Сублимация и десублимация доклад по физике 8 класс

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Плавление и кристаллизация. Понятие о фазе вещества. Сублимация и десублимация.

Кристаллизация – это переход вещества в кристаллическое состояние из жидкого, или газообразного, или аморфного состояния.

Кристаллизация является фазовым переходом, происходит с выделением тепла, но при постоянной температуре. Примеры кристаллизации: замерзание воды (переход из жидкой фазы в кристаллическую), образование инея (переход из газообразной фазы в кристаллическую).

Плавление кристаллического вещества – это переход из кристаллической фазы в жидкую.

Процесс плавления кристаллического вещества происходит с поглощением тепла, но температура остается постоянной, пока плавление не завершится. Пример плавления кристаллического вещества – таяние льда. Смесь снега и льда сохраняет температуру 0° С, пока весь лед не растает.

Фазовые переходы на диаграмме температуры и давления

Кристаллизация и затвердевание: в чем разница?

Твердые вещества могут не быть кристаллическими. Например, стекло и стеклоподобные аморфные вещества постепенно затвердевают при остывании; у них нет явно выраженной точки фазового перехода. Плавление стекла тоже происходит в некотором диапазоне температур, зависящем от химического состава и наличия примесей.
Отличие кристаллизации от затвердевания – в наличии фазового перехода, во время которого сохраняется постоянная температура:

если тепло не подводить, то жидкая и твердая фазы будут оставаться в равновесии;

если тепло поступает, то кристаллы будут плавиться, при сохранении температуры фазового перехода;

если тепло отводить, то происходит рост кристаллов, температура фазового перехода сохраняется, пока вся жидкая фаза не перейдет в кристаллическую.

Например, смесь воды со льдом в жаркий день сохраняет нулевую температуру, пока весь лед не растает. Поступающее тепло увеличивает внутреннюю энергию за счет приобретения молекулами дополнительных степеней свободы, но температура сохраняется прежняя до того, как лед полностью растает.

Фазовый переход в твердом веществе между двумя кристаллическими состояниями

Иначе ведет себя углерод. У него несколько фазовых переходов. Из жидкой формы, при отводе тепла, он переходит в кристаллическую фазу – графит; при высоком давлении более 120 000 атм. жидкий углерод кристаллизуется в алмаз.
Кроме того, есть фазовый переход между двумя твердыми кристаллическими фазами: графитом и алмазом.

На рисунке красной линией показана диаграмма фазового перехода между алмазом и графитом. Температура фазового перехода зависит от давления, процессы, происходящие в твердом теле, аналогичны кристаллизации воды: если тепло подводить, то алмаз переходит в графит; если тепло отводить при соответствующем высоком давлении, то происходит переход, кристаллизация графита в алмаз.
Можно видеть, что переходы между алмазом и графитом совершаются при высоких температурах и давлениях, а при нормальном давлении и температуре алмаза вроде бы и не должно быть. Действительно, при низком давлении графит нельзя превратить в алмаз. Но если алмаз образовался под воздействием высокого давления, при охлаждении и уменьшении давления он сохраняет свою структуру: это метастабильное состояние. Действительно, из всех кристаллов алмаз самый нестойкий: при нагревании до 1400°С он превращается в графит – устойчивую при нормальном давлении фазу.

Кристаллизация жидких кристаллов

Есть вещества, имеющие несколько кристаллических фаз в твердом состоянии; но есть целый класс веществ, имеющих несколько фазовых переходов в жидком состоянии: это вещества, раствор или расплав которых образует жидкие кристаллы.
Жидкие кристаллы имеют для нас важнейшее значение. Живые ткани построены из органических молекул, частично упорядоченных; то есть все живые существа состоят из жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы – это частично упорядоченные двумерные или одномерные структуры. Они стабильны в узком диапазоне температур, являются промежуточным состоянием между кристаллической и жидкой фазами. Переход от трехмерной кристаллической решетки к двумерной или одномерной структуре происходит при температуре фазового перехода; после того, как весь образец перейдет в жидкокристаллическое состояние, температура начинает повышаться, и повышается до значения, соответствующего следующему фазовому переходу. В конце концов частично упорядоченная структура переходит в жидкую фазу, при температуре соответствующего фазового перехода.

Сублимация и десублимация.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Мы ощущаем запах, образующийся при испарении твёрдого вещества мыла. То есть твердое тело превращается в пар.

ТВ. ТЕЛО ПАР

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Десублимация - это переход из газообразного состояния сразу в твердое.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем - тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

ГОСТ

Перед тем как рассмотреть процессы сублимации и десублимации вещества стоит обратить ваше внимание на то, что эти взаимно обратные процессы являются фазовыми переходами. Соответственно, их можно рассматривать, применяя физические и математические методы, используемые для описания всех фазовых переходов. В этой связи, напомним вам, что такое фазовый переход и чем фазовые переходы отличаются.

Фазовые переходы

Фазой называют состояние вещества, находящегося в термодинамическом равновесии с другими равновесными состояниями этого же вещества, но обладающее иными физическими свойствами.

Допустим, что в закрытом сосуде находится вода. Над водой присутствует воздух в смеси с водяными парами. Значит, мы имеем в сосуде двухфазную систему. Опустим в этот сосуд кусок льда, получим систему из трех фаз.

Фазовым переходом называют переход вещества из одной фазы в другую.

Фазовый переход всегда сопровождается изменением свойств вещества. Изменение агрегатного состояния вещества – фазовый переход. Изменение состава вещества относят к фазовым переходам, примером такого перехода может служить модификация его кристаллического строения.

Виды фазовых переходов

Выделяют два рода фазовых переходов:

Фазовый переход первого рода.
Фазовый переход второго рода.

Фазовым переходом первого рода является переход, который происходит при выделении или поглощении теплоты (теплоты фазового перехода). Фазовый переход первого рода протекает при следующих условиях:

Готовые работы на аналогичную тему

постоянной температуре,
изменяющемся объеме вещества,
переменной энтропии.

Процесс плавления твердого тела относят к фазовым переходам первого рода. В этом процессе телу передают теплоту, которая расходуется на разрушение кристаллической решетки, при этом температура тела неизменна. В таком переходе упорядоченная кристаллическая решетка изменяется, вещество превращается в жидкость, степень беспорядка возрастает, что в свою очередь приводит к увеличению энтропии.

Фазовые переходы второго рода происходят без поглощения или выделения теплоты. В этих переходах:

не изменяется объем,
постоянна энтропия вещества,
теплоемкость изменяется скачкообразно.

В соответствии с гипотезой Ландау фазовые переходы второго рода объясняются тем, что изменяется симметрия системы. К фазовому переходу второго рода можно отнести превращение ферромагнетиков в парамагнетики при некоторых давлениях и температурах, переход металлов при температуре около 0К в сверхпроводники.

Сублимация и десублимация – фазовые переходы первого рода

Нагревая твердые тела, мы можем наблюдать процесс их плавления и далее, испарения жидкости. При уменьшении температуры идет обратный процесс. Однако иногда с ростом температуры кристаллического вещества, оно не плавится, а сразу испаряется. Важным параметром в таком случае является не только температура, но и величина давления над поверхностью твердого тела.

Процесс перехода твердого состояния вещества в газообразную фазу, без перехода его в жидкость, называют сублимацией или возгонкой.

Возгонка происходит при определенной температуре и давлении и сопровождается поглощением теплоты. Сублимация является фазовым переходом первого рода.

Процесс сублимации сопровождается увеличением внутренней энергии системы. При кристаллической упаковке частицы совершают колебания около положений равновесия. Расстояния между ними отвечают минимуму энергии взаимодействия при заданной температуре тела. В процессе сублимации пространственная решетка подвергается разрушению, расстояния между частицами увеличиваются, это приводит к увеличению энергии взаимодействия между ними. При сублимации твердого вещества необходимо подвести к нему некоторое количество энергии, которое называют теплотой сублимации (теплотой фазового перехода).

В ходе сублимации изменяется энергия каждой молекулы, следовательно, чем больше молекул имеется в теле, тем большие затраты энергии происходят при фазовом переходе.

Допустим, что при процессе сублимации энергия одной молекулы изменяется как $ e_0$, в веществе имеется N молекул, тогда для данного фазового перехода необходимо количество теплоты равное:

Принимая во внимание, что:

$λ$ – удельная теплота фазового перехода (сублимации);
$ m_0$ – масса одной молекулы вещества; m – масса всего вещества.

Расстояния между частицами при сублимации становятся большими приблизительно в десять раз, чем в твердом состоянии. Тогда как при плавлении вещества расстояния между молекулами изменяются не очень существенно, относительно расстояний в кристаллическом теле. Следовательно, удельная теплота плавления значительно меньше удельной теплоты возгонки.

При увеличении давления температура сублимации увеличивается.

Десублимация – процесс обратный возгонке. При десублимации кристаллизация происходит из газообразного состояния без перехода вещества в жидкую фазу. При десублимации теплота выделяется.

Диаграмма перехода кристалл – газ

Зависимость давления насыщенного пара ($p$) над кристаллическим веществом в процессе сублимации можно записать при помощи выражения:

$w_0$ – энергия сублимации;
$B$ – постоянная, характеризующая вещество.

Здесь точка $B (T=Θ)$, находящаяся на графике (рис.1) соответствует двухфазному состоянию – насыщенному пару, расположенному над кристаллическим веществом. Пар находится в состоянии динамического равновесия с твердой фазой.

Рисунок 1. График. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При увеличении температуры кристалл становится газом. Увеличение давления приводит к тому, что газ десублимирует и переходит в твердую фазу. Диаграмма фазового перехода кристалл – газ является аналогичной диаграмме перехода жидкость – газ. Точки, находящиеся ниже и правее кривой (что соответствует меньшему давлению и более высокой температуре), говорят о том, что вещество находится в состоянии газа. Из диаграммы (рис.1) следует, что состояния, описываемые параметрами, находящимися выше и левее кривой (высокое давление и низкая температура) относятся к кристаллическому состоянию.

Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.

Аннотация к презентации

Смотреть презентацию онлайн с анимацией на тему "Сублимация." по физике. Презентация состоит из 7 слайдов. Материал добавлен в 2016 году. Средняя оценка: 4.1 балла из 5.. Возможность скчачать презентацию powerpoint бесплатно и без регистрации. Размер файла 1.15 Мб.

Содержание

Сублимация - переход из твердого вещества в газообразное.

Другое название сублимации – вазгонка.

Слайд 2

Твёрдое тело.

Твёрдое тело — это одно из четырёх агрегатных состояний вещества отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов, плазмы) стабильностью формы и характером теплового движения атомов совершающих малые колебания около положений равновесия.

Слайд 3

Газообразное состояние.

Газ (газообразное состояние) — одно из четырех агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Аргон

Слайд 4

Что такое сублимация?

Сублимация (возгонка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода. Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.

Слайд 5

Примеры возгонки.

Слайд 6

Применение процесса.

Слайд 7

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 15 мая 2011.

Сублимация (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.

Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.

Содержание

Примеры возгонки

Сублимация иода

Сублимация льда

Хорошо поддается возгонке лёд, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки. При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

Применение процесса

Применение сублимации в лабораторной технике

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твердых веществ. При определенной температуре одно из веществ в смеси возгоняется с более высокой скоростью, чем другое. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.

Сублимационная сушка

Сублимационная сушка (иначе лиофилизация; лиофильная сушка) (англ. freeze drying или lyophilization) — процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя (льда) без образования макроколичеств жидкой фазы [1] .

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, сублимированный кофе получают из замороженного кофейного экстракта через обезвоживание вакуумом. Фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде. Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества. Перед сублимацией пищевых продуктов используется быстрое замораживание (от −100 до −190 °C), что приводит к образованию мелких кристаллов, не разрушающих клеточные мембраны.

См. также

Примечания

Ссылки

Фазовые переходы
Лабораторная техника

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Сублимация (физика)" в других словарях:

Сублимация — (лат. sub под; limo нести) термин, который может означать: Сублимация (физика) или возгонка переход вещества из твёрдого состояния в газообразное без пребывания в жидком состоянии; Сублимация (психология) защитный механизм… … Википедия

Сублимация водяного пара — в атмосфере, процесс непосредственного перехода водяного пара, содержащегося в воздухе, в твёрдую фазу воды (лёд, снег). Может иметь место при отрицательной температуре воздуха, когда упругость водяного пара превышает упругость насыщения… … Большая советская энциклопедия

Плавление — Причины отказа механики Прогиб Коррозия Пластическая деформация Усталость материала Удар Трещина Плавление Износ … Википедия

Твёрдое тело — Модель расположения атомов в кристалле твёрдого тела Твёрдое тело это одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от других агрегатных состояний (жидкости, газов … Википедия

КОМЕТА — небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы это остатки … Энциклопедия Кольера

Фазовый переход — фазовое превращение, в широком смысле – переход вещества из одной фазы (См. Фаза) в другую при изменении внешних условий – температуры, давления, магнитного и электрического полей и т.д.; в узком смысле – скачкообразное изменение… … Большая советская энциклопедия

Статистика Ферми — Статистическая физика … Википедия

Сверхтекучесть — Аномальное течение Гелия II Сверхтекучесть способность вещества в особом состоянии (квантовой жидкости), возникающем при понижении температуры к абсолютному нулю (термодинамическая фаза), про … Википедия

Читайте также: