OMGEKEERDE SUBLIMATIE: CONCEPT EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De omgekeerde sublimatie is een thermodynamisch proces waarbij een verandering optreedt van exotherm gas naar een vaste stof zonder eerst een vloeistof te worden. Het is ook bekend onder de namen van regressieve sublimatie, desublimatie of afzetting; dit laatste wordt het meest gebruikt in schoolteksten en encyclopedische teksten.

Van omgekeerde sublimatie wordt gezegd dat het een exotherm proces is omdat gasvormige deeltjes (atomen of moleculen) energie moeten verliezen door warmte af te geven aan de omgeving; zodanig dat het voldoende afkoelt om kristallen te vormen, te stollen of op een oppervlak te bevriezen.

Omgekeerde sublimatie vindt plaats overal waar er een voldoende koud oppervlak is om kristallen er rechtstreeks vanuit een gasfase op af te zetten. Bron: Pixabay.

Het woord 'afzetting' (en niet 'afzetting') betekent dat het deeltje wordt afgezet vanuit een gasfase zonder het ontvangende oppervlak nat te maken. Dat is de reden waarom inverse sublimatieverschijnselen vaak worden aangetroffen op ijzige objecten; zoals bij de op de bladeren afgezette vorst of winterlandschappen.

Een dergelijke afzetting wordt vaak gedetecteerd door een dunne laag kristallen; hoewel het ook kan worden gemaakt van een schijnbaar poeder of klei. Door dit proces te beheersen, kunnen nieuwe meerlagige materialen worden ontworpen, waarbij elke laag bestaat uit een specifieke vaste stof die is afgezet door chemische of fysische processen.

Omgekeerd sublimatieconcept

Omgekeerde sublimatie is, zoals de naam alleen al aangeeft, het tegenovergestelde fenomeen van sublimatie: het begint niet bij een vaste stof die verdampt, maar bij een gas dat stolt of bevriest.

Als je moleculair redeneert, ziet het er verbazingwekkend uit dat een gas kan afkoelen tot het punt waarop het niet eens condenseert; dat wil zeggen dat het naar de vloeibare toestand gaat.

De rol van het oppervlak

Een gas, zeer wanordelijk en diffuus, slaagt er plotseling in om zijn deeltjes te herschikken en zichzelf te vestigen als een vaste stof (ongeacht het uiterlijk).

Dit zal op zichzelf kinetisch en thermodynamisch moeilijk zijn, aangezien het een ondersteuning nodig heeft die de gasdeeltjes ontvangt en ze concentreert zodat ze met elkaar in wisselwerking staan ​​terwijl ze energie verliezen; dat wil zeggen, terwijl ze afkoelen. Dit is waar het oppervlak dat aan het gas wordt blootgesteld deelneemt: het dient als drager en warmtewisselaar.

Gasdeeltjes wisselen warmte uit met het koudere of ijzige oppervlak, waardoor ze langzamer gaan werken en beetje bij beetje worden de eerste kristallijne kernen gevormd. Op deze kernen, kouder dan het omringende gas, beginnen zich andere deeltjes af te zetten, die in hun structuur worden opgenomen.

Het eindresultaat van dit proces is dat er zich een laag kristallen of vaste stof op het oppervlak vormt.

Voorwaarden

Om omgekeerde sublimatie te laten plaatsvinden, moet een van deze twee voorwaarden gewoonlijk voorkomen: het oppervlak in contact met het gas moet een temperatuur hebben die lager is dan het vriespunt; of het gas moet onderkoeld worden, zodanig dat het, zodra het het oppervlak raakt, wordt afgezet wanneer het zijn doelstabiliteit verstoort.

Aan de andere kant kan afzetting ook optreden als het gas heet is. Als het oppervlak koel genoeg is, zal de hoge temperatuur van het gas er plotseling op overgaan en ervoor zorgen dat de deeltjes zich aanpassen aan de structuur van het oppervlak.

In feite zijn er methoden waarbij het oppervlak niet eens koud hoeft te zijn, aangezien het direct deelneemt aan een reactie met de gasvormige deeltjes die er covalent (of metallisch) op worden afgezet.

In de technologische industrie wordt een methodiek die vanuit dit principe werkt veel gebruikt en heet chemische dampafzetting door verbranding.

Voorbeelden van omgekeerde sublimatie

Bier verkleed als bruid

Als een biertje zo koud is dat het glas van zijn fles wit is wanneer het uit de koelkast wordt gehaald, wordt er gezegd dat het verkleed is als bruid.

De bierfles biedt het nodige oppervlak zodat de waterdampmoleculen, H ₂ O, botsen en snel energie verliezen. Als het glas zwart is, zult u merken dat het uit het niets wit wordt en u kunt het met uw vingernagel afscheuren om er berichten op te schrijven of er afbeeldingen op te tekenen.

Soms is de afzetting van vocht uit de omgeving zodanig dat het bier bedekt lijkt met witte rijp; maar het effect duurt niet lang, want naarmate de minuten verstrijken, verdicht en bevochtigt het de hand van degenen die het vasthouden en drinken.

vorst

Net als wat er op de wanden van een biertje gebeurt, zet zich ijs af op de binnenwanden van sommige koelkasten. Evenzo worden deze lagen ijskristallen in de natuur op grondniveau waargenomen; het valt niet uit de lucht in tegenstelling tot sneeuw.

De onderkoelde waterdamp botst met het oppervlak van bladeren, bomen, gras, enz., En geeft ze uiteindelijk warmte om af te koelen en zich erop te kunnen nestelen, en manifesteert zich in hun karakteristieke en stralende kristallijne patronen.

Fysieke afzetting

Tot nu toe is er sprake van water; Maar hoe zit het met andere stoffen of verbindingen? Als er bijvoorbeeld gasvormige gouddeeltjes in een kamer zitten en er wordt een koud en bestendig object ingebracht, dan zal er een laagje goud op worden afgezet. Hetzelfde zou gebeuren met andere metalen of verbindingen, zolang ze geen drukverhoging of vacuüm vereisen.

Wat zojuist is beschreven, gaat over een methode die fysieke afzetting wordt genoemd en die in de materiaalindustrie wordt gebruikt om metallische coatings op specifieke onderdelen te maken. Nu ligt het probleem in het verkrijgen van de gasvormige goudatomen zonder hoog energieverbruik, aangezien zeer hoge temperaturen vereist zijn.

Het is daar waar het vacuüm binnenkomt, om de overgang van vast naar gas (sublimatie) te vergemakkelijken, evenals het gebruik van elektronenbundels.

Roet op schoorsteenmuren wordt vaak genoemd als een voorbeeld van fysieke afzetting; hoewel de zeer fijne koolstofdeeltjes, die al in vaste toestand zijn en in de rook zijn gesuspendeerd, eenvoudig tot rust komen zonder een verandering van toestand te ondergaan. Dit leidt tot zwart worden van de muren.

Chemische afzetting

Als er een chemische reactie is tussen het gas en het oppervlak, dan is het een chemische afzetting. Deze techniek is gebruikelijk bij de synthese van halfgeleiders, bij het coaten van polymeren door bacteriedodende en fotokatalytische lagen van TiO ₂ , of om een ​​mechanisch beschermingsmateriaal te verschaffen door ze te coaten met ZrO ₂ .

Dankzij chemische afzetting is het mogelijk om oppervlakken te hebben van diamanten, wolfraam, telluriden, nitriden, carbiden, silicium, grafeen, koolstofnanobuisjes, enz.

Verbindingen met het M-atoom dat moet worden afgezet, en die ook vatbaar zijn voor thermische ontleding, kunnen M aan de oppervlaktestructuur geven, zodat het permanent wordt gehecht.

Daarom worden gewoonlijk organometaalreagentia gebruikt, die bij ontbinding de metaalatomen opgeven zonder dat ze er rechtstreeks uit hoeven te halen; dat wil zeggen, het zou niet nodig zijn om metallisch goud te gebruiken, maar eerder een goudcomplex om de gewenste gouden "plating" te creëren.

Merk op hoe het oorspronkelijke concept van inverse sublimatie of afzetting uiteindelijk evolueert volgens technologische toepassingen.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Maria Estela Raffino. (12 november 2019). Omgekeerde sublimatie. Hersteld van: concept.de
3. Wikipedia. (2019). Afzetting (faseovergang). Hersteld van: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (13 januari 2019). Definitie van afzetting in de chemie. Hersteld van: thoughtco.com
5. Malesky, Mallory. (06 december 2019). Het verschil tussen afzetting en sublimatie. sciencing.com. Hersteld van: sciencing.com
6. Encyclopedie van voorbeelden (2019). Afzetting Hersteld van: voorbeelden.co