SUBLIMAZIONE: CONCETTO, PROCESSO ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

La sublimazione è un processo termodinamico in cui avviene un cambiamento endotermico di stato direttamente da solido a gas, senza previa formazione del liquido. Un esempio lampante di questo processo è quello del ghiaccio secco; Quando esposto al sole o immerso in un liquido, passa direttamente dallo stato solido a quello gassoso.

Il comportamento del solido in condizioni normali è quello di riscaldarsi e originare una prima goccia, dove più particelle solide si dissolvono fino a fondersi completamente. Intanto in sublimazione si parla di una "bolla", di un vapore progressivo che non bagna la superficie che tocca, ma si deposita o cristallizza immediatamente.

Esempio di sublimazione di un ipotetico solido arancione. Fonte: Gabriel Bolívar.

Quanto descritto nel paragrafo precedente è rappresentato nell'immagine sopra. Supponiamo una miscela solida arancione (a sinistra), che inizia ad aumentare la sua energia aumentando la temperatura. La componente rossa sublima, per poi depositarsi sul fondo del contenitore ricevente, la cui temperatura è più bassa per la presenza di cubetti di ghiaccio nel suo contenuto.

I triangoli o cristalli rossi si depositano grazie alla superficie fredda di questo contenitore (a destra), che ne assorbe la temperatura; E anche se non viene visualizzato, la dimensione dei cubetti di ghiaccio dovrebbe diminuire a causa dell'assorbimento di calore. Il solido rimanente ha una componente gialla che non può essere sublimata nelle condizioni di processo.

Concetto di sublimazione

Processi

È già stato detto che la sublimazione è un cambiamento di stato endotermico, perché perché avvenga deve esserci assorbimento di calore. Se il solido assorbe calore, la sua energia aumenterà, quindi anche le sue particelle vibreranno a frequenze più alte.

Quando queste vibrazioni diventano molto forti, finiscono per influenzare le interazioni intermolecolari (non i legami covalenti); e di conseguenza, prima o poi le particelle si allontaneranno l'una dall'altra, fino a quando non riusciranno a fluire e muoversi più liberamente attraverso le regioni dello spazio.

In alcuni solidi le vibrazioni sono così forti che alcune particelle “escono” dalla struttura invece di agglomerarsi in ammassi mobili che definiscono una gocciolina. Queste particelle fuoriescono e integrano la prima "bolla", che invece verrebbe a formare i primi vapori del solido sublimato.

Non parliamo quindi di un punto di fusione, ma di un punto di sublimazione. Sebbene entrambi dipendano dalla pressione prevalente sul solido, il punto di sublimazione lo è maggiormente; pertanto, la sua temperatura varia notevolmente al variare della pressione (così come il punto di ebollizione).

Dalla struttura solida al disordine gassoso

Nella sublimazione si dice anche che c'è un aumento dell'entropia del sistema. Gli stati energetici delle particelle passano dall'essere limitati dalle loro posizioni fisse nella struttura solida, all'omogeneizzazione nelle loro direzioni capricciose e caotiche nello stato gassoso, più uniforme, dove acquisiscono infine un'energia cinetica media.

Diagramma di fase e punto triplo

Il punto di sublimazione dipende dalla pressione; Perché altrimenti, le particelle solide assorbirebbero il calore non per sparare nello spazio al di fuori del solido, ma per formare goccioline. Non sublimerebbe, ma si scioglierebbe o si scioglierebbe, come è il più comune.

Maggiore è la pressione esterna, meno probabile è la sublimazione, poiché il solido è costretto a fondere.

Ma quali solidi sono sublimabili e quali no? La risposta sta nei tuoi diagrammi di fase P vs T, come quello mostrato di seguito:

Diagramma di fase per una sostanza ipotetica. Fonte: Gabriel Bolívar.

Dobbiamo prima guardare il punto triplo e passare attraverso la sezione inferiore: quella che separa gli stati solido e gassoso. Si noti che nella regione del solido, deve esserci un calo di pressione affinché avvenga la sublimazione (non necessariamente a 1 atm, la nostra pressione atmosferica). A 1 atm, l'ipotetica sostanza sublimerà ad una temperatura Ts espressa in K.

Più lunga e orizzontale è la sezione o curva al di sotto del punto triplo, maggiore è la capacità del solido di sublimare a diverse temperature; ma se è ben al di sotto di 1 atm, allora saranno necessari alti vuoti per ottenere la sublimazione, in modo tale da abbassare le pressioni (0.0001 atm, per esempio).

Termini

Se il punto triplo è migliaia di volte inferiore alla pressione atmosferica, il solido non sublimerà mai nemmeno con l'ultravuoto (per non parlare della sua suscettibilità alla decomposizione per azione del calore).

In caso contrario, le sublimazioni si effettuano riscaldando moderatamente, e sottoponendo il solido a vuoto in modo che le sue particelle fuoriescano più facilmente, senza che debbano assorbire tanto calore.

La sublimazione diventa molto importante quando si tratta soprattutto di solidi con un'elevata pressione di vapore; cioè la pressione all'interno, un riflesso dell'efficienza delle loro interazioni. Più è alta la sua pressione di vapore, più è fragrante e più è sublimabile.

Esempi

Purificazione dei solidi

L'immagine del solido arancione e della sua componente rossastra sublimabile è un esempio di ciò che rappresenta la sublimazione in relazione alla purificazione dei solidi. I triangoli rossi possono essere sublimati di nuovo secondo necessità fino a quando non è garantita un'elevata purezza.

Questa tecnica viene utilizzata principalmente con i solidi fragranti. Ad esempio: canfora, caffeina, benzoino e mentolo.

Tra gli altri solidi che possono essere sublimati abbiamo: iodio, ghiaccio (ad alta quota), teobromina (dal cioccolato), saccarina, morfina e altri farmaci, basi azotate e antracene.

Sintesi cristallina

Tornando ai triangoli rossi, la sublimazione offre un'alternativa alla cristallizzazione convenzionale; I cristalli non saranno più sintetizzati da una soluzione, ma attraverso la deposizione più controllata possibile di vapori su una superficie fredda, dove possono essere convenientemente presenti dei semi cristallini per favorire una specifica morfologia.

Ad esempio, se hai quadrati rossi, la crescita dei cristalli manterrà questa geometria e non dovrebbero diventare triangolari. I quadrati rossi cresceranno gradualmente man mano che avrà luogo la sublimazione. Tuttavia, è un complesso operativamente e molecolarmente complesso, in cui sono coinvolte molte variabili.

Esempi di cristalli sintetizzati tramite sublimazione sono: carburo di silicio (SiC), grafite, arsenico, selenio, fosforo, nitruro di alluminio (AlN), solfuro di cadmio (CdS), seleniuro di zinco (ZnSe), ioduro di mercurio (HgI ₂ ), grafene, tra gli altri.

Si noti che questi sono davvero due fenomeni intrecciati: sublimazione e deposizione progressiva (o sublimazione inversa); il vapore migra dal solido a regioni o superfici più fredde, sedendosi infine sotto forma di cristalli.

Temi di interesse

Esempi di sublimazione.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
2. Wikipedia. (2019). Sublimazione (transizione di fase). Estratto da: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (27 gennaio 2019). Sublimazione. Estratto da: thoughtco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Cos'è la sublimazione in chimica? - Definizione, processo ed esempi. Studia. Estratto da: study.com
5. Elsevier BV (2019). Metodo di sublimazione. ScienceDirect. Estratto da: sciencedirect.com