24.10.2020

Примеры сублимации и десублимации в физике: Что такое сублимация в физике? Примеры

Содержание

Что такое сублимация в физике? Примеры

Наверняка, каждый человек не раз сталкивался с понятием сублимации в физике. В школах этой теме всегда посвящают несколько уроков, а в высших учебных заведениях, направленных на более глубокое изучение точных наук, ей уделяют особое внимание. Итак, в статье вы узнаете, что такое сублимация и десублимация в физике.

Общее понятие

Сублимация в физике — это процесс перехода вещества из твердого состояние в газообразное, минуя при этом жидкое. По-другому она называется взгонкой вещества. Этому процессу сопутствует поглощение энергии (в физике эта энергия имеет название «теплота сублимации»). Процесс является очень важным и имеет широкое применение в экспериментальной физике.

Десублимация — это, напротив, процесс перехода вещества из газообразного в твердое состояние. Еще одно название данного процесса — «депозиция». Она является полностью противоположной сублимации. При депозиции энергия выделяется, а не поглощается, причем в очень больших количествах. Десублимация также является очень важной, однако намного сложнее привести пример ее целенаправленного использования человеком, особенно в быту.

Описание процесса

Катализаторами сублимации в физике может служить почти все, что угодно. Иногда вещества сублимируются (так называется этот самый процесс в физике), когда достигают определенной температуры. Как правило, речь идет о температуре выше средней, однако есть некоторые исключения, когда вещества «взгоняются» при отрицательных значениях.

Иногда катализатором этого процесса может являться кислород. В таких случаях вещество будет переходить в газообразное вещество при контакте с воздухом. Кстати говоря, такой прием зачастую используется режиссерами в фантастических фильмах. Здорово, не правда ли?!

Для десублимации катализаторы ровным счетом аналогичные, однако нужно уловить одну закономерность: все параметры, за исключением некоторых особых химических реакций, будут с отрицательным знаком. То есть, если при сублимации основная масса процессов происходит при положительных температурах, то при депозиции, напротив, будут фигурировать низкие.

Стоит также отметить, что переход происходит последовательно. Каждому промежутку времени соответствует свой его перехода.

Многие ученые даже разделяют его на стадии, но этого можно и не делать. Применим это он к взгонке, так и к обратному ей процессу. Именно это позволяет физикам контролировать процесс и использовать его даже в быту.

Примеры

Существует множество примеров сублимации в физике, однако и примеров обратного ей процесса тоже довольно много. Стоит рассмотреть обе категории.

Итак, примеры взгонки:

  1. Сухой лед. Наверное, это самый распространенный пример процесса. Наверняка, каждый хоть раз видел или держал в его руках. Одно время сухой лед был крайне популярным предметом для съемок видео на «Ютубе». Почти каждый человек видел хотя бы одно такое видео. Стоит отметить, что лед используется не только в развлекательных целях. Он также имеет довольно широкое применение в быту.
  2. Высыхание белья на морозе. Абсолютно каждая хозяйка зимой вывешивает белье на мороз. Казалось бы, оно должно вернуться застывшим, однако возвращается полностью сухим. Связано это с тем, что произошла сублимация молекул воды. Это самый наглядный пример применения сублимации в физике.

Самое время перейти к депозиции. Целесообразно рассмотреть примеры:

  1. Иней. Это самый наглядный пример десублимации в природе, с которым связывался абсолютно каждый. Происходит процесс при крайне резком похолодании и слишком быстром прохождении точки росы. Такое явление широко распространено. Увидеть иней можно поздней осенью и зимой. Наиболее хорошо различим он в октябре-ноябре, когда снега еще совсем немного.
  2. Узор на окнах зимой. Да, оказывается именно десублимация создает нашу новогоднюю атмосферу. Замысловатые узоры возникают из-за огромнейшей разницы между температурами на улице и в помещении.

Для чего она нужна

Процесс сублимации, помимо того, что он часто встречается в природе, нашел широкое распространение в бытовых вопросах. Обусловлено это удобством, а также малой токсичностью вещей, склонных к этому процессу. Итак, вот несколько примеров ее использования в быту:

  1. Сушка белья. Как было сказано выше, молекулы воды просто выветриваются, минуя одно из агрегатных состояний. Такой способ сушки до сих пор остается чуть ли не самым популярным.
  2. Принтеры цветной печати. Твердые цветные частицы краски сразу переходят в газообразное состояние под воздействием давления и температуры. Несмотря на то, что такой способ уходит в прошлое, кое-где он распространен и в наше время.
  3. Средства от моли и ароматические пластинки. Нередко какой-то из этих предметов можно найти в шкафу. Такие пластинки не просто растворяются, как многие думают, а переходят в состояние газа и переносят запах.

Помимо этого, сублимация широко используется в разнообразных физических опытах. Интересно отметить, что в химии способность веществ к сублимации нередко является основополагающей причиной качественной реакции.

Где еще встречается этот термин

Термин «сублимация» можно встретить не только в физике и химии. Также он уместен и в психологии. В этой науке его расшифровка совсем иная: это способ «выпустить пар», кардинально изменив свой вид деятельности.

Также термин используется в стези печати. В этой сфере деятельности определение меняется: сублимационная печать — это один из способов переноса изображения на любую поверхность с помощью краски, которая проходит процесс взгонки. Проще говоря, это один из способов печати на любой поверхности.

Заключение

В заключении данной статьи следует заметить, что сублимация, даже несмотря на то, что ее понятие встречается в самых разных сферах деятельности общества, в первую очередь остается физическим термином. Именно оттуда, как говорится, «растут ноги». Внимательно вчитайтесь в определение сублимации в физике, а потом сравните его со всеми остальными расшифровками. Таким образом, вы увидите, что термины схожи по своему значению. Дело в том, что каждый из них адаптирован под ту или иную сферу деятельности, о которой идет речь.

Лекция «Сублимация и десублимация. Плавление и кристализация»

Лекция № 15

Плавление и кристаллизация. Понятие о фазе вещества. Сублимация и десублимация.

Кристаллизация – это переход вещества в кристаллическое состояние из жидкого, или газообразного, или аморфного состояния.

Кристаллизация является фазовым переходом, происходит с выделением тепла, но при постоянной температуре. Примеры кристаллизации: замерзание воды (переход из жидкой фазы в кристаллическую), образование инея (переход из газообразной фазы в кристаллическую).

Плавление кристаллического вещества – это переход из кристаллической фазы в жидкую.

Процесс плавления кристаллического вещества происходит с поглощением тепла, но температура остается постоянной, пока плавление не завершится. Пример плавления кристаллического вещества – таяние льда. Смесь снега и льда сохраняет температуру 0° С, пока весь лед не растает.

Фазовые переходы на диаграмме температуры и давления

Лед, вода, пар – классический пример трех агрегатных состояний вещества. Не всегда вещества демонстрируют такие же «правильные» фазовые переходы. Например, углекислый газ замерзает и переходит в кристаллическую фазу при температуре -56,6°С, минуя жидкую фазу. При нагревании твердый диоксид углерода не плавится, а испаряется, переходя сразу в газообразное состояние. Но при более высоких температурах и высоком давлении возможен переход диоксида углерода в жидкое состояние, а при дальнейшем охлаждении жидкой фазы происходит кристаллизация.
Фазовые переходы между агрегатными состояниями того или иного вещества изображаются на p-t диаграмме (по оси абсцисс откладывается температура, по оси ординат – давление). Диаграмма фазовых переходов лед-вода-пар  показана для условий, когда лед находится не в воздушной среде, а в замкнутом объеме, где из газов присутствует только водяной пар.
По диаграммам можно проследить, что при повышении давления вода замерзает при более низких температурах; диоксид углерода, наоборот, имеет прямую зависимость температуры кристаллизации от давления.

Кристаллизация и затвердевание: в чем разница?

Твердые вещества могут не быть кристаллическими. Например, стекло и стеклоподобные аморфные вещества постепенно затвердевают при остывании; у них нет явно выраженной точки фазового перехода. Плавление стекла тоже происходит в некотором диапазоне температур, зависящем от химического состава и наличия примесей.
Отличие кристаллизации от затвердевания – в наличии фазового перехода, во время которого сохраняется постоянная температура:

  • если тепло не подводить, то жидкая и твердая фазы будут оставаться в равновесии;

  • если тепло поступает, то кристаллы будут плавиться, при сохранении температуры фазового перехода;

  • если тепло отводить, то происходит рост кристаллов, температура фазового перехода сохраняется, пока вся жидкая фаза не перейдет в кристаллическую.

Например, смесь воды со льдом в жаркий день сохраняет нулевую температуру, пока весь лед не растает. Поступающее тепло увеличивает внутреннюю энергию за счет приобретения молекулами дополнительных степеней свободы, но температура сохраняется прежняя до того, как лед полностью растает.

Фазовый переход в твердом веществе между двумя кристаллическими состояниями

Иначе ведет себя углерод. У него несколько фазовых переходов. Из жидкой формы, при отводе тепла, он переходит в кристаллическую фазу – графит; при высоком давлении более 120 000 атм. жидкий углерод кристаллизуется в алмаз.
Кроме того, есть фазовый переход между двумя твердыми кристаллическими фазами: графитом и алмазом.

На рисунке красной линией показана диаграмма фазового перехода между алмазом и графитом. Температура фазового перехода зависит от давления, процессы, происходящие в твердом теле, аналогичны кристаллизации воды: если тепло подводить, то алмаз переходит в графит; если тепло отводить при соответствующем высоком давлении, то происходит переход, кристаллизация графита в алмаз.
Можно видеть, что переходы между алмазом и графитом совершаются при высоких температурах и давлениях, а при нормальном давлении и температуре алмаза вроде бы и не должно быть. Действительно, при низком давлении графит нельзя превратить в алмаз. Но если алмаз образовался под воздействием высокого давления, при охлаждении и уменьшении давления он сохраняет свою структуру: это метастабильное состояние. Действительно, из всех кристаллов алмаз самый нестойкий: при нагревании до 1400°С он превращается в графит – устойчивую при нормальном давлении фазу.

Кристаллизация жидких кристаллов

Есть вещества, имеющие несколько кристаллических фаз в твердом состоянии; но есть целый класс веществ, имеющих несколько фазовых переходов в жидком состоянии: это вещества, раствор или расплав которых образует жидкие кристаллы.
Жидкие кристаллы имеют для нас важнейшее значение. Живые ткани построены из органических молекул, частично упорядоченных; то есть все живые существа состоят из жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы – это частично упорядоченные двумерные или одномерные структуры. Они стабильны в узком диапазоне температур, являются промежуточным состоянием между кристаллической и жидкой фазами. Переход от трехмерной кристаллической решетки к двумерной или одномерной структуре происходит при температуре фазового перехода; после того, как весь образец  перейдет в жидкокристаллическое состояние, температура начинает повышаться, и повышается до значения, соответствующего следующему фазовому переходу. В конце концов частично упорядоченная структура переходит в жидкую фазу, при температуре соответствующего фазового перехода.

Сублимация и десублимация.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Мы ощущаем запах, образующийся при испарении твёрдого вещества мыла. То есть твердое тело превращается в пар.

Сублимация

ТВ. ТЕЛО    ПАР

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Десублимация — это переход из газообразного состояния сразу в твердое.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем — тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Десублимация

ПАР    ТВ.ТЕЛО

СУБЛИМАЦИЯ И ДЕСУБЛИМАЦИЯ • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 31. Москва, 2016, стр. 361

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: Э. Г. Раков

СУБЛИМА́ЦИЯ И ДЕСУБЛИМА́ЦИЯ, пе­ре­ход ве­ще­ст­ва из твёр­до­го со­стоя­ния в га­зо­об­раз­ное и об­рат­но без об­ра­зо­ва­ния рас­пла­ва при из­ме­не­нии темп-ры. Тер­мин «суб­ли­ма­ция» (от лат. sublimo – воз­но­сить) эк­ви­ва­лен­тен воз­гон­ке. С. и д. от­но­сят­ся к фа­зо­вым пе­ре­хо­дам 1-го ро­да и со­про­во­ж­да­ют­ся те­п­ло­вы­ми эф­фек­та­ми: по­гло­ще­ни­ем те­п­ло­ты при суб­ли­ма­ции и вы­де­ле­ни­ем при де­суб­ли­ма­ции. Оба про­цес­са про­те­ка­ют при темп-рах и дав­ле­ни­ях ни­же тех, что со­от­вет­ст­ву­ют трой­ной точ­ке рас­смат­ри­вае­мо­го ве­ще­ст­ва. Де­суб­ли­ма­ция мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся на хо­лод­ной по­верх­но­сти или при сме­ше­нии па­ров ве­ще­ст­ва с бо­лее хо­лод­ным га­зом, при рас­ши­ре­нии не­ко­то­рых сжа­тых га­зов (об­ра­зо­ва­ние твёр­до­го ди­ок­си­да уг­ле­ро­да при ра­бо­те ог­не­ту­ши­те­лей).

Про­цес­сы С. и д. про­ис­хо­дят в ес­теств. ус­ло­ви­ях, при­ме­ня­ют­ся в ла­бо­ра­тор­ной прак­ти­ке и в пром-сти. Напр., об­ра­зо­ва­ние сне­га, инея, мо­роз­ных узо­ров на окон­ных стёк­лах яв­ля­ет­ся де­суб­ли­ма­ци­ей ат­мо­сфер­ной вла­ги при ох­ла­ж­де­нии её па­ров ни­же 0 °С, ис­па­ре­ние на­мёрз­ше­го льда и вы­пав­ше­го сне­га при темп-рах ни­же 0 °С – суб­ли­ма­ци­ей. В пром-сти С. и д. ис­поль­зу­ют для вы­де­ле­ния ве­ществ из га­зо­вых по­то­ков (напр., фта­ле­во­го ан­гид­ри­да, гек­саф­то­ри­да ура­на), очи­ст­ки ве­ществ, суб­ли­мац. суш­ки (напр., пи­ще­вых про­дук­тов), те­п­ло­вой за­щи­ты ЛА при сверх­зву­ко­вых ско­ро­стях по­лёта, на­не­се­ния за­щит­ных и функ­цио­наль­ных по­кры­тий при из­го­тов­ле­нии при­бо­ров и др.

Сублимация (физика) — это… Что такое Сублимация (физика)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Сублимация.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 15 мая 2011.

Сублимационная кривая водяного льда — равновесный участок «твердое тело — газ» на фазовой диаграмме воды

Сублимация (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.

Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.

Примеры возгонки

Сублимация иода

Возгонка характерна, например, для элементарного иода I2, который при нормальных условиях не имеет жидкой фазы: чёрные с голубым отливом кристаллы сразу превращаются (сублимируются) в газообразный молекулярный иод (медицинский «йод» представляет собой спиртовой раствор).

Сублимация льда

Хорошо поддается возгонке лёд, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки. При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

Применение процесса

Простой сублимационный аппарат. Очищаемое вещество конденсируется из газовой фазы на «пальце»-холодильнике, охлаждаемом водой.
1 Вход холодной воды
2 Выход холодной воды
3 Вакуум/газ линия
4 Сублимационная камера
5 Сублимируемый продукт
6 Сырой материал
7 Внешний нагрев

Применение сублимации в лабораторной технике

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твердых веществ. При определенной температуре одно из веществ в смеси возгоняется с более высокой скоростью, чем другое. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.

Сублимационная сушка

Основная статья: Сублимационная сушка

Сублимационная сушка (иначе лиофилизация; лиофильная сушка) (англ. freeze drying или lyophilization) — процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя (льда) без образования макроколичеств жидкой фазы[1].

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, сублимированный кофе получают из замороженного кофейного экстракта через обезвоживание вакуумом. Фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде. Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества. Перед сублимацией пищевых продуктов используется быстрое замораживание (от −100 до −190 °C), что приводит к образованию мелких кристаллов, не разрушающих клеточные мембраны.

См. также

Примечания

Ссылки

Сублимация (физика) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Сублимация.
Сублимационная кривая водяного льда — равновесный участок «твёрдое тело — газ» на фазовой диаграмме воды

Сублима́ция (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.

Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.

Примеры возгонки

Сублимация иода

Возгонка характерна, например, для элементарного иода I2, который при нормальных условиях не имеет жидкой фазы: чёрные с голубым отливом кристаллы сразу превращаются (сублимируются) в газообразный молекулярный иод (медицинский «йод» представляет собой спиртовой раствор).

Сублимация льда

Хорошо поддаётся возгонке лёд, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки[⇨].

Применение процесса

Простой сублимационный аппарат. Очищаемое вещество конденсируется из газовой фазы на «пальце»-холодильнике, охлаждаемом водой.
1 Вход холодной воды
2 Выход холодной воды
3 Вакуум/газ линия
4 Сублимационная камера
5 Сублимируемый продукт
6 Сырой материал
7 Внешний нагрев

Применение сублимации в лабораторной технике

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твёрдых веществ. При определённой температуре одно из веществ в смеси возгоняется с более высокой скоростью, чем другое. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.

Сублимационная сушка

Сублимационная сушка (иначе лиофилизация; лиофильная сушка) (англ. freeze drying или lyophilization) — процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя (льда) без образования макроколичеств жидкой фазы[1].

При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, сублимированный кофе получают из замороженного кофейного экстракта через обезвоживание вакуумом. Фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а в воде восстанавливаются. Сублимированные продукты значительно превосходят сушёные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества.

См. также

Примечания

Ссылки

7.6. Возгонка (сублимация) и десублимация

Возгонкой, или сублимацией, называют процесс перехода твердой фазы в парообразное состояние без плавления, а десублимацией -процесс кристаллизации твердой фазы из пара, минуя жидкое состояние.

Возгонка вещества в обычных условиях происходит только тогда, когда давление, отвечающее тройной точке вещества Тт (рис. 137) выше атмосферного. Равновесие твердая фаза — пар отражают точки кривой 0-Tг: стрелка 4 указывает на процесс сублимации, а стрелка 5 — на процесс десублимации. Выше точки Тг идет кривая испарения жидкости, заканчивающаяся критической точкой К.

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.

Если для сублимации необходима инертная атмосфера, над возгоняемым веществом пропускают слабый поток азота баллона , очищая его также при помощи тканевых фильтров.

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.

Оригинальный сублиматор типа диск — чашка (рис. 138, д) состоит из полого кварцевого диска 4 с проточной водой, закрытого сверху фарфоровой чашкой 1. В центре круглого отверстия диска, лежащего на керамической пластине 5, помещают тигель 3 с возгоняемым веществом, нагреваемым газовой горелкой 6. В таком сублиматоре возгон 2 образуется не только на фарфоровой чашке, но и вокруг тигля на поверхности диска и может быть легко собран.

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.

Рис. 139. Паровые сублиматоры: б: 1 — обратный холодильник; 2- кожух; 3 — трубка; 4- колба, 5- колбонагреватель; 6-лодочка; 7- возгон; 8- диафрагма

Жидкость выбирают такую, чтобы ее температура кипения (см. табл. 16) была бы всего на 10 — 30 °С выше температуры возгонки вещества.

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.

Недостаток рассмотренного сублиматора — трудность удаления возгона 3 без частичного его загрязнения исходным порошком и необходимость извлечения его следов с мест десублимации. Кроме того, загрузке порошка в трубку 8 мешает диафрагма 4. Прибор со сквозной трубкой 3 (рис. 139, б) удобен тем, что он легко разбирается на части и лишен дефектов предыдущего сублиматора.

Рис. 140. Вакуумные сублиматоры с пальчиковым холодильником (а), с вставной трубкой (б) и пистолет Кемпфа (в): а: 1 — пальчиковый холодильник; 2 — сосуд; 3 — возгон; 4 — лодочка; 5 — трубчатая печь; б — вакуумный кран

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.

Удобным в применении является пистолет-сублиматор Кемпфа (рис. 140, в), пригодный и для дробной возгонки вещества. Реторту 1 пистолета опускают для нагревания в баню колбонагреватель (см. рис. 118), а возгон 2 собирают в трубке 3 с диафрагмой 4.

Рис. 141. Сублиматоры Солтиса (а), с вакуумной головкой (б) и с защитной рубашкой (в): а: 1 — капилляр; 2 — электронагреватель; 3 — возгоняемое вещество; 4 — пористая пластинка; 5- пальчиковый холодильник; 6- десублимат; 7- вакуумная трубка; 8- сосуд; б: 1 — карман с охлаждающей смесью; 2 — вакуумная трубка; 3 — сосуд; 4 — десублимат; 5 — колбонагреватель; в. 1 — пробирка с охлаждающей смесью; 2- защитная рубашка; 3- десублимат; 4- пористая пластинка; 5 — вакуумный кран

Возгон удаляют с поверхности трубки 3 фарфоровым или стеклянным шпателем в широкий бюкс (см. рис. 57) или чашку Коха (см. рис. 61) после удаления реторты 1. Вакуумирование пистолета проводят через наконечник 5. (Кемпф Теодор (1838 — 1923) — немецкий химик-органик, конструктор приборов по синтезу и очистке веществ.)

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.

Сублиматор с вакуумной головкой 2 имеет карман 1 (рис 141, б), содержащий охлаждающую смесь (см. табл. 23 — 25). На наружной поверхности этого кармана происходит десублимаии возгоняемого вещества.

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.

 

К оглавлению

Сублимация (физика) — Википедия. Что такое Сублимация (физика)

Сублимационная кривая водяного льда — равновесный участок «твёрдое тело — газ» на фазовой диаграмме воды

Сублима́ция (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.

Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.

Примеры возгонки

Сублимация иода

Возгонка характерна, например, для элементарного иода I2, который при нормальных условиях не имеет жидкой фазы: чёрные с голубым отливом кристаллы сразу превращаются (сублимируются) в газообразный молекулярный иод (медицинский «йод» представляет собой спиртовой раствор).

Сублимация льда

Хорошо поддаётся возгонке лёд, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки[⇨].

Применение процесса

Простой сублимационный аппарат. Очищаемое вещество конденсируется из газовой фазы на «пальце»-холодильнике, охлаждаемом водой.
1 Вход холодной воды
2 Выход холодной воды
3 Вакуум/газ линия
4 Сублимационная камера
5 Сублимируемый продукт
6 Сырой материал
7 Внешний нагрев

Применение сублимации в лабораторной технике

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твёрдых веществ. При определённой температуре одно из веществ в смеси возгоняется с более высокой скоростью, чем другое. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.

Сублимационная сушка

Сублимационная сушка (иначе лиофилизация; лиофильная сушка) (англ. freeze drying или lyophilization) — процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя (льда) без образования макроколичеств жидкой фазы[1].

При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, сублимированный кофе получают из замороженного кофейного экстракта через обезвоживание вакуумом. Фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а в воде восстанавливаются. Сублимированные продукты значительно превосходят сушёные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества.

См. также

Примечания

Ссылки

Введение, процесс и примеры сублимации

Несколько обычных примеров из них:

Примеры твердых тел: кирпич, дерево и т. Д.

Примеры жидкости: вода, кофе и т. Д.

Примеры газа: водяной пар, водород, кислород и т. Д. :

Терминология:

Все мы знаем, что вещества претерпевают изменение фазы, когда они подвергаются определенным условиям. Например, лед тает, образуя воду, вода замерзает, образуя лед, а при кипячении воды превращается в водяной пар.Следовательно, твердое вещество становится жидкостью, жидкость становится газом и т. Д. Обычно твердые вещества проходят через жидкую фазу, а затем в газовую фазу. Однако бывают определенные ситуации, когда твердое вещество входит в газовую фазу напрямую, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется сублимацией. Сублимация определяется как изменение или переход из твердой фазы в газовую без перехода в жидкую фазу. Процесс, противоположный этому, когда газ переходит непосредственно в твердую фазу, называется десублимацией или осаждением.В обратном процессе выдается энергия. При низких температурах водяной пар претерпевает изменения и образует тонкий слой твердого льда на листьях и траве. Это называется осаждением.

Твердое вещество, которое превращается в газ, называется Sublime.

Твердое вещество, полученное при охлаждении паров, называется сублиматом.

Теперь мы вводим еще один термин, «эндотермический». Процесс, который поглощает тепловую или тепловую энергию при изменении, называется эндотермическим.Вода поглощает тепло и превращается в водяной пар. Другой термин сейчас — «тройная точка». Тройная точка определяется как температура и давление вещества, при которых его твердая, жидкая и газовая фазы сосуществуют в полном равновесии. Теперь вернемся к сублимации: переход от твердой фазы к газовой происходит при температуре и давлении ниже тройной точки.

Очень важно отметить, что термин сублимация применим только тогда, когда происходит чисто физическое изменение состояния.Химическая реакция, приводящая к образованию газа из твердого вещества, не является сублимацией. Пример: Все мы видели горящие свечи. Когда горит свеча, парафин в свече горит, и он испаряется. Этот пар реагирует с кислородом в атмосфере и образует углекислый газ. Это НЕ сублимация, потому что это происходит из-за химической реакции.

Несколько примеров сублимации:

1. Нафталиновые шарики, используемые в нафталиновых шариках, легко сублимируются при комнатной температуре и давлении.

2. Сухой лед, представляющий собой твердый диоксид углерода, легко сублимируется при комнатной температуре и давлении.

Другой термин, который имеет отношение к пониманию сублимации, — это «давление пара». Давление создается паром, находящимся в термодинамическом равновесии со своей твердой или жидкой фазой при температуре в замкнутой системе. Проще говоря, это относится к легкости, с которой частицы могут переходить из твердой или жидкой фазы в газовую фазу. Вещество, которое имеет высокое давление пара при нормальной температуре, называется летучим.

Процесс:

Когда тепловая энергия поглощается некоторыми молекулами, они приобретают гораздо более высокую энергию, чем их соседи, и таким образом преодолевают силы притяжения и уходят в паровую фазу. Поскольку для этого требуется дополнительная энергия, это называется эндотермической реакцией. Тепло или энергия, необходимая для изменения состояния с твердого на газ, называется энтальпией сублимации, и она уникальна для каждого вещества. Обычно его выражают в кДж / моль или даже кДж / кг.

Относительно очень мало твердых веществ способно к сублимации. Следовательно, этот процесс сублимации может использоваться как отличный метод очистки. Когда твердое вещество загрязнено нелетучими примесями, это очень хороший метод разделения и очистки. Загрязненное или нечистое твердое вещество нагревают в сосуде, сохраняя при этом контакт с холодной поверхностью. При нагревании летучее твердое вещество возгоняется и прикрепляется к холодной поверхности над ним, в то время как примеси остаются внизу.Это очень экологичный процесс, потому что при этом не используются растворители и не образуются отходы. Ограничение состоит в том, что он не очень эффективен при отделении летучих твердых веществ друг от друга.

Чтобы произвести сублимацию, необходимо выполнить множество критериев. Во-первых, образец следует хранить при температуре, достаточной для поддержания высокого давления пара, поскольку, если оно опустится ниже этой температуры, материал может разложиться. Во-вторых, должна быть доступна поверхность, на которой сублимированный пар может конденсироваться или затвердевать.

Чем сублимация отличается от испарения?

При сублимации переход происходит из твердой фазы в газовую, тогда как при испарении это переход из жидкой фазы в газовую.

Приложения:

Полезен ли нам процесс сублимации в повседневной жизни? Мы видим, как это работает? Ответ — да, делаем. Например, рассмотрим освежители воздуха, которые мы храним в ванных комнатах или шкафах. Когда освежители воздуха нагреваются на горячей водяной бане, можно увидеть переход твердой фазы в газовую.При нагревании таких веществ следует принимать соответствующие меры. Точно так же и в случае с нафталиновыми шариками, также называемыми нафталиновыми шариками. Они возвышенны, и это помогает отпугнуть моли и других насекомых. Камфора — еще одно вещество, которое обладает очень приятным запахом. Есть специализированные принтеры, которые используют этот процесс. В процессе печати краска превращается из твердой в газообразную, а затем снова в твердую фазу. Эти методы используются при печати на ткани и в текстильной промышленности.

Еще одно важное применение сублимации — производство замороженных пищевых продуктов.Это называется сублимационной сушкой. Замороженная вода в материале сублимируется из твердой фазы в газовую, когда вы уменьшите окружающее давление. Отвод воды не требует тепла, поэтому он отличается от испарения. Поскольку в нем используются очень низкие температуры, получается высококачественный продукт. Форма продукта также сохраняется, и после регидратации продукт становится отличным качеством. Этот метод используется, когда пищевые продукты должны храниться в течение более длительного периода времени или когда астронавты выходят в открытый космос, НАСА может предоставить качественную пищу, используя этот метод.

Фармацевтические компании также используют эту технику. Как только вода будет удалена из материала и хранится в емкости, материал можно легко хранить и отправлять в другие места. В месте назначения его можно восстановить до первоначального вида. Примерами таких продуктов являются вакцина против вируса кори, вакцина против брюшного тифа и другие. Он также используется для производства сырья для фармацевтических продуктов.

Сублимационные принтеры на красителях заменяют струйные принтеры.Отпечатки высыхают сразу после выхода из принтера и готовы к использованию. В таких принтерах используется минимум движущихся частей; так обслуживание проще. В текстильной промышленности процесс сублимации красителя используется для печати на синтетических тканях, таких как полиэстер. Даже в футболках, баннерах, флагах и т. Д .: эта техника используется. Основное преимущество текстильной промышленности заключается в том, что цвета при печати чрезвычайно яркие из-за сцепления красителя с синтетическими волокнами.

В процессе сублимации также выполняется множество декоративных работ в полиграфии.Кроме того, устойчивые к стирке и царапинам изображения можно сублимировать с помощью современных доступных технологий. В областях награждения и признания сублимация позволяет изготавливать полноцветные таблички, знаки, именные значки и т. Д. Многие продукты, такие как кофейные кружки, ручки и пакеты, могут быть напечатаны сублимацией красителя по очень низкой цене.

Сублимация красителя достаточно экологична и безопасна для рабочего процесса. В этом процессе нет абсолютно никаких отходов. По сравнению с процессом трафаретной печати на одежде и предметах одежды, этот процесс не приводит к сбросу сточных вод.При нагревании красок существует опасность возникновения опасностей, что может привести к выделению дыма.

Наконец, эффективность процесса сублимации зависит от давления пара твердого вещества, которое должно быть очищено, а также от примесей, которые необходимо удалить.

Таким образом, до сих пор у нас было краткое введение в тему сублимации, понимание соответствующих терминов, общие примеры сублимации, которые мы видим в повседневной жизни, промышленное и фармацевтическое использование и некоторые преимущества для окружающей среды. по сравнению с другим обычным процессом.

.

Различные типы движения в физике и их примеры

Types of motion Говорят, что тело находится в движении, если оно меняет свое положение относительно окружающей среды. По сути, существует три типа движения: поступательное движение, вращательное движение и вибрационное движение. Некоторые другие примеры движения: линейное движение, случайное движение, круговое движение, равномерное и неравномерное движение.
Этот пост также включает в себя множество:

  • Определение движения
  • Примеры движения в реальной жизни
  • Изображения
  • Типы
  • Видео
  • Много больше

Итак, если вы хотите изучить Motion, и Тип движения , Вам понравится этот пост.
Давайте прямо сейчас.

Что такое движение в физике?

Окрестности — это места по соседству с различными предметами. Состояние покоя или движения тела относительное.
Например, пассажир, сидящий в движущемся автобусе, находится в состоянии покоя, потому что он не меняет своего положения по отношению к другим пассажирам или объектам в автобусе. Но для наблюдателя вне автобуса пассажиры и предметы внутри автобуса находятся в движении. Поэтому мы можем определить покой как «Тело считается покоящимся, если оно не меняет своего положения по отношению к своему окружению.
Мы живем во вселенной непрерывного движения. В каждом куске материи атомы находятся в состоянии бесконечного движения. Мы движемся по поверхности Земли, а Земля движется по своей орбите вокруг Солнца. Солнце и звезды тоже находятся в движении.
Все на просторах космоса находится в состоянии вечного движения. Каждый физический процесс включает в себя какое-то движение. Из-за его важности в физическом мире вокруг нас. Логично, что изучению движения следует уделить должное внимание.Движение обычно описывается в следующих терминах:

  • Смещение
  • Расстояние
  • Время
  • Скорость

См. Также: Разница между расстоянием и смещением

Сколько типов движения в физике?

Examples of motion Примеры движения

Если мы внимательно понаблюдаем, мы обнаружим, что все во Вселенной находится в движении. Однако разные объекты двигаются по-разному. Некоторые объекты движутся по прямой линии, некоторые — по кривой, а некоторые — иным образом.В соответствии с этим можно сказать, что существует три типа движения. Которые задаются как:

    • Поступательное движение
    • Вращательное движение
    • Вибрационное движение

Поступательное движение

«При поступательном движении тело движется вдоль линии без какого-либо вращения. Линия может быть прямой или изогнутой ». Наблюдайте, как движутся различные объекты. Они движутся по прямой? Они движутся по кругу? Автомобиль, движущийся по прямой, имеет транснациональное движение.Точно так же самолет, движущийся по прямой, находится в поступательном движении. Поступательное движение далее делится на линейное движение, круговое движение и случайное движение.

Примеры движения трансляторов

      • Движение поезда
      • движение земли
      • движение птиц
      • движение насекомых
      • движение самолета
      • движение молекул газа

подробнее о: Разница между равномерным и неравномерным движением

Линейное движение

«Прямолинейное движение тела называется его линейным движением.”

linear motion linear motion

Мы сталкиваемся с множеством объектов, которые движутся по прямой линии. Движение объектов, таких как автомобиль, движется по прямой и ровной дороге, является линейным движением. Самолеты, летящие прямо в воздухе, и объекты, падающие вертикально вниз, также являются примерами линейного движения.
На приведенной выше диаграмме мальчик скользит по прямой, что является примером линейного движения.

Примеры линейного движения в повседневной жизни

      • Движение автомобиля по дороге
      • Движение футбольного мяча
      • Пример линейного движения мальчика

Читайте также: Законы движения

Круговое движение

«Движение объекта по круговой траектории известно как круговое движение.«Игрушечный поезд движется по круговой колее. Земля, вращающаяся вокруг Солнца, является примером кругового движения.

circular motion

Велосипед или автомобиль, движущиеся по круговой колее, обладают круговым движением. Движение Луны вокруг Земли также является примером кругового движения.

Примеры кругового движения в повседневной жизни

      • Движение электрона вокруг ядра
      • Движение игрушечной машинки по круговой дорожке
      • Движение планет вокруг Солнца

Случайное движение

«Неупорядоченное или нерегулярное движение тела называется случайным движением.«Вы заметили тип движения насекомых и птиц? Их движения нерегулярны и беспорядочны. Движение насекомых и птиц — примеры случайного движения. Движение частиц пыли или дыма в воздухе также является беспорядочным. Броуновское движение молекул газа или жидкости по зигзагу также является примером случайного движения. «Случайное движение молекул газа называется броуновским движением».

Это может вам помочь: Уравнения движения

Вращательное движение

Определение вращательного движения

«Вращательное движение тела вокруг своей оси называется его вращательным движением.»
Изучите движение крана. Он вращается вокруг оси. Частицы волчка движутся по кругу, поэтому отдельные частицы совершают круговое движение. Имеет ли волчок круговое движение?
Вершина вращается вокруг своей оси, проходящей через нее, и, таким образом, обладает вращательным движением. Ось — это линия, вокруг которой вращается тело. При круговом движении точка, вокруг которой движется тело, находится вне тела. Во вращательном движении одиночка, вокруг которой движется тело, проходит через само тело.

rotational motion

Примеры вращательного движения

      • Движение Земли вокруг своей географической оси, вызывающее день и ночь, является вращательным движением.
      • Движение колеса вокруг своей оси и движение рулевого колеса являются примерами вращательного движения.

Вибрационное движение

«Движение тела вокруг его среднего положения называется вибрационным движением».

vibratory motion

Представьте ребенка на качелях, как показано на рисунке выше.Когда его толкают, качели перемещаются назад и вперед относительно своего среднего положения. Движение ребенка повторяется от одной крайности до другой с качелями.
Движение маятника часов вокруг своего среднего положения также является примером колебательного движения.
Дети, играющие в морскую пилу, являются примером колебательного движения.
Помимо этих примеров, ребенок в люльке, двигающийся взад и вперед, вперед и назад, движение молотка электрического звонка и движение струны ситара — вот некоторые из примеров колебательного движения . Простое гармоническое движение также является примером колебательного движения.
Предлагаемое видео:

Посетите нашу страницу, чтобы узнать больше о связанных темах по механике.
Связанные темы

Физика Ссылки по теме:

Внешние источники:
https://en.wikipedia.org/wiki/Motion_(phys
https://physics.tutorvista.com/motion. html
https://physics.info/motion/
https://sciencing.com/four-basic-types-motion-8131716.htm

.

сублимации (физика) Википедия

«Сублимации» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Сублимация.

Сублимация — это переход вещества непосредственно из твердого состояния в газообразное, [1] без перехода через жидкое состояние. [2] Сублимация — это эндотермический процесс, который происходит при температурах и давлениях ниже тройной точки вещества на его фазовой диаграмме, что соответствует самому низкому давлению, при котором вещество может существовать в виде жидкости.Обратный процесс сублимации — это осаждение или десублимация, при котором вещество переходит непосредственно из газа в твердую фазу. [3] Сублимация также использовалась как общий термин для описания перехода твердое тело в газ (сублимация) с последующим переходом из газа в твердое тело (осаждение). [4] Хотя переход от жидкости к газу описывается как испарение, если оно происходит ниже точки кипения жидкости, и как кипение, если оно происходит при температуре кипения, такого различия между твердым телом и газом нет. переход, который всегда описывается как сублимация.

При нормальном давлении большинство химических соединений и элементов находятся в трех различных состояниях при разных температурах. В этих случаях для перехода из твердого состояния в газообразное требуется промежуточное жидкое состояние. Речь идет о парциальном давлении вещества, а не об общем (например, атмосферном) давлении всей системы . Таким образом, все твердые вещества, обладающие заметным давлением пара при определенной температуре, обычно могут сублимироваться на воздухе (например,г. водяной лед чуть ниже 0 ° C). Для некоторых веществ, таких как углерод и мышьяк, сублимация намного проще, чем испарение из расплава, потому что давление их тройной точки очень велико, и их трудно получить в жидком виде.

Термин сублимация относится к физическому изменению состояния и не используется для описания превращения твердого вещества в газ в химической реакции. Например, диссоциация при нагревании твердого хлорида аммония до хлористого водорода и аммиака представляет собой не сублимацию , а химическую реакцию.Точно так же горение свечей, содержащих парафиновый воск, до двуокиси углерода и водяного пара — это не сублимация , а химическая реакция с кислородом.

Сублимация вызывается поглощением тепла, которое дает некоторым молекулам достаточно энергии, чтобы преодолеть силы притяжения своих соседей и уйти в паровую фазу. Поскольку процесс требует дополнительной энергии, это изменение эндотермическое. Энтальпию сублимации (также называемую теплотой сублимации) можно рассчитать, сложив энтальпию плавления и энтальпию испарения.

Сравнение фазовых диаграмм диоксида углерода (красный) и воды (синий), показывающих точку сублимации диоксида углерода (в центре слева) при 1 атмосфере. Когда сухой лед нагревается, он пересекает эту точку по жирной горизонтальной линии от твердой фазы непосредственно к газовой. С другой стороны, вода проходит через жидкую фазу при 1 атмосфере.

Примеры []

Двуокись углерода []

Твердая двуокись углерода (сухой лед) сублимируется повсюду вдоль линии ниже тройной точки (e.g., при температуре -78,5 ° C (194,65 K, -109,30 ° F) и атмосферном давлении, тогда как его плавление в жидкий CO 2 может происходить только вдоль линии при давлениях и температурах выше тройной точки (т. е. 5,2 атм, -56,4 ° С).

Вода []

Снег и лед возвышаются, хотя и медленнее, при температурах ниже линии температуры замерзания / точки плавления при 0 ° C для парциальных давлений ниже давления тройной точки 612 Па (0,0006 атм). [5] При сушке вымораживанием обезвоживаемый материал замораживают, а его воде дают возгоняться при пониженном давлении или вакууме.Выпадение снега со снежного поля во время холода часто бывает вызвано воздействием солнечного света непосредственно на верхние слои снега. Абляция — это процесс, включающий сублимацию и эрозионный износ ледникового льда.

Нафталин []

Нафталин, органическое соединение, обычно обнаруживаемое в пестицидах, таких как нафталиновые шарики, легко сублимируется, потому что он состоит из неполярных молекул, которые удерживаются вместе только межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Нафталин представляет собой твердое вещество, которое сублимируется при стандартной температуре окружающей среды [6] с точкой сублимации около 80 ° C или 176 ° F. [7] При низкой температуре давление пара достаточно высокое, 1 мм рт. Ст. При 53 ° C, [8] , чтобы заставить твердую форму нафталина испаряться в газ. На прохладных поверхностях пары нафталина затвердевают с образованием игольчатых кристаллов.

Экспериментальная установка для реакции сублимации нафталина. Твердый нафталин сублимируется и образует кристаллическую структуру на дне часового стекла.
Твердое соединение нафталина возгоняется, образуя кристаллическую структуру на прохладной поверхности.

Прочие вещества []

Камфора возгоняется в холодном пальце. Неочищенный продукт на дне темно-коричневый; белый очищенный продукт на нижней части холодного пальца вверху плохо различим на светлом фоне.

Йод выделяет пары при слабом нагревании, хотя это значение выше тройной точки. Можно получить жидкий йод при атмосферном давлении, контролируя температуру чуть выше точки плавления йода. В судебной медицине пары йода могут выявить скрытые отпечатки пальцев на бумаге. [9] Мышьяк также может возгоняться при высоких температурах.

Кадмий и цинк не подходят для использования в вакууме, потому что они возгоняют намного больше, чем другие распространенные материалы. [ необходима ссылка ]

Очистка сублимацией []

Кристаллы ферроцена после очистки сублимацией в вакууме

Сублимация — это метод, используемый химиками для очистки соединений. Твердое вещество обычно помещают в устройство для сублимации и нагревают в вакууме.При пониженном давлении твердое вещество улетучивается и конденсируется в виде очищенного соединения на охлажденной поверхности (холодный палец), оставляя после себя нелетучий остаток примесей. После прекращения нагрева и снятия вакуума очищенное соединение может быть собрано с охлаждающей поверхности. [10] [11]
Для еще более высокой эффективности очистки применяется температурный градиент, который также позволяет разделять различные фракции. В типичных установках используется вакуумированная стеклянная трубка, которая постепенно регулируется и нагревается.Поток материала идет от горячего конца, где размещается исходный материал, к холодному концу, который соединен со стойкой насоса. Контролируя температуру по длине трубы, оператор может контролировать зоны повторной конденсации, при этом очень летучие соединения полностью откачиваются из системы (или улавливаются отдельной холодной ловушкой), а умеренно летучие соединения повторно конденсируются вдоль трубки в соответствии с их различной летучестью, и нелетучие соединения, оставшиеся в горячем конце.Вакуумная сублимация этого типа также является предпочтительным методом очистки органических соединений для использования в промышленности органической электроники, где требуется очень высокая чистота (часто> 99,99%), чтобы соответствовать стандартам для бытовой электроники и других приложений.

Историческое использование []

В древней алхимии, протонауке, которая способствовала развитию современной химии и медицины, алхимики разработали структуру основных лабораторных методов, теории, терминологии и экспериментальных методов. Сублимация использовалась для обозначения процесса, в котором вещество нагревается до пара, а затем немедленно собирается в виде осадка на верхней части и горловине теплоносителя (обычно реторте или перегонной камере), но также может использоваться для описания другие подобные нелабораторные переходы. Он был упомянут алхимическими авторами, такими как Бэзил Валентайн и Джордж Рипли, а также в Rosarium Философский вопрос , как процесс, необходимый для завершения magnum opus. Здесь слово сублимация использовалось для описания обмена «телами» и «духами», подобного лабораторному фазовому переходу между твердыми телами и газами.Валентин в своей работе Le char triomphal de l’antimoine (Триумфальная колесница сурьмы, опубликована в 1646 году) сравнил спагирики, в которых сублимация овощей может использоваться для разделения спиртов в вине и пиве. [12] Рипли использовал язык, более показывающий мистические значения сублимации, указывая на то, что этот процесс имеет двойной аспект — одухотворение тела и телесное телесное восприятие духа. [13] Он пишет: [14]

И сублимации мы совершаем по трем причинам.
Первая причина — сделать тело духовным.
Второе — это то, что дух может быть телесным,
И стать с ним единосущным.
Третья причина — грязный оригинал.
Он может быть очищен, и его соленость серно
Может быть уменьшена в нем, что заразно.

Предсказания сублимации []

Энтальпию сублимации обычно предсказывают с помощью теоремы о равнораспределении. Если предполагается, что энергия решетки составляет примерно половину энергии упаковки, [требуется уточнение ] , то для прогнозирования энтальпии сублимации могут быть применены следующие термодинамические поправки.Принятие 1 молярного идеального газа дает поправку на термодинамическую среду (давление и объем), в которой pV = RT, следовательно, поправка на 1RT. Затем необходимо внести дополнительные поправки на вибрацию, вращение и перемещение. Из теоремы о равнораспределении газообразное вращение и перенос вносят по 1,5RT каждое в конечное состояние, поэтому поправка + 3RT. Кристаллические колебания и вращения вносят вклад в 3RT каждое в начальное состояние, следовательно, −6RT. Суммирование поправок RT; −6RT + 3RT + RT = −2RT. [15] Это приводит к следующей приблизительной энтальпии сублимации. Аналогичное приближение можно найти для члена энтропии, если предположить твердые тела. [16] [17] ΔHsublimation = −Ulattice energy − 2RT {\ displaystyle \ Delta H _ {\ text {sublimation}} = — U _ {\ text {энергия решетки}} — 2RT}

Сублимационная печать на красителях []

Dye-sub Printing — это технология цифровой печати с использованием полноцветных изображений, работающая с подложками с полиэфирным и полимерным покрытием.Этот процесс, также называемый цифровой сублимацией, обычно используется для украшения одежды, вывесок и баннеров, а также новых предметов, таких как чехлы для мобильных телефонов, таблички, кофейные кружки и другие предметы с поверхностями, пригодными для сублимации. В этом процессе используется наука о сублимации, в которой к твердому телу прикладываются тепло и давление, превращая его в газ в результате эндотермической реакции без прохождения через жидкую фазу.

При сублимационной печати уникальные сублимационные красители переносятся на листы «трансферной» бумаги с помощью жидких гелевых чернил через пьезоэлектрическую печатающую головку.Чернила наносятся на эту бумагу для струйной печати с высоким высвобождением, которая используется на следующем этапе процесса сублимационной печати. После того, как цифровой дизайн напечатан на листах сублимационного переноса, его помещают на термопресс вместе с субстратом, который необходимо сублимировать.

Чтобы перенести изображение с бумаги на основу, требуется процесс термического прессования, который представляет собой сочетание времени, температуры и давления. Термопресс применяет эту особую комбинацию, которая может меняться в зависимости от подложки, для «переноса» сублимационных красителей на молекулярный уровень в подложку.Наиболее распространенные красители, используемые для сублимации, активируются при температуре 350 градусов по Фаренгейту. Однако для оптимального цвета обычно рекомендуется диапазон от 380 до 420 градусов по Фаренгейту.

Конечным результатом процесса сублимации является почти постоянная полноцветная печать с высоким разрешением. Поскольку красители вводятся в субстрат на молекулярном уровне, а не наносятся на местном уровне (например, при трафаретной печати и прямой печати на одежде), отпечатки не будут трескаться, блекнуть или отслаиваться от субстрата в нормальных условиях. McDonagh, James; Палмер, Дэвид С .; Ван Моурик, Таня; Митчелл, Джон Б. О. (17 октября 2016 г.). «Предсказуема ли сублимационная термодинамика органических молекул?» (PDF). Журнал химической информации и моделирования . 56 (11): 2162–2179. DOI: 10.1021 / acs.jcim.6b00033. HDL: 10023/11874. ISSN 1549-9596. PMID 27749062.

Внешние ссылки []

.

Сублимация (фазовый переход) — Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Сублимация — это переход вещества непосредственно из твердой в газовую фазу без прохождения через промежуточную жидкую фазу. [1] Сублимация — это эндотермический фазовый переход, который происходит при температурах и давлениях ниже тройной точки вещества на его фазовой диаграмме. Обратный процесс сублимации — десублимация или осаждение, при котором вещество переходит непосредственно из газа в твердую фазу.Сублимация также использовалась как общий термин для описания фазовых переходов между твердым телом и газом, которые избегают жидкого состояния, без указания направления перехода. [2]

При нормальном давлении большинство химических соединений и элементов находятся в трех различных состояниях при разных температурах. В этих случаях для перехода из твердого состояния в газообразное требуется промежуточное жидкое состояние. Упомянутое давление — это парциальное давление вещества , а не общее (т.е.г. атмосферное) давление всей системы. Таким образом, все твердые вещества, обладающие заметным давлением пара при определенной температуре, обычно могут сублимироваться на воздухе (например, водяной лед чуть ниже 0 ° C). Для некоторых веществ, таких как углерод и мышьяк, сублимация намного проще, чем испарение из расплава, потому что давление их тройной точки очень велико, и их трудно получить в жидком виде.

Термин сублимация относится к физическому изменению состояния и не используется для описания превращения твердого вещества в газ в химической реакции.Например, диссоциация при нагревании твердого хлорида аммония до хлористого водорода и аммиака — это не сублимация , а химическая реакция. Точно так же горение свечей, содержащих парафиновый воск, до диоксида углерода и водяного пара — это не сублимация , а химическая реакция с кислородом.

Сублимация требует дополнительной энергии и является эндотермическим изменением. Энтальпия сублимации (также называемая теплотой сублимации) может быть рассчитана как энтальпия плавления плюс энтальпия испарения.

Примеры

Сравнение фазовых диаграмм диоксида углерода (красный) и воды (синий), показывающих точку сублимации диоксида углерода (в центре слева) при 1 атмосфере. Когда сухой лед нагревается, он пересекает эту точку по жирной горизонтальной линии от твердой фазы непосредственно к газовой. Вода же проходит через жидкую фазу.

Двуокись углерода

Твердая двуокись углерода (сухой лед) сублимируется повсюду вдоль линии ниже тройной точки (e.g., при температуре -78,5 ° C (194,65 K, -104,2 ° F) при атмосферном давлении), тогда как его плавление в жидкий CO 2 может происходить только вдоль линии при давлениях и температурах выше тройной точки (т. е. , 5,2 атм, -56,4 ° С).

Вода

Снег и лед сублимируются, хотя и медленнее, при температурах ниже линии температуры замерзания / точки плавления при 0 ° C для большинства давлений; см. линию под тройной точкой. [3] При сушке вымораживанием обезвоживаемый материал замораживают, а его воде дают сублимироваться при пониженном давлении или вакууме.Выпадение снега со снежного поля во время холода часто бывает вызвано воздействием солнечного света непосредственно на верхние слои снега. Абляция — это процесс, включающий сублимацию и эрозионный износ ледникового льда.

Нафталин

Нафталин, органическое соединение, обычно содержащееся в пестицидах, таких как нафталиновый комок, также сублимирует. Он легко сублимируется, потому что он состоит из неполярных молекул и имеет межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса. Нафталин представляет собой твердое вещество, которое сублимируется при стандартной температуре атмосферы [4] с точкой сублимации около 80˚C или 176˚F. [5] При низкой температуре давление пара достаточно высокое, 1 мм рт. Ст. При 53 ° C, [6] , чтобы заставить твердую форму нафталина испаряться в газ. На прохладной поверхности сублимированный пар затвердеет, образуя игольчатый кристалл.

Прочие вещества

Йод выделяет дым при слабом нагревании. Можно получить жидкий йод при атмосферном давлении, контролируя температуру чуть выше точки плавления йода. В судебной медицине пары йода могут выявить скрытые отпечатки пальцев на бумаге. [7] Мышьяк также может сублимироваться при высоких температурах.

Сублимационная очистка

Сублимация — это метод, используемый химиками для очистки соединений. Твердое вещество обычно помещают в устройство для сублимации и нагревают в вакууме. При пониженном давлении твердое вещество улетучивается и конденсируется в виде очищенного соединения на охлажденной поверхности (холодный палец), оставляя после себя нелетучий остаток примесей. После прекращения нагрева и снятия вакуума очищенное соединение может быть собрано с охлаждающей поверхности. [8] [9] Для еще более высокой эффективности очистки применяется температурный градиент, который также позволяет разделять различные фракции. В типичных установках используется вакуумированная стеклянная трубка, которая постепенно регулируется и нагревается. Поток материала идет от горячего конца, где размещается исходный материал, к холодному концу, который соединен со стойкой насоса. Регулируя температуру по длине трубы, оператор может контролировать зоны повторной конденсации, при этом очень летучие соединения полностью откачиваются из системы (или улавливаются отдельной холодной ловушкой), а умеренно летучие соединения повторно конденсируются вдоль трубы в соответствии с их различными летучести и нелетучие соединения, остающиеся в горячем конце.Вакуумная сублимация этого типа также является предпочтительным методом очистки органических соединений для использования в промышленности органической электроники, где требуется очень высокая чистота (часто> 99,99%), чтобы соответствовать стандартам для бытовой электроники и других приложений.

Историческое использование

В древней алхимии, протонауке, которая способствовала развитию современной химии и медицины, алхимики разработали структуру основных лабораторных методов, теории, терминологии и экспериментальных методов. Сублимация использовалась для обозначения процесса, в котором вещество нагревается до пара, а затем немедленно собирается в виде осадка на верхней части и горловине теплоносителя (обычно реторте или перегонной камере), но также может использоваться для описания другие подобные нелабораторные переходы. Он упоминается авторами-алхимиками, такими как Бэзил Валентайн и Джордж Рипли, а также в «Rosarium Философском» как процесс, необходимый для завершения magnum opus. Здесь слово сублимация используется для описания обмена «телами» и «духами», подобного лабораторному фазовому переходу между твердыми телами и газами.Валентин в своей книге Triumphal Chariot of Antimony (опубликован в 1678 году) сравнивает ее со спагириками, в которых сублимация овощей может использоваться для разделения спиртов в вине и пиве. [10] Рипли использует язык, более показывающий мистические последствия сублимации, указывая на то, что этот процесс имеет двойной аспект: одухотворение тела и телесное преобразование духа. [11] Он пишет: [12]

И сублимации мы совершаем по трем причинам.
Первая причина — сделать тело духовным.
Во-вторых, дух может быть телесным,
И стать с ним единосущным.
Третья причина — грязный оригинал.
Он может быть очищен, и его соленость серно
Может быть уменьшена в нем, что заразно.

Сублимационные предсказания

Энтальпию сублимации обычно предсказывают с помощью теоремы о равнораспределении. Если предполагается, что энергия решетки составляет приблизительно половину энергии упаковки, то для предсказания энтальпии сублимации могут быть применены следующие термодинамические поправки.Принятие 1 молярного идеального газа дает поправку на термодинамическую среду (давление и объем), в которой pV = RT, следовательно, поправка на 1RT. Затем необходимо внести дополнительные поправки на вибрацию, вращение и перемещение. Из теоремы о равнораспределении газообразное вращение и перенос вносят по 1,5RT каждое в конечное состояние, поэтому поправка + 3RT. Кристаллические колебания и вращения вносят вклад в 3RT каждое в начальное состояние, следовательно, −6RT. Суммирование поправок RT; −6RT + 3RT + RT = −2RT. [13] Это приводит к следующей приблизительной энтальпии сублимации. Аналогичное приближение можно найти для члена энтропии, если предположить твердые тела. [14]

См. Также

Список литературы

  1. ↑ Сублимируйте. Merriam-webster.com. Проверено 25 ноября 2015.
  2. ↑ Sublime. Dictionary.reference.com. Проверено 25 ноября 2015.
  3. Fassnacht, S.R. (2004). «Оценка недозаготовки снегопадов, сублимации снежного покрова и метелей на шести участках в соседних США» (PDF). Hydrol. Процесс . 18 : 3481–3492. DOI: 10.1002 / hyp.5806.
  4. Кэролл Дж. (2014). Гидраты природного газа . п. 16. ISBN 9780128005750 .
  5. Штатные писатели (2015). «какие твердые тела проходят сублимацию?». Национальный научный фонд и партнерство школы и университета UCSB.Проверено 13 ноября 2015 г.
  6. Павия. Д. (2005). Введение в органическую лабораторную технику . С. 781–782. ISBN 0534408338 .
  7. Джеймс Жирар (2011). Криминалистика: криминалистика, преступность и терроризм . Джонс и Бартлетт Обучение. С. 143–144.ISBN 0-7637-7731-5 .
  8. ↑ Р. Б. Кинг Металлоорганический синтез . Том 1 Соединения переходных металлов; Academic Press: Нью-Йорк, 1965. ISBN 0-444-42607-8.
  9. Лоуренс М. Харвуд, Кристофер Дж. Муди (1989). Экспериментальная органическая химия: принципы и практика (иллюстрированный ред.). WileyBlackwell. С. 154–155. ISBN 0-632-02017-2 .
  10. ↑ Фрэнсис Барретт. Жизни философов-алхимиков: с критическим каталогом книг по оккультной химии и подборкой наиболее известных трактатов по теории и практике герметического искусства. Напечатано Макдональдом и сыном для Lackington, Allen, & Co., 1815. стр. 233
  11. ↑ ДиБернард, Барбара (1980). Алхимия и поминки по Финнегану. SUNY Press, стр.57, ISBN 0873953886.
  12. ↑ Рипли, Джордж (1591). Алхимия .
  13. Гавеццотти, А (1997). Теоретические аспекты и компьютерное моделирование молекулярного твердого тела . Чичестер: Wiley and Sons.
  14. McDonagh, J. L .; Натх; Де Феррари, Луна; Ван Моурик, Таня; Митчелл, Джон Б. О. (2014). «Объединение хеминформатики и химической теории для предсказания внутренней растворимости в воде кристаллических лекарствоподобных молекул». Журнал химической информации и моделирования . 54 (3): 844. DOI: 10.1021 / ci4005805.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *