exemple de sublimació d'un sòlid ataronjat hipotètic. Font: Gabriel Bolívar.
El descrit en el paràgraf de dalt es representa a la imatge superior. Suposem una barreja sòlida ataronjada (esquerra), la qual comença a augmentar la seva energia mitjançant l'increment de la temperatura. El component vermell sublima, per després dipositar-se al fons de l'recipient receptor, la temperatura és menor per tenir cubs de gel en el seu contingut.
Els triangles o vidres vermells es dipositen gràcies a la superfície freda d'aquest recipient (dreta), el qual absorbeix la seva temperatura; i encara que no es mostri, la grandària dels seus cubs de gel ha de disminuir a causa de l'absorció de la calor. El sòlid romanent posseeix un component groc no sublimable en les condicions de l'procés.
Concepte de sublimació
procés
Ja es va dir que la sublimació és un canvi estat endotèrmic, ja que perquè passi hi ha d'haver absorció de calor. Si el sòlid absorbeix calor seva energia s'incrementarà, de manera que les seves partícules vibraran més a majors freqüències.
Quan aquestes vibracions es tornen molt forts, acaben afectant les interaccions intermoleculars (no els enllaços covalents); i en conseqüència, més tard o d'hora les partícules prendran més distàncies unes de les altres, fins que aconsegueixin fluir i desplaçar-se més lliurement per les regions de l'espai.
En alguns sòlids les vibracions són tan forts, que algunes partícules surten "disparades" fora de l'estructura en lloc de aglomerar en cúmuls mòbils que defineixen una gota. Aquestes partícules s'escapen i integren la primera "bombolla", que més aviat vindrien a conformar els primers vapors de l'sòlid sublimat.
Es parla llavors no d'un punt de fusió, sinó d'un de sublimació. Si bé tots dos són dependents de la pressió regnant sobre el sòlid, ho és més el punt de sublimació; per tant, la seva temperatura varia notablement amb els canvis de pressió (a l'igual que com succeeix amb el punt d'ebullició).
De l'estructura sòlida a l'desordre gasós
A la sublimació també es diu que hi ha un increment de l'entropia de el sistema. Els estats energètics de les partícules passen d'estar limitats per les seves posicions fixes en l'estructura sòlida, a homogeneïtzar-se en els seus rumbs capritxosos i caòtics en l'estat gasós, més uniforme, on finalment adquirissin una energia cinètica mitjana.
Diagrama de fases i punt triple
El punt de sublimació depèn de la pressió; perquè en cas contrari, les partícules de l'sòlid absorbirien calor no per sortir disparades a l'espai fora de l'sòlid, sinó per formar gotes. No sublimaría, sinó que es fondria o fondria, com és el més usual.
Com més gran sigui la pressió externa, menys probable serà la sublimació, ja que s'obliga a el sòlid a fondre.
Però, quins sòlids són sublimables i quins no? La resposta resideix en els seus diagrames de fases P vs T, com el mostrat a sota:
Diagrama de fase per a una substància hipotètica. Font: Gabriel Bolívar.
Cal mirar primer a el punt triple i recórrer el tram inferior: el que separa els estats sòlid i gasós. Cal notar que a la regió de l'sòlid, ha d'haver un descens de la pressió perquè la sublimació passi (no necessàriament a 1 atm, la nostra pressió atmosfèrica). A 1 atm, la substància hipotètica sublimés a una temperatura Ts expressada en K.
Com més llarg i horitzontal sigui el tram o la corba sota el punt triple, major serà la capacitat de l'sòlid a sublimar a diferents temperatures; però si està molt per sota d'1 atm, llavors es necessitarà d'alts buits per aconseguir la sublimació, de tal manera que es disminueixin les pressions (0,0001 atm, per exemple).
condicions
Si el punt triple es troba milers de vegades més baix que la pressió atmosfèrica, el sòlid mai sublimés ni fins i tot aplicant ultrabuit (sense esmentar la seva susceptibilitat a descompondre per l'acció de la calor).
Si aquest no és el cas, les sublimacions es realitzen escalfant moderadament, i sotmetent el sòlid a buit perquè les seves partícules escapin amb més facilitat, sense necessitat que absorbeixin tanta calor.
La sublimació es torna molt important quan es tracten especialment de sòlids amb una alta pressió de vapor; és a dir, la pressió en el seu interior, reflex de l'eficiència de les seves interaccions. Mentre més gran sigui la seva pressió de vapor, més olorós és, i també més sublimable.
exemples
Purificació de sòlids
La imatge de l'sòlid ataronjat i el seu component vermellós sublimable és un exemple del que representa la sublimació pel que fa a la purificació de sòlids. Els triangles vermells poden tornar a resublimarse les vegades que facin falta fins que se li garanteixi una alta puresa.
Aquesta tècnica s'utilitza sobretot amb els sòlids fragants. Per exemple: càmfora, cafeïna, Benjuí i mentol.
Entre d'altres sòlids que es poden sotmetre a sublimació tenim: iode, gel (en grans altituds), teobromina (de la xocolata), sacarina, morfina i altres drogues, bases nitrogenades i antracè.
Síntesi de vidres
Tornant als triangles vermells, la sublimació ofereix una alternativa a la cristal·lització convencional; ja no es sintetitzaran vidres a partir d'una dissolució, sinó mitjançant la deposició el més controlada possible de vapors sobre una superfície freda, on convenientment pot haver llavors cristal·lines per afavorir una morfologia en específic.
Diguem, si es tenen quadrats vermells, el creixement dels cristalls mantindrà aquesta geometria i no haurien de tornar-triangulars. Els quadrats vermells aniran creixent gradualment conforme transcorri la sublimació. No obstant això, es tracta d'un complex operacional i molecularment complex, en el qual es veuen moltes variables implicades.
Exemples de vidres sintetitzats via sublimació són: carbur de silici (SiC), grafit, arsènic, seleni, fòsfor, nitrur d'alumini (ALN), sulfur de cadmi (CdS), selenur de zinc (ZnSe), iodur de mercuri (HGI 2), grafè, entre d'altres.
Cal notar que realment es tracten de dos fenòmens compenetrats: sublimació progressiva i deposició (o sublimació inversa); el vapor emigra de l'sòlid a regions o superfícies més fredes, per finalment dipositar-se en forma de cristalls.
Temes d'interès
Exemples de sublimació.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Wikipedia. (2019). Sublimation (phase transition). Recuperat de: en.wikipedia.org
- Jones, Andrew Zimmerman. (27 de gener de al 2019). Sublimation. Recuperat de: thoughtco.com
- Sheila Morrissey. (2019). Què és el sublimation in Chemistry? - Definition, Process & Examples. Study. Recuperat de: study.com
- Elsevier BV (2019). Sublimation Method. ScienceDirect. Recuperat de: sciencedirect.com