Что такое сублимация в химии 8 класс определение
20 примеров химической сублимации и характеристик
некоторые примеры сублимации химия процессы, которые испытывают воду, углекислый газ, йод, мышьяк или серу.
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
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.
8- Нафталин
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
Сублимация золота используется для изготовления недорогих медалей и «позолоченных» украшений. Он также используется для обработки образцов сканирующей электронной микроскопии..
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.
18- бензойная кислота
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.).
СУБЛИМАЦИЯ
(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.
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
Возгонка (сублимация)
Некоторые твердые вещества при нагревании способны активно испаряться до достижения температур их плавления. Обратный переход паров в твердое состояние происходит сразу, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется возгонкой или сублимацией и применяется для очистки веществ.
Возгонка, даже однократная, как правило, приводит к получению вполне чистого продукта и нередко заменяет несколько перекристаллизации. Она может быть использована как для окончательной очистки продукта, так и для предварительного отделения летучего соединения от нелетучих примесей. От перекристаллизации возгонка выгодно отличается также более высоким выходом чистого продукта (98—99%).
С другой стороны, возгонка — весьма длительный процесс, поэтому его обычно используют для очистки небольших количеств веществ. Область применения этого метода ограничена также тем, что способность многих твердых соединении сублимироваться столь ничтожна, что не может быть использована для препаративных целей.
Поскольку скорость испарения пропорциональна общей площади поверхности испарения, подвергаемое возгонке вещество необходимо как можно тоньше измельчать. Не следует также допускать плавления вещества при возгонке, поскольку это ведет к падению скорости процесса вследствие резкого уменьшения поверхности вещества.
Применение разрежения, так же как и при перегонке, снижает температуру, при которой вещества начинают возгоняться, поэтому под вакуумом удается сублимировать многие трудполетучие соединения.
При выборе приборов для возгонки следует отдавать предпочтение конструкциям, в которых расстояние между возгоняемым веществом и поверхностью конденсации минимально. С уменьшением этого расстояния возрастает скорость возгонки.
Рис. 81. Приборы (а, б) для возгонки с конденсацией паров на охадаемых поверхностях.
Рис. 82. Простейший прибор для возгонки: 1 — фарфоровая чашка с веществом; 2 — стеклянная воронка; 3— кружок фильтровальной бумаги с отверстиям; 4 — песчаная баня; 5 — вата.
Для сублимации небольших количеств легко возгоняющихся веществ может быть использован про- стсйшпй прибор, состоящий кз фарфоровой чашки, часового стекла и обычной химической воронки (рис. 80). Возгоняемое вещество нагревают на песчаной бане; возгон собирается на холодных стенках воронки, откуда его следует периодически счищать. Чтобы кристаллы возгона не падали обратно в чашку, вещество накрывают кружком фильтровальной бумаги или асбеста, проколов в нем несколько отверстий.
Рис. 82. Прибор для возгонки небольших количеств веществ в вакууме.
Во многих случаях предпочтительнее проводить конденсацию на охлаждаемую поверхность. Из всех предложенных для этой цели приборов наиболее простыми и в то же время обеспечивающими минимальное расстояние до поверхности конденсации являются приспособления, изображенные на рис. 81.
Обычно применяемый прибор для возгонки небольших количеств веществ в вакууме приведен на рис. 82. К его недостаткам относится необходимость периодического отключения вакуума и разборки прибора для соскабливания возгона.
В вакуум-сублиматоре, изображенном на рис. 83, возгон собирается в горизонтально расположенном холодильнике с достаточно широкой внутренней трубкой. Во избежание преждевременной конденсации продукта колбу с возгоняемым веществом по самое горло погружают в нагретую до нужной температуры жидкостную баню. Небольшой ток воздуха или инертного газа, подаваемый в’ колбу через капилляр, способствует эффективному отводу паров от поверхности испарения, что резко повышает производительность прибора.
Для предотвращения уноса мельчайших частиц вещества с током газа в отводное горло колбы целесообразно впаять пористую стеклянную перегородку, однако при небольшом расходе газа эта мера не обязательна.
В зависимости от свойств очищаемого вещества и его количества можно изменять конструкцию отдельных частей прибора, не меняя принципа его действия. Так, различными могут быть форма колбы и способ ее обогрева. В качестве конденсатора для сублимации больших количеств вещества очень удобна охлаждаемая снаружи двухгорлая колба.
7.6. Возгонка (сублимация) и десублимация
Возгонку применяют для дополнительной очистки небольших количеств вещества от малолетучих примесей или малолетучего вещества от легколетучих примесей. Важным преимуществом возгонки по сравнению с кристаллизацией того же вещества из раствора является исключение из процесса очистки растворителя, который часто должен быть очень чистым.
Простейший сублиматор состоит из химического стакана 4 (Рис. 138, а) с возгоняемым веществом и десублимационной воронки 2, через которую пропущена стеклянная трубка закрепленная на конце трубки воронки обрезком резинового шланга. Стакан нагревают на электрической плитке 5. Для увеличения скорости возгонки через трубку 1 подают из газометра (см. рис. 271) слабый поток необходимого газа или воздуха из любого микрокомпрессора. Газ (воздух) предварительно пропускают для удаления аэрозоля через фильтр Петрянова.
Пар возгоняемого вещества, увлеченный потоком газа, омывает внутреннюю поверхность воронки, образуя на ней кристаллы десублимата 3. Скорость потока газа следует регулировать. При большом потоке возрастает унос мелкодисперсной твердой фазы с поверхности нагреваемого вещества и десублимата. Таким же простым сублиматором является фарфоровая чашка 3 с возгоняемым веществом (рис. 138, б), накрытая воронкой 1 и нагреваемая на песочной бане 4. Для улучшения десублимации возгоняемого вещества 2 на внешнюю поверхность воронок накладывают влажную ткань или влажную фильтровальную бумагу (на рисунках они не показаны). Используют также воронки с охлаждающей рубашкой.
Рекомендуемые в ряде руководств сублиматоры, состоящие из колбы 2 (рис. 138, в) и пальчикового холодильника 7, на котором образуются кристаллы 3 десублимата, не имеют особых преимуществ перед рассмотренными выше сублиматорами с воронками. Трубки 4 и 5 служат для создания потока газа.
Пальчиковый пришлифованный холодильник часто трудно удалить из горла колбы из-за заедания шлифа продуктами возгонки. Поэтому лучше конец горла колбы не шлифовать, а оставить на нем небольшие канавки для выхода газа. Кроме того, при извлечении холодильника с достаточно толстым слоем десублимата 3 происходит потеря последнего из-за обдирания его внутренними стенками выходного отверстия колбы. Чтобы избежать такой потери десублимата, применяют более простой прибор, состоящий из колбы-холодильника 1 (рис. 138, г) с проточной водой и химического стакана 3 с возгоняемым веществом. Десублимат 2 образуется на отростке колбы.
Во всех рассмотренных выше типах сублиматоров возможен местный перегрев твердой фазы, вызывающий растрескивание кристаллов с появлением аэрозоля вещества, уносимого с паром.
устранения этого явления применяют сублиматоры с постоянной температурой нагрева вещества при помощи пара кипящей жидкости.
В сублиматорах типа а (рис. 139) порошок загружают в трубку 8 после удаления головки с краном, холодильника 6 и колбо-нагревателя 7. Затем заливают необходимую жидкость в сосуд 5. вставляют холодильник и головку с трубками 7 и 2, стараясь не задеть газоподводной трубкой 1 слой порошка, и размешают сосуд 5 в колбонагревателе 7. Как только закипит жидкость, начинают пропускать воздух или инертный газ через трубку 1. регулируя скорость газа краном. Возгон 3 оседает в холодной части трубки 8. Диафрагма 4 служит для обеспечения равномерной толщины слоя десублимата на холодной части поверхности трубки 8 и повышения степени десублимации.
Количество получаемого десублимата растет с приближением охлаждающей поверхности к поверхности возгоняемого вещества, а увеличению скорости возгонки способствует применение вакуума со слабым потоком воздуха или другого газа.
Вакуум-сублиматор с пальчиковым холодильником 1 (рис. 140, а) состоит из сосуда 2 с лодочкой 4. Нагревание сосуда 2 осуществляют в трубчатой печи 5.
Вакуум-сублиматор с воздушным охлаждением (рис. 140, б) имеет широкую пробирку 7 со стеклянной трубкой 2, вмещающей лодочку 4 овального типа, плотно входящую в трубку 2 задней своей частью. Поэтому десублимат 3 собирается преимущественно в передней части трубки. После окончания возгонки лодочку извлекают из правого конца 5 трубки 2, не затрагивая возгон 3. Такой сублиматор позволяет очень быстро удалить возгон без загрязнения его исходным веществом.
Для вакуумной возгонки порошка в токе инертного газа пригодно устройство Солтиса (рис. 141, а). Вещество 3 помещают на пластинку 4 из пористого стекла. Верхний конец сосуда 8 закрывают пробкой с капилляром 1, через который пропускают слабый ток инертного газа. Следуя за потоком газа, пар вещества проходит пористую пластинку 4 и осаждается на поверхности холодильника 5.
В вакуум-сублиматоре с защитной рубашкой 2 (рис. 141, 6) холодильником служит пробирка 1, заполненная охлаждающей смесью. Рубашка 2 имеет пористую стеклянную пластинку 4 которая препятствует загрязнению осаждающегося на пробирке 1 десублимата частицами исходного порошка, увлекаемыми его паром.
20 Примеры химической сублимации и характеристики
Содержание:
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
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.
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
Мячи C60 и C70 они взаимодействуют друг с другом посредством лондонских дисперсионных сил, различающихся только их молекулярными массами. Относительная «слабость» таких взаимодействий дает фуллеренам давление пара, способное сравняться с атмосферным давлением при 1796 ºC; и в процессе они сублимируют свои черные кристаллы.
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
Камфора
Как и ментол, камфора представляет собой ароматное твердое вещество, которое при правильном нагревании сублимирует белые пары.
1,4-дихлорбензол
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
Хотя слово «возвышенное» выходит за рамки химической или физической сфер, оно также применимо к тому, что выходит за рамки общепринятого; немыслимая красота, нежность и глубина. Из простого или простого (твердого) художественное произведение или любой другой элемент может подняться (газ), чтобы превратиться в нечто возвышенное.
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
Сублимация золота используется для изготовления недорогих медалей и «позолоченных» украшений. Он также используется для обработки образцов сканирующей электронной микроскопии.
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.