סובלימציה הפוכה: מושג ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

סובלימציה הפוכה היא תהליך תרמודינמי שבו חל שינוי מגז אקסותרמית המדינה מוצק מבלי להפוך הראשון נוזל. זה ידוע גם בשמות של סובלימציה רגרסיבית, ביטול ביטול או תצהיר; האחרון הוא הנפוץ ביותר בבתי ספר ובטקסטים אנציקלופדיים.

אומרים כי סובלימציה הפוכה היא תהליך אקסותרמי מכיוון שחלקיקים גזים (אטומים או מולקולות) חייבים לאבד אנרגיה על ידי שחרור חום לסביבה; באופן שיתקרר דיו ליצירת גבישים, להתמצק או להקפיא על משטח.

סובלימציה הפוכה קיימת בכל מקום בו יש משטח קר מספיק כדי להפקיד עליו קריסטלים ישירות משלב גזי. מקור: Pixabay.

פירוש המילה 'תצהיר' (ולא 'תצהיר') הוא שהחלקיק מופקד משלב גזי מבלי להרטיב את פני השטח המקבלים. זו הסיבה שתופעות סובלימציה הפוכות לרוב נמצאות על חפצים קפואים; כמו הכפור המונח על העלים או נופי החורף.

תצהיר כזה מתגלה לעיתים קרובות על ידי שכבה דקה של גבישים; למרות שזה יכול להיות עשוי גם מאבקה או חימר לכאורה. על ידי שליטה בתהליך זה, ניתן לתכנן חומרים רב-שכבתיים חדשים, כאשר כל שכבה מורכבת ממוצק ספציפי המופקד על ידי תהליכים כימיים או פיזיקליים.

מושג סובלימציה הפוך

סובלימציה הפוכה, כפי ששמה בלבד מגלה, היא התופעה ההפוכה לסובלימציה: היא לא מתחילה ממוצק שמתאדה, אלא מגז שמתמצק או קופא.

אם תסביר מולקולרית, זה ייראה מדהים שגז מסוגל להתקרר עד לנקודה שהוא אפילו לא מתעבה מלכתחילה; כלומר, זה עובר למצב הנזיל.

תפקיד המשטח

גזים, מופרעים מאוד ומפוזרים, מצליחים לפתע לארגן מחדש את חלקיקיו ולבסס את עצמו כמוצק (יהיה מראהו אשר יהיה).

כשלעצמו זה יהיה קשה קינטי ותרמודינמי, מכיוון שהוא זקוק לתמיכה המקבלת את חלקיקי הגז ומרכזת אותם כך שהם יוצרים אינטראקציה זה עם זה תוך איבוד אנרגיה; כלומר בזמן שהם מתקררים. כאן משתתף המשטח החשוף לגז: משמש כמחליף תומך וחום.

חלקיקי גז מחליפים חום עם פני השטח הקרים או הקפואים, כך שהם מאטים ולאט לאט נוצרים הגרעינים הגבישיים הראשונים. בגרעינים אלה, הקרים יותר מהגז שמסביב, מתחילים להפקיד חלקיקים אחרים המשולבים במבנה שלהם.

התוצאה הסופית של תהליך זה היא ששכבה של גבישים או מוצק בסופו של דבר נוצרים על פני השטח.

תנאים

על מנת שהסובלימציה הפוכה תתרחש, על שני המקרים הללו להיות קבועים: פני השטח במגע עם הגז חייבים להיות בטמפרטורה מתחת לנקודת הקפאה; או שצריך לקרר את הגז בצורה כזו שברגע שהוא נוגע לפני השטח הוא מופק כשהוא מפריע ליציבות המטרה שלו.

מצד שני, בתצהיר יכול להתרחש גם כאשר הגז חם. אם המשטח קריר מספיק, הטמפרטורה הגבוהה של הגז תעבור אליו פתאום ותגרום לחלקיקיו להסתגל למבנה המשטח.

למעשה, ישנן שיטות בהן המשטח אפילו לא צריך להיות קר, מכיוון שהוא משתתף ישירות בתגובה עם החלקיקים הגזיים שבסופו של דבר מונחים עליו קובאלי (או מתכתי).

בתעשיית הטכנולוגיה נעשה שימוש נרחב במתודולוגיה הפועלת מעיקרון זה ונקראת בתצהיר אדי כימי על ידי בעירה.

דוגמאות לסובלימציה הפוכה

בירה לבושה כלה

כאשר בירה כה קרה עד שכוס הבקבוק שלה מכוסה בלבן כאשר היא מוציאה מהמקרר, נאמר שהיא לבושה ככלה.

בקבוק הבירה מספק את שטח הפנים הדרוש למולקולות של אדי מים, H ₂ O, להתנגשות ולאבד אנרגיה במהירות. אם הזכוכית שחורה, תבחין כיצד היא הופכת לבנה משום מקום ותוכל לקרוע אותה בציפורן שלך כדי לכתוב הודעות או לצייר עליה תמונות.

לפעמים התצהיר הלחות מהסביבה הוא כזה שהבירה נראית מכוסה בכפור לבן; אך ההשפעה לא נמשכת זמן רב, מכיוון שככל שהדקות עוברות זה מתעבה ומרטיב את היד של מי שמחזיק בה ושותה.

כְּפוֹר

בדומה למתרחש על קירות בירה, הכפור מופקד על הקירות הפנימיים של כמה מקררים. כמו כן, שכבות גבישי קרח אלה נצפות בטבע בגובה הקרקע; הוא לא נופל מהשמים בשונה משלג.

אדי המים הקוררים העל מתנגשים על פני עלים, עצים, דשא וכו ', ובסופו של דבר נותנים להם חום, על מנת להתקרר ולהיות מסוגלים להתיישב עליהם, ולהתבטא בתבניותיהם הגבישיות האופייניות והקורנות.

תצהיר פיזי

עד עכשיו דיברו על מים; אבל מה עם חומרים או תרכובות אחרים? אם ישנם חלקיקים מזהביים בגזים בחדר למשל, ומכניסים חפץ קר ועמיד, אז תושם עליו שכבת זהב. כך גם במקרה של מתכות או תרכובות אחרות, כל עוד אינן דורשות עלייה בלחץ או בוואקום.

מה שתואר זה עתה נוגע לשיטה הנקראת תצהיר פיזי, והיא משמשת בתעשיית החומרים ליצירת ציפויים מתכתיים על חלקים ספציפיים. כעת, הבעיה היא כיצד להשיג את אטומי הזהב הגזים ללא צריכת אנרגיה גבוהה, מכיוון שנדרשים טמפרטורות גבוהות מאוד.

הוא נמצא במקום בו הוואקום נכנס, כדי להקל על המעבר ממוצק לגז (סובלימציה), כמו גם שימוש בקורות אלקטרונים.

פיח על קירות הארובה מצוטט לעתים קרובות כדוגמה לתצהיר פיזי; אם כי, חלקיקי הפחמן הדקים מאוד, שכבר נמצאים במצב מוצק, ותלויים בעשן, פשוט מתיישבים מבלי לעבור שינוי במצב. זה מוביל להשחרת הקירות.

תצהיר כימי

אם יש תגובה כימית בין הגז למשטח, אז זהו משקע כימי. טכניקה זו נפוצה בסינתזה של מוליכים למחצה, בציפוי פולימרים על ידי שכבות חיידקיות ופוטו-קטליטיות של TiO ₂ , או כדי לספק חומר הגנה מכני על ידי ציפוי שלהם ב- ZrO ₂ .

הודות לתצהיר כימי, אפשר שיהיו משטחי יהלומים, טונגסטן, טלורידים, ניטרידים, קרבידים, סיליקון, גרפן, צינורות פחמן וכו '.

תרכובות שיש בהן אטום ה- M שיופקד, והן רגישות גם לפירוק תרמי, יכולות להניב M למבנה פני השטח כך שייצור קשר קבוע.

זו הסיבה שבדרך כלל משתמשים בה בחומרים ריאגנטים אורגנו-מתכתיים, שבעת פירוקם מוותרים על אטומי המתכת ללא צורך להשיג אותם ישירות ממנה; כלומר, לא יהיה צורך להשתמש בזהב מתכתי, אלא במתחם זהב ליצירת "ציפוי" זהב רצוי.

שימו לב כיצד המושג הראשוני של סובלימציה הפוכה או הדחה בסופו של דבר מתפתח בהתאם ליישומים טכנולוגיים.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. מריה אסטלה רפינו. (12 בנובמבר 2019). סובלימציה הפוכה. התאושש מ: concept.de
3. ויקיפדיה. (2019). הדחה (מעבר שלב). התאושש מ: en.wikipedia.org
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (13 בינואר, 2019). הגדרת התצהיר בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
5. מלסקי, מלורי. (06 בדצמבר 2019). ההבדל בין הדחה וסובלימציה. sciencing.com. התאושש מ: sciencing.com
6. אנציקלופדיה של דוגמאות (2019). תַצהִיר התאושש מ: דוגמאות.co