Твердые тела сохраняют свой объем и форму. В них средняя кинетическая энергия структурных единиц гораздо меньше потенциальной энергии их взаимодействия. При нагревании твердого кристалла увеличивается амплитуда тепловых колебаний структурных единиц. Это приводит к ослаблению межструктурных связей и, как к одному из конечных результатов, – к разрушению кристаллической решетки. Тело становится жидким, то есть происходит процесс плавления.
Плавление
Это равновесный фазовый переход твердого кристаллического тела в жидкое состояние, сопровождающееся поглощением теплоты.
Дальнейший нагрев твердого тела вызывает его испарение, характеризующееся отрывом молекул, которые имеют наибольшую энергию с поверхности тела. Кроме жидкостей, непосредственно могут испаряться и твердые тела без промежуточного перехода через жидкое состояние, то есть происходит сублимация.
Сублимация
Равновесный фазовый переход из твердой фазы в газообразную, минуя жидкое состояние.
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.
Возгонка (сублимация)
Подробности Категория:
ВОЗГОНКА
, сублимация, переход твердого тела в парообразное состояние и обратно (из парообразного в твердое), минуя жидкую фазу. Возгонка свойственна только таким твердым «летучим» телам, пары которых обладают значительным давлением уже при температуре ниже точки кипения этих тел. В технике пользуются возгонкой для очистки твердых тел от примесей и загрязнений. В виду того, что высокая температура часто (особенно в случае сложных органических соединений) вызывает разложение продукта, осмоление и значительные потери его, применение при возгонке сравнительно низкой температуры сохраняет продукт и увеличивает его выход; чтобы понизить температуру еще более, процесс возгонки обычно ведут под уменьшенным давлением и, для ускорения процесса, часто в атмосфере какого-нибудь индифферентного газа, например, азота. Сам процесс возгонки состоит в нагревании возгоняемого тела до температуры, при которой начинают выделяться его пары; с этого момента поддерживают постоянную температуру во все время процесса; выделяемые пары подвергают охлаждению, и они переходят снова в твердый, но уже очищенный от примесей продукт. Поддержание постоянной температуры в течение всего процесса является очень важным условием возгонки, т. к. колебания температуры вредно отражаются на ходе процесса: понижение ее замедляет возгонку, а повышение часто ведет к разложению продукта.
Поэтому обогревание, за очень редкими исключениями, ведут не на голом огне, а при помощи какого-нибудь промежуточного тела (передатчика тепла), что дает возможность легче регулировать температуру; такими передатчиками тепла служат тела, не изменяющиеся от повышения температуры: песок, масло, нагретый воздух, легкоплавкие сплавы, чугунные стружки, концентрированный раствор хлористого магния. В некоторых случаях нагревание ведут паром. Однократная возгонка не всегда дает сразу достаточно чистый продукт; в таких случаях прибегают к вторичной и третьей В.; каждая следующая возгонка ведется при других температурных условиях и часто с применением других инертных газов; т. о. осуществляется дробная, или фракционированная, возгонка, аналогичная фракционированной перегонке жидкостей. Фракционированной возгонкой достигают более быстрого и более тщательного разделения смеси твердых тел.
Главные части аппарата для возгонки: 1) куб, в котором происходит нагревание сырого продукта и превращение его в парообразное состояние, и 2) камера, в которой пары охлаждаются и превращаются в твердое тело. Твердая масса, загруженная в куб, нагревается неравномерно: частички, прилегающие к нагревательной поверхности куба, подвергаются наиболее сильному нагреву, а остальные нагреваются сравнительно слабо, и, вследствие того, что твердая масса б. ч. является плохим проводником тепла, происходит неравномерное нагревание всей массы, связанное к тому же со значительным расходом тепла. Во избежание этого необходимо располагать твердое вещество в кубе невысоким слоем; куб снабжают мешалкой, и т. о. тонкий слой вещества при непрерывном помешивании прогревается достаточно равномерно. Объем камеры значительно превосходит объем куба. Чтобы ускорить процесс обращения пара в твердое вещество, прибегают к искусственному охлаждению паров, орошая камеру водой или понижая ее температуру охлажденным соляным рассолом или охлажденным воздухом; способ охлаждения зависит от того, с какой легкостью происходит конденсация продуктов из паров.
Конструкция аппарата зависит от физических и химических свойств возгоняемого тела и от легкости, с какой данное тело подвергается разложению, но независимо от этого все виды аппаратов, применяемых при возгонке, можно разделить на две большие группы: аппараты, работающие без уменьшенного давления (старого типа), и аппараты, работающие под уменьшенным давлением (с вакуумом). Последние в настоящее время приобрели наибольшее значение, т. к, они требуют меньше времени на очистку продукта и дают больший выход его. Возгонку салициловой кислоты в прежнее время вели в цилиндрических котлах с полушаровидным дном, выложенных свинцом, и без мешалки; вследствие этого вещество спекалось в толстый ком, плохо проводящий тепло; в то время как верхние части этого кома не успевали прогреться до требуемой температуры, нижние перегревались и разлагались, уменьшая этим выход продукта. Куб для возгонки соединялся с камерой для охлаждения рядом узких трубок, снаружи не изолированных, что вызывало преждевременное охлаждение паров в этих трубках, выделение твердого вещества и закупорку трубок. Сама камера была невелика по объему и имела не горизонтальное, а вертикальное положение. Вследствие этого продукты конденсации паров при охлаждении наслаивались друг на друга и не образовывали ясно различимых кристаллов; вертикальное положение и недостаточные размеры камеры не обеспечивали достаточной циркуляции паров внутри камеры для охлаждения; вследствие этого не достигалось полной конденсации.
Современный аппарат для возгонки салициловой кислоты (фиг. 1) состоит из куба в
с плоским дном, снабженного мешалкой
б
, приводимой в движение от трансмиссии; в крышке этого куба (также плоской для предотвращения вихревых движений поднимающихся паров) проделано отверстие, окруженное воронкой (лаз
а
), через которое производится загрузка вещества, подвергающегося возгонке; дно куба окружено металлической рубашкой, которая заполняется веществом, служащим передатчиком тепла, так что дно куба нигде не приходит в непосредственное соприкосновение с пламенем. Инертный газ впускается в куб через кольцевую трубку
г
. Для наблюдения и регулирования процесса возгонки в эту кольцевую трубку помещают контрольные приборы: термометр для определения температуры куба и вакуумметр для определения степени разрежения; из куба ведет широкая труба в камеру
д
, имеющую форму горизонтально удлиненного цилиндра. На стороне камеры, лежащей против трубы, соединяющей ее с кубом, находится дверца
е
, через которую из камеры извлекается очищенная салициловая кислота. Боковая поверхность камеры снабжена двумя квадратными герметически закрытыми окошками
ж
для наблюдения за ходом конденсации. Аналогично устроены аппараты для возгонки бензойной кислоты и камфоры. При очистке нафталина применяют дополнительное нагревание сырого продукта перегретым водяным паром. Сера очищается двумя способами: дистилляцией (для получения серы в кусках — черенковой серы) и возгонкой (для получения серы в виде пыли — серного цвета). На практике, обыкновенно, оба метода очистки производят вместе в одном и том же аппарате; регулируя температуру процесса, направляют его по желанию в сторону дистилляции или возгонки. Комовая, неочищенная сера загружается в цилиндрический подогреваемый голым огнем котел, где сера плавится, тяжелые примеси оседают на дно, а жидкая сера стекает по трубе в чугунную горизонтально расположенную реторту, снабженную собственной топкой.
При температуре не выше 144° жидкая сера испаряется; пары по трубе переходят из реторты в камеру, где охлаждаются и оседают по стенкам в виде серного цвета. Осевшую на стенках серу сметают несколько раз во время процесса. Если же температуру поднять выше 144°, то сера собирается на дне камеры в жидком виде и через отверстия вытекает в формы, откуда по охлаждении извлекают черенковую серу. Для очистки хлористого аммония также прибегают к возгонке. Сырую, неочищенную массу загружают в железный котел с плоским дном; котел (куб) обкладывается огнеупорным кирпичом снизу и с боков, а сверху покрывается слабо выпуклой крышкой из железа или свинца; котел обогревают голым огнем. Содержащуюся в неочищенном хлористом аммонии влагу удаляют в первую очередь, для чего в начале возгонки открывают отверстие в крышке куба. Когда вся вода испарится, и покажутся первые пары хлористого аммония, отверстие закрывают и продолжают нагревание. Следует остерегаться слишком сильного нагрева, т. к. при этом органические примеси могут обуглиться и загрязнить продукт. Возгонка хлористого аммония продолжается долго: загрузка в полтонны возгоняется в течение пяти дней. По окончании процесса снимают крышку, на которой отложился сублимированный хлористый аммоний слоем толщиной около 10 см, и удаляют чистый продукт.
Некоторые особенности представляет возгонка йода. Неочищенный йод содержит 10—25% примесей и воды. Для очистки йода употребляют чугунные котлы небольшой сравнительно емкости, со свинцовой крышкой; несколько таких котлов сообщаются с одной керамиковой камерой; чаще применяют керамиковые котлы с пришлифованными крышками; эти котлы нагреваются на песчаной бане. Загрузка каждого котла сравнительно небольшая — около 10 кг. При нагревании йод возгоняется и собирается на крышке котла в виде листочков, которые время от времени счищают с крышек.
Укажем еще на очистку белого мышьяка. Возгонка производится в аппарате, схематически представленном на фиг. 2; белый мышьяк загружается в чугунный котел к
, емкость которого рассчитана на 150 кг неочищенного мышьяковистого ангидрида. Котел
к
снабжен высоким узким колпаком
а
из листового железа и нагревается непосредственно в пламени угольной топки. По достижении температуры возгонки мышьяк начинает возгоняться и осаждается на железном колпаке в виде прозрачного стекловидного тела — мышьякового стекла; другая часть паров переходит по трубе
б
в камеру
в
, где и осаждается на стенках в виде порошка — очищенного мышьяковистого ангидрида.
Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 — 1928 г.
- < Назад
- Вперёд >
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.
Как эффективно сублимировать и почему это полезно
Сублимировать полезно, потому что это разгружает психику, даёт возможность человеку шире взглянуть на ситуацию и найти безопасную и положительную форму активности для выплёскивания своих чувств.
Небольшая инструкция:
- Расслабьтесь. Жизнь вокруг не останавливается, пока вы сосредоточены на своём состоянии.
- Пробуйте мечтать. Перебирайте все варианты, которые только приходят в голову. Однажды вы за что-нибудь зацепитесь и поймёте – это то, к чему вам хочется стремиться.
- Медитируйте. Глубокая медитация, при правильном своём проведении, поможет докопаться до внутреннего «я» и узнать чем это «я» хочет заниматься и какое решение проблем предпочтёт.
- Влюбляйтесь. И запоминайте своё состояние. С таким же чувством эйфории нужно приступать к выполнению выбранной цели.
Примеры
Существует множество примеров сублимации в физике, однако и примеров обратного ей процесса тоже довольно много. Стоит рассмотреть обе категории.
Итак, примеры взгонки:
- 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. - 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:
- 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. - 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:
- 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.
- 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.
- 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.
Диаграмма перехода кристалл – газ
$p=BT^{frac{3}{2}}a^{-frac{alpha{}w_0}{kT}} (3),$ где:
- $w_0$ – энергия сублимации;
- $B$ – постоянная, характеризующая вещество.
Здесь точка $B (T=Θ)$, находящаяся на графике (рис.1) соответствует двухфазному состоянию – насыщенному пару, расположенному над кристаллическим веществом. Пар находится в состоянии динамического равновесия с твердой фазой.
Рисунок 1. График. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При увеличении температуры кристалл становится газом. Увеличение давления приводит к тому, что газ десублимирует и переходит в твердую фазу. Диаграмма фазового перехода кристалл – газ является аналогичной диаграмме перехода жидкость – газ. Точки, находящиеся ниже и правее кривой (что соответствует меньшему давлению и более высокой температуре), говорят о том, что вещество находится в состоянии газа.
Так и не нашли ответ на свой вопрос?
Просто напиши с чем тебе нужна помощь
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.
