Сублимация

В химии сублимация — это процесс, посредством которого вещество подвергается превращению из твердой фазы в газовую фазу без прохождения промежуточной жидкой фазы. Кристаллы йода и затвердевшая двуокись углерода являются примерами веществ, которые сублимируются при комнатной температуре и регулярном атмосферном давлении. Напротив, при нормальных давлениях большинство химических соединений и элементов обладают тремя различными состояниями — твердыми, жидкими и газообразными при разных температурах. В этих случаях переход из твердого состояния в газообразное состояние требует промежуточного жидкого состояния. Антоним (противоположный процесс) сублимации называется осаждением. Формирование инея является примером метеорологических отложений.

Примеры сублимации

Как упоминалось выше, диоксид углерода (СО2) является обычным примером химического соединения, которое сублимируется при атмосферном давлении — блок твердого СО2 (сухого льда) при комнатной температуре, и одно давление в атмосфере превратится в газ без первого превращения в жидкость. Йод — другое вещество, которое заметно сублимирует при комнатной температуре. В отличие от CO2, однако, можно получить жидкий йод при атмосферном давлении путем его нагревания. Снег и другие водные льды также сублимируют, хотя и медленнее, при температурах ниже нуля. Это явление, используемое при сушке вымораживанием, позволяет вывешивать влажную ткань на улице в морозную погоду и извлекать ее позднее в сухом состоянии. Нафталин, общий ингредиент нафталиновых шариков, также медленно возгоняется. Мышьяк также может сублимироваться при высоких температурах. Некоторые материалы, такие как цинк и кадмий, сублимируются при низких давлениях. В приложениях с высоким вакуумом это явление может быть проблематичным.

Принципы сублимационной сублимации — это фазовый переход, который происходит при температурах и давлениях ниже того, что называют «тройной точкой» вещества. Процесс представляет собой эндотермическое изменение, то есть изменение, в котором тепло поглощается системой. Энтальпия сублимации может быть рассчитана как энтальпия плавления плюс энтальпия испарения. Использование Сублимация — это метод, используемый химиками для очистки соединений. Обычно твердое вещество помещают в сосуд, который затем нагревают в вакууме. При этом пониженном давлении твердое вещество улетучивается и конденсируется в виде очищенного соединения на охлажденной поверхности, оставляя нелетучие примеси. Эта охлаждаемая поверхность часто принимает форму «холодного пальца». После прекращения нагрева и освобождения вакуума сублимированное соединение может быть собрано с охлажденной поверхности. Обычно это делается с помощью аппарата сублимации. Морозильные морозильники — это результат наличия вентилятора и циркуляции воздуха внутри морозильной камеры. Низкая температура в сочетании с циркуляцией воздуха, которая удерживает воздух, значительно ускоряет процесс сублимации. Это позволяет сохранить стены и полки морозильной камеры без льда, хотя кубики льда будут постоянно сублимироваться.

Сублимация краски также часто используется в цветной печати на различных подложках, включая бумагу. Небольшой нагреватель используется для испарения твердого материала красителя, который затем затвердевает на бумаге. Поскольку этот тип принтера позволяет чрезвычайно точно контролировать основные цветовые отношения, можно получить изображение хорошего качества даже при относительно низком разрешении принтера по сравнению с другими типами принтеров с аналогичным разрешением. Стандартные черно-белые лазерные принтеры способны печатать на обычной бумаге с использованием специального «переносного тонера», содержащего сублимационные красители, которые затем могут быть постоянно переданы на тепло в футболки, головные уборы, кружки, металлы, пазлы и другие поверхности. В алхимии сублимация обычно относится к процессу, посредством которого вещество нагревается до пара, а затем сразу же собирается в виде осадка на верхней части и горлышке нагревательной среды. Это один из 12 основных алхимических процессов.

В технике Fast-Freeze, Deep-Etch, образцы (например, образцы тканей) быстро замораживаются в жидком азоте и переносятся в вакуумное устройство, в котором надземный лед сублимируется. Это эффективно травит поверхность образца, показывая сохраненную трехмерную структуру гидратированного материала. Затем с помощью электронной микроскопии можно получить роторную затененную реплику поверхности. Сублимация также используется для создания лиофилизированных веществ, например, чая, супа или лекарств, в процессе, называемом лиофилизацией, который состоит в замораживании раствора или суспензии и его очень медленном нагревании при среднем-высоком вакууме, в частности, давлении ниже, чем Давление паров растворителя в точке его плавления. Это может быть значительно ниже точки плавления воды, если в образце содержатся лиофилизированные органические растворители или соли. Получаемое твердое вещество, как правило, намного легче растворять или ресуспендировать, чем такое, которое получается из жидкой системы, а низкие температуры вызывают меньший ущерб чувствительным к реактивным веществам.