Сублимация в химии кратко
Обновлено: 02.07.2024
Некоторые примеры сублимации Химия - это процессы, которым подвергаются вода, углекислый газ, йод, мышьяк или сера. В них наблюдается прямой фазовый переход от твердого тела к газу без предварительного перехода в жидкую фазу.
Классические примеры сублимации - сухой лед (нижнее изображение), который состоит из замороженного углекислого газа; и йод с его пурпурными кристаллами. Чтобы узнать, может ли соединение сублимироваться или нет, вам нужно обратиться к его фазовой диаграмме как функции давления и температуры (P-V).
На этих диаграммах состояния наблюдается точка, в которой три линии, разделяющие твердую, жидкую и газовую фазы, соединяются (и сосуществуют одновременно): тройная точка. Ниже этой точки находятся две зоны равновесия: одна для твердого тела и одна для газа. Таким образом, манипулируя давлением, достигается прямой переход твердое тело-газ.
Вот почему многие другие твердые соединения способны сублимироваться при нагревании за счет понижения давления или применения вакуума.
Примеры сублимации
Сухой лед
Сухой лед или CO2 solid - наиболее представительный пример сублимации. Он называется сухим, потому что он не оставляет следов влаги, он холодный и излучает белый дым, который так часто использовался в спектаклях.
Как только он изготовлен (при -78,5 ºC), он начинает сублимироваться при любой температуре; просто выставьте его на солнце, чтобы он сразу стал возвышенным. Это можно увидеть на следующем изображении:
Йод
И сухой лед, и йод являются твердыми молекулярными веществами. Йод состоит из молекул I2 этот помощник, чтобы установить фиолетовые кристаллы. Поскольку их межмолекулярные силы слабы, значительная часть этих кристаллов сублимируется, а не плавится при нагревании. Вышеупомянутое объясняет, почему пурпурные пары исходят от йода.
Лед и снег
На высотах снежных пиков снег может сублимироваться из-за более низкого давления, которое испытывают его кристаллы. Однако такая сублимация происходит очень медленно по сравнению с сухим льдом и йодом; давление паров льда и снега намного ниже и поэтому не сублимируется так быстро.
Если к этой медленной сублимации добавить фактор ветра, который уносит молекулы с поверхности льда и снега, размывая его поверхность, то замерзшие массы в конечном итоге уносятся; то есть они уменьшаются в размерах по мере распространения холмов (морен) снега. На следующем изображении показана сублимация льда:
Ментол
Хотя йод имеет определенный характерный запах, из ментола мы можем выделить качество, присущее всем твердым веществам, способным к сублимации при определенных условиях давления или температуры: они представляют собой ароматные соединения.
Тот факт, что твердое вещество имеет запах, означает, что давление его пара достаточно высокое, чтобы мы могли воспринимать его молекулы с помощью нашего обоняния. Таким образом, кристаллы ментола могут сублимироваться, если их нагреть в вакууме. Если пары попадут на холодную поверхность, они превратятся в скопление ярких очищенных кристаллов.
Следовательно, сублимация - это метод, позволяющий очищать летучие твердые вещества; веские примеры, о которых еще предстоит упомянуть.
Цинк
Цинк имеет значительно более низкую температуру кипения (419,5 ° C) по сравнению с другими металлами. Если его также нагреть с помощью вакуума, ваши кристаллы в конечном итоге сублимируются.
Мышьяк
Случай с мышьяком более заметен, чем с цинком: ему даже не нужно понижать давление для сублимации при 615ºC; температура, при которой образуются чрезмерно токсичные пары мышьяка. Чтобы расплавиться или расплавиться, его необходимо нагреть до высокого давления.
Металлоорганические соединения
Хотя нельзя обобщать, что все металлоорганические соединения могут сублимироваться, широкий их набор, состоящий из металлоценов, M (C5ЧАС5)2, и металлические карбонилы с координированными связями M-CO действительно сублимируются из-за их слабого межмолекулярного взаимодействия.
Например, металлоцены, включая никелоцен (зеленый) и ванадоцен (фиолетовый), сублимируют, а затем осаждают свои кристаллы с привлекательной и яркой геометрией. Менее поразительно то же самое верно и для карбонилов металлов.
Фуллерены
Кофеин
Кофеин, извлеченный из чая или кофейных зерен, можно очистить, если нагреть его до 160 ºC, потому что вместо плавления он сублимируется за один раз. Этот метод используется для очистки образцов кофеина, хотя часть его содержания теряется при выходе паров.
Теобромин
Как и кофеин, теобромин, но полученный из шоколада или какао-бобов, после экстракции очищается сублимацией при 290 ° C. Процесс облегчается, если применяется вакуум.
Сахарин
Кристаллы сахарина сублимируются и очищаются под действием вакуума.
Морфий
Синтезированный морфин, который будет использоваться в качестве анальгетика, снова очищают сублимацией при 110ºC и применением вакуума. И морфин, и кофеин состоят из больших молекул, но с относительно слабыми межмолекулярными силами по сравнению с их массами.
Камфора
Как и ментол, камфора представляет собой ароматное твердое вещество, которое при правильном нагревании сублимирует белые пары.
1,4-дихлорбензол
1,4-Дихлорбензол - твердое вещество с очень сильным запахом и запахом, похожим на запах нафталина, который также плавится при 53ºC. В связи с этим следует правильно предположить, что он может сублимироваться; даже в значительной степени без разогрева и в течение месяца.
Бензоин
Как и камфора, бензоин с запахом камфоры очищается сублимацией.
Пурина
Пурин и другие азотистые основания могут сублимироваться при температурах выше 150 ° C и при использовании вакуума из бактериальных клеток.
Мышьяк
При температуре 615 ° C мышьяк возгоняется. Это представляет опасность, учитывая токсичность элемента.
Сера
Этот элемент сублимирует при температуре от 25 до 50 ° C, вызывая токсичные и удушающие газы.
Алюминий
Этот металл сублимируется при температурах выше 1000 ° C для определенных промышленных процессов.
Металлургия
Некоторые сплавы очищают сублимационными методами. Таким образом, соединения, входящие в состав сплава, разделяются с получением очищенных продуктов.
Сублимационная печать
Сублимация также используется для печати изображений на объектах или поверхностях из полиэстера или полиэтилена. Изображение, созданное с помощью сублимируемых твердых пигментов, нагревается на объекте, чтобы навсегда запечатлеть его на нем. Поданное тепло также помогает порам материала открываться, чтобы цветные газы проходили через них.
Следы комет
Инверсионные следы комет являются результатом сублимации их содержимого из льда и других замороженных газов. Поскольку давление в Космосе практически отсутствует, когда эти камни окружают звезду, их тепло нагревает ее поверхность и заставляет их испускать ореол из газовых частиц, которые отражают излучаемый на них свет.
Художественная сублимация
Краски для печати
Принтеры с сухой сублимацией используют процесс сублимации для печати изображений фотографического качества. Процесс начинается с образования специальных пленок, содержащих твердые пигменты, которые при нагревании сублимируются, а затем повторно улавливаются.
Изображения можно печатать на полиэфирной подложке, горшках, алюминиевой или хромированной фольге.
Ароматизаторы
Сублимируют и твердые освежители воздуха. Эти соединения, как правило, представляют собой сложные эфиры, в том числе те, которые висят в унитазе. Таким образом, химические вещества попадают прямо в воздух и делают запах свежим.
Кадмий
Еще один элемент, сублимирующий при низком давлении. Это особенно проблематично в условиях высокого вакуума.
Графитовый
Этот материал сублимируется при пропускании электрического тока большой силы в высоком вакууме. Эта процедура используется в просвечивающей электронной микроскопии, чтобы сделать образцы проводящими и иметь более высокое разрешение.
Золото
Антрацен
Это белое твердое вещество, которое легко сублимируется. Этот метод обычно используется для очистки.
Салициловая кислота
Он используется в качестве мази для снятия температуры, так как он легко сублимируется. Этот метод также используется для его очистки.
некоторые примеры сублимации химия процессы, которые испытывают воду, углекислый газ, йод, мышьяк или серу.
Сублимация - это процесс прямого перехода из твердого состояния в газообразное состояние без прохождения жидкой фазы. Это эндотермический фазовый переход, который происходит при температурах и давлениях ниже тройной точки вещества, температуры и давления, в которых сосуществуют три фазы (Сублимация (химия), 2008).
При данной температуре большинство соединений и химических элементов могут обладать одним из трех разных состояний вещества при разных давлениях. В этих случаях переход из твердого состояния в газообразное состояние требует промежуточного жидкого состояния.
При температурах ниже тройной точки снижение давления приведет к фазовому переходу непосредственно от твердого тела к газу. Кроме того, при давлениях ниже давления в трех точках повышение температуры приведет к тому, что твердое вещество превращается в газ, не проходя через жидкую область (Boundless, S.F.).
Для некоторых веществ, таких как уголь и мышьяк, сублимация намного легче, чем испарение. Это связано с тем, что давление его тройной точки очень велико и их трудно получить в виде жидкостей..
Процесс сублимации требует дополнительной энергии; Это эндотермическое изменение. Энтальпия сублимации (теплота сублимации) может быть рассчитана с суммой энтальпии плавления и энтальпии испарения.
Противоположный процесс, когда газ претерпевает фазовое изменение в твердой форме, называется отложением или десублимацией (Anne Marie Helmenstine, 2016).
20 примеров сублимации
1- Углекислый газ
Сухой лед - это твердый углекислый газ. При комнатной температуре и давлении он сублимируется в пары углекислого газа (рисунок 2).
Его можно использовать для создания особого дымчатого или жуткого эффекта. Из-за своей относительной безопасности сухой лед является хорошим выбором на демонстрациях в классе.
2- Вода
В особых условиях замерзшая вода (лед) может пропускать жидкую фазу и сублимировать в воздухе. Трудно увидеть сублимацию льда, но вы можете увидеть результаты.
Южная поверхность горы Эверест имеет идеальные условия для сублимации снега: низкие температуры, сильный солнечный свет, низкая относительная влажность и сухие ветры (VanBuren, S.F.).
3- Йод
Йод при температуре 100 ° С превращается из твердого в токсичный пурпурный газ. Это используется в криминалистике для захвата отпечатков пальцев.
4- Мышьяк
При температуре 615 ° С мышьяк сублимируется. Это представляет опасность, учитывая токсичность элемента.
5- Сера
Это соединение сублимирует от 25 до 50 ° C, вызывая токсичные и удушающие газы (Tucker, 1929).
6- Печатные краски
Сухие сублимационные принтеры используют процесс сублимации для печати изображений фотографического качества.
Процесс начинается, когда появляются специальные пленки, содержащие твердые пигменты, которые при нагревании, сублимации и повторном захвате позже.
Изображения могут быть напечатаны на полиэстеровых рубашках, банках или листах из алюминия или хрома (МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИНЦЫ, Окрашивающие на алюминий, S.F.).
7- Ароматизаторы
Твердые освежители воздуха также сублимируют. Эти соединения обычно являются сложными эфирами, в том числе и теми, которые висят на унитазе. Так химические вещества попадают прямо в воздух и делают запах прохладным.
Шарики нафталина сделаны с этим составом, который сублимирует моли.
9- Цинк
Это соединение имеет тенденцию сублимировать при низком давлении.
10- Алюминий
Этот металл сублимируется при температуре выше 1000 ° С для определенных промышленных процессов.
11- Металлургия
Некоторые сплавы очищаются сублимационными методами. Таким образом, соединения, составляющие сплав, разделяются с получением очищенных продуктов..
12- кадмий
Другое соединение, которое сублимирует при низком давлении. Это особенно проблематично в ситуациях, когда вы работаете в высоком вакууме.
13- графит
Этот материал сублимируется путем пропускания электрического тока большой силы тока в высоком вакууме. Эта процедура используется в просвечивающей электронной микроскопии для проведения образцов и имеет более высокое разрешение.
14- Золото
15- Камфора
При определенной температуре камфара сублимируется, что используется для ее очистки или в лечебных целях.
16- ментол
Ментол сублимируется очень легко. Когда вы смотрите на бутылку чистого ментола, вы видите тонкие иглы ментола. Они растут путем осаждения. Это означает, что твердый ментол сублимирует.
17- антрацен
Это белое твердое вещество, которое легко сублимируется. Этот метод обычно используется для его очистки.
Это добавка к пище, которая легко сублимируется для очистки (Crampton, 2017).
19- Салициловая кислота
Используется как мазь для снятия лихорадки, так как легко сублимируется. Этот метод также используется для его очистки (Очистка органических соединений, S.F.).
20- Космическая сублимация
Феномен сублимации наблюдается не только ежедневно или в лаборатории. Астрономы и астрофизики имеют тенденцию иметь дело с этим явлением, когда они поворачивают свой взгляд к звездам.
Примерами являются сублимация воды ядер комет, приближение кометы к Солнцу и сублимация полярных ледяных шапок на Марсе во время марсианского лета (Технологический университет Суинберна, С.Ф.).
(возгонка, от лат. sublimo- возношу), переход в-ва из твердого состояния непосредственно (без плавления) в газообразное. С. подчиняется общим законам испарения. Обратный процесс -конденсация в-ва из газообразного состояния, минуя жидкое, непосредственно в твердое состояние-наз. десублимацией (Д.). С. и Д.-фазовые переходы первого рода.
Сублимац.-десублимац. процессы (СД процессы) могут протекать без участия и с участием т. наз. р-рителей-инертных (не претерпевающих фазовых переходов) газообразных или твердых компонентов. СД процессы с р-рителями проводят при атм. или повыш. давлении, без р-рителей-в вакууме.
В СД процессах с р-рителями инертное газообразное в-во (газ-носитель) служит для переноса паров сублимируемых (десублимируемых) в-в, а также для охлаждения газовых смесей при Д. Инертное твердое в-во вводят в систему: в качестве носителя для переноса продукта Д.-десублимата (напр., при фракционной сублимац. очистке в-в, см. ниже); для интенсификации подвода теплоты; для обеспечения равномерного индукционного или высокочастотного нагрева исходного материала и т. д.
Д. осуществляется на твердые пов-сти или происходит в объеме газовой фазы с выделением твердого в-ва в виде частиц аэрозоля.
Известны природные СД процессы, напр.: образование газовых гидратов, образование и изменение ядер комет, Д. водяного пара в атмосфере, С. льда.
Механизмы. С.-эндотермический, а Д.-экзотермический процессы. В случае С. при подводе энергии (конвективный
или контактный нагрев, нагрев излучением, напр. лазерным) происходит разрыв межмол. связей. Сублимир. в-ва м. б. конечными продуктами или направляться на Д., перед к-рой могут подвергаться промежуточной обработке, напр. ад-сорбц. очистке.
При Д. (процесс самоорганизации )возникают ван-дер-ваальсовы связи между отдельными молекулами в-ва с выделением энергии, к-рую отводят от десублимата не-посредств. контактом его с охлаждаемой твердой пов-стью, взаимод. с вводимым дополнительно хладагентом, испарением жидкости (напр., воды), добавляемой в газовую смесь, ее расширением.
Газовая фаза чаще всего образует идеальную смесь компонентов. Твердая фаза может образовывать системы, в к-рых компоненты полностью взаимно нерастворимы, неограниченно взаимно р-римы, ограниченно р-римы. Характер твердых систем определяет в осн. инженерное оформление СД процессов.
Статика. СД процессы, как и др. процессы с фазовыми переходами первого рода, удобно представлять с помощью трехфазной диаграммы состояния (рис. 1). На этой диаграмме сублимац. процесс изображен пунктирными линиями, пересекающими кривую св точке ниже тройной точки Тр при повышении т-ры и постоянном давлении либо при понижении давления и постоянной т-ре.
Рис. 1. Фазовая диаграмма для сублимац.-десублимац. процессов: а. Ъ. с- кривые давления пара соотв. при плавлении в-ва, над жидкостью, над твердой фазой, Тр-тройная точка; p-давление; T-абс. т-ра.
В случае однокомпонентных систем ур-нием кривой сслужит Клапейрона -Клаузиуса уравнение для давления на-сыщ. пара над твердой фазой при энтальпии С. DH С = const и абс. т-ре Т:
где A , -константа, R-газовая постоянная.
Для многокомпонентных систем ур-ние для р п по форме аналогично ур-нию (1), но зависит от характера взаимод. компонентов.
При Д. переход от гомогенной системы к гетерогенной начинается с образования единичных элементов новой фазы-твердых зародышей (кластеров), к-рые после достижения критич. размера имеют тенденцию к неограниченному росту. Энергия кластеров увеличивается с возрастанием числа входящих в них молекул, стремясь асимптотически к пределу, равному теплоте фазового перехода. Термодинамически возможность протекания СД процессов определяется соотношением:
где энергия Гиббса DG С для молекул, содержащих более 5 атомов, составляет 4-8 кДж/моль. Для молекул с мол. массой М 100 изменение энтропии DS = 120-140, для М >100-от 140 до 160кДж/(моль
Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .
Некоторые примеры сублимации Химия - это процессы, которым подвергаются вода, углекислый газ, йод, мышьяк или сера. В них наблюдается прямой фазовый переход от твердого тела к газу без предварительного перехода в жидкую фазу.
Классические примеры сублимации - сухой лед (нижнее изображение), который состоит из замороженного углекислого газа; и йод с его пурпурными кристаллами. Чтобы узнать, может ли соединение сублимироваться или нет, вам нужно обратиться к его фазовой диаграмме как функции давления и температуры (P-V).
На этих диаграммах состояния наблюдается точка, в которой три линии, разделяющие твердую, жидкую и газовую фазы, соединяются (и сосуществуют одновременно): тройная точка. Ниже этой точки находятся две зоны равновесия: одна для твердого тела и одна для газа. Таким образом, манипулируя давлением, достигается прямой переход твердое тело-газ.
Вот почему многие другие твердые соединения способны сублимироваться при нагревании за счет понижения давления или применения вакуума.
Примеры сублимации
Сухой лед
Сухой лед или CO2 solid - наиболее представительный пример сублимации. Он называется сухим, потому что он не оставляет следов влаги, он холодный и излучает белый дым, который так часто использовался в спектаклях.
Как только он изготовлен (при -78,5 ºC), он начинает сублимироваться при любой температуре; просто выставьте его на солнце, чтобы он сразу стал возвышенным. Это можно увидеть на следующем изображении:
Йод
И сухой лед, и йод являются твердыми молекулярными веществами. Йод состоит из молекул I2 этот помощник, чтобы установить фиолетовые кристаллы. Поскольку их межмолекулярные силы слабы, значительная часть этих кристаллов сублимируется, а не плавится при нагревании. Вышеупомянутое объясняет, почему пурпурные пары исходят от йода.
Лед и снег
На высотах снежных пиков снег может сублимироваться из-за более низкого давления, которое испытывают его кристаллы. Однако такая сублимация происходит очень медленно по сравнению с сухим льдом и йодом; давление паров льда и снега намного ниже и поэтому не сублимируется так быстро.
Если к этой медленной сублимации добавить фактор ветра, который уносит молекулы с поверхности льда и снега, размывая его поверхность, то замерзшие массы в конечном итоге уносятся; то есть они уменьшаются в размерах по мере распространения холмов (морен) снега. На следующем изображении показана сублимация льда:
Ментол
Хотя йод имеет определенный характерный запах, из ментола мы можем выделить качество, присущее всем твердым веществам, способным к сублимации при определенных условиях давления или температуры: они представляют собой ароматные соединения.
Тот факт, что твердое вещество имеет запах, означает, что давление его пара достаточно высокое, чтобы мы могли воспринимать его молекулы с помощью нашего обоняния. Таким образом, кристаллы ментола могут сублимироваться, если их нагреть в вакууме. Если пары попадут на холодную поверхность, они превратятся в скопление ярких очищенных кристаллов.
Следовательно, сублимация - это метод, позволяющий очищать летучие твердые вещества; веские примеры, о которых еще предстоит упомянуть.
Цинк
Цинк имеет значительно более низкую температуру кипения (419,5 ° C) по сравнению с другими металлами. Если его также нагреть с помощью вакуума, ваши кристаллы в конечном итоге сублимируются.
Мышьяк
Случай с мышьяком более заметен, чем с цинком: ему даже не нужно понижать давление для сублимации при 615ºC; температура, при которой образуются чрезмерно токсичные пары мышьяка. Чтобы расплавиться или расплавиться, его необходимо нагреть до высокого давления.
Металлоорганические соединения
Хотя нельзя обобщать, что все металлоорганические соединения могут сублимироваться, широкий их набор, состоящий из металлоценов, M (C5ЧАС5)2, и металлические карбонилы с координированными связями M-CO действительно сублимируются из-за их слабого межмолекулярного взаимодействия.
Например, металлоцены, включая никелоцен (зеленый) и ванадоцен (фиолетовый), сублимируют, а затем осаждают свои кристаллы с привлекательной и яркой геометрией. Менее поразительно то же самое верно и для карбонилов металлов.
Фуллерены
Кофеин
Кофеин, извлеченный из чая или кофейных зерен, можно очистить, если нагреть его до 160 ºC, потому что вместо плавления он сублимируется за один раз. Этот метод используется для очистки образцов кофеина, хотя часть его содержания теряется при выходе паров.
Теобромин
Как и кофеин, теобромин, но полученный из шоколада или какао-бобов, после экстракции очищается сублимацией при 290 ° C. Процесс облегчается, если применяется вакуум.
Сахарин
Кристаллы сахарина сублимируются и очищаются под действием вакуума.
Морфий
Синтезированный морфин, который будет использоваться в качестве анальгетика, снова очищают сублимацией при 110ºC и применением вакуума. И морфин, и кофеин состоят из больших молекул, но с относительно слабыми межмолекулярными силами по сравнению с их массами.
Камфора
Как и ментол, камфора представляет собой ароматное твердое вещество, которое при правильном нагревании сублимирует белые пары.
1,4-дихлорбензол
1,4-Дихлорбензол - твердое вещество с очень сильным запахом и запахом, похожим на запах нафталина, который также плавится при 53ºC. В связи с этим следует правильно предположить, что он может сублимироваться; даже в значительной степени без разогрева и в течение месяца.
Бензоин
Как и камфора, бензоин с запахом камфоры очищается сублимацией.
Пурина
Пурин и другие азотистые основания могут сублимироваться при температурах выше 150 ° C и при использовании вакуума из бактериальных клеток.
Мышьяк
При температуре 615 ° C мышьяк возгоняется. Это представляет опасность, учитывая токсичность элемента.
Сера
Этот элемент сублимирует при температуре от 25 до 50 ° C, вызывая токсичные и удушающие газы.
Алюминий
Этот металл сублимируется при температурах выше 1000 ° C для определенных промышленных процессов.
Металлургия
Некоторые сплавы очищают сублимационными методами. Таким образом, соединения, входящие в состав сплава, разделяются с получением очищенных продуктов.
Сублимационная печать
Сублимация также используется для печати изображений на объектах или поверхностях из полиэстера или полиэтилена. Изображение, созданное с помощью сублимируемых твердых пигментов, нагревается на объекте, чтобы навсегда запечатлеть его на нем. Поданное тепло также помогает порам материала открываться, чтобы цветные газы проходили через них.
Следы комет
Инверсионные следы комет являются результатом сублимации их содержимого из льда и других замороженных газов. Поскольку давление в Космосе практически отсутствует, когда эти камни окружают звезду, их тепло нагревает ее поверхность и заставляет их испускать ореол из газовых частиц, которые отражают излучаемый на них свет.
Художественная сублимация
Краски для печати
Принтеры с сухой сублимацией используют процесс сублимации для печати изображений фотографического качества. Процесс начинается с образования специальных пленок, содержащих твердые пигменты, которые при нагревании сублимируются, а затем повторно улавливаются.
Изображения можно печатать на полиэфирной подложке, горшках, алюминиевой или хромированной фольге.
Ароматизаторы
Сублимируют и твердые освежители воздуха. Эти соединения, как правило, представляют собой сложные эфиры, в том числе те, которые висят в унитазе. Таким образом, химические вещества попадают прямо в воздух и делают запах свежим.
Кадмий
Еще один элемент, сублимирующий при низком давлении. Это особенно проблематично в условиях высокого вакуума.
Графитовый
Этот материал сублимируется при пропускании электрического тока большой силы в высоком вакууме. Эта процедура используется в просвечивающей электронной микроскопии, чтобы сделать образцы проводящими и иметь более высокое разрешение.
Золото
Антрацен
Это белое твердое вещество, которое легко сублимируется. Этот метод обычно используется для очистки.
Салициловая кислота
Он используется в качестве мази для снятия температуры, так как он легко сублимируется. Этот метод также используется для его очистки.
Читайте также: