Sublimacja to termin określający, kiedy materia ulega przemianie fazowej bezpośrednio z ciała stałego do forma gazowalub pary, bez przechodzenia przez bardziej powszechną fazę ciekłą między nimi. Jest to szczególny przypadek parowania. Sublimacja odnosi się do fizycznych zmian przejścia, a nie do przypadków, w których ciała stałe zamieniają się w gaz w wyniku reakcji chemicznej. Ponieważ fizyczna zmiana z ciała stałego w gaz wymaga dodania energii do substancji, jest to przykład zmiany endotermicznej.
Jak działa sublimacja
Przejścia fazowe zależą od temperatury i ciśnienia danego materiału. W normalnych warunkach, jak ogólnie opisano przez teoria kinetyczna, dodanie ciepła powoduje, że atomy w ciele stałym zyskują energię i stają się mniej ściśle ze sobą związane. W zależności od budowy fizycznej powoduje to zwykle stopienie ciała stałego w postać płynną.
Jeśli spojrzysz na diagramy fazowe, który jest wykresem przedstawiającym stany materii dla różnych ciśnień i objętości. „Punkt potrójny” na tym schemacie reprezentuje minimalne ciśnienie, dla którego substancja może przyjąć fazę ciekłą. Poniżej tego ciśnienia, gdy temperatura spada poniżej poziomu fazy stałej, przechodzi bezpośrednio w fazę gazową.
Konsekwencją tego jest to, że jeśli punkt potrójny znajduje się pod wysokim ciśnieniem, tak jak w przypadku stałego dwutlenku węgla (lub suchy lód), wówczas sublimacja jest w rzeczywistości łatwiejsza niż stopienie substancji, ponieważ wysokie ciśnienia potrzebne do przekształcenia jej w płyny są zwykle wyzwaniem.
Zastosowania do sublimacji
Jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że jeśli chcesz przeprowadzić sublimację, musisz umieścić substancję poniżej potrójnego punktu poprzez obniżenie ciśnienia. Metodą często stosowaną przez chemików jest umieszczenie substancji w próżni i zastosowanie ciepła w urządzeniu zwanym aparatem do sublimacji. Próżnia oznacza, że ciśnienie jest bardzo niskie, więc nawet substancja, która zwykle topi się w postać płynną, sublimuje bezpośrednio w parę wraz z dodatkiem ciepła.
Jest to metoda stosowana przez chemików do oczyszczania związków i została opracowana w czasach przed chemii alchemii jako środek do tworzenia oczyszczonych par pierwiastków. Te oczyszczone gazy mogą następnie przejść proces kondensacji, przy czym końcowym rezultatem jest oczyszczone ciało stałe, ponieważ jedno z nich temperatura sublimacji lub temperatura kondensacji byłaby inna dla zanieczyszczeń niż dla pożądanych solidny.
Jedna uwaga do rozważenia na temat tego, co opisałem powyżej: kondensacja faktycznie doprowadziłaby gaz do cieczy, która następnie zamarzłaby z powrotem w ciało stałe. Możliwe byłoby również obniżenie temperatury przy zachowaniu niskiego ciśnienia, utrzymując cały układ poniżej punktu potrójnego, a to spowodowałoby przejście bezpośrednio z gazu w ciało stałe. Ten proces nazywa się zeznanie.