Sublimação: conceito, processo e exemplos

Sublimação: conceito, processo e exemplos

A sublimação é um processo termodinâmico no qual ocorre uma alteração endotérmica diretamente, de um sólido para um gás, sem formação prévia do líquido. Um exemplo proeminente desse processo é o do gelo seco; quando exposto ao sol ou submerso em um líquido, ele passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso.

O comportamento do sólido em condições normais é aquecer e criar uma primeira gota, onde mais partículas sólidas se dissolvem até derreter completamente. Enquanto, na sublimação, falamos de uma “bolha”, de um vapor progressivo sem molhar a superfície em que toca, mas imediatamente é depositada ou cristalizada.

O que é descrito no parágrafo acima é representado na imagem acima. Suponha uma mistura sólida de laranja (esquerda), que comece a aumentar sua energia aumentando a temperatura. O componente vermelho sublima, para então depositar no fundo do recipiente receptor, cuja temperatura é mais baixa devido a ter cubos de gelo em seu conteúdo.

Os triângulos ou cristais vermelhos são depositados graças à superfície fria deste recipiente (direita), que absorve sua temperatura; E mesmo que não apareça, o tamanho dos cubos de gelo deve diminuir devido à absorção de calor. O sólido restante possui um componente amarelo que não pode ser sublimado nas condições do processo.

Conceito de sublimação

Processo

Já foi dito que a sublimação é uma mudança de estado endotérmico, pois para que ocorra deve haver absorção de calor. Se o sólido absorver o calor, sua energia aumentará e suas partículas também vibrarão em frequências mais altas.

Quando essas vibrações se tornam muito fortes, elas acabam afetando interações intermoleculares (não ligações covalentes); e, conseqüentemente, mais cedo ou mais tarde as partículas se distanciarão mais, até conseguirem fluir e se mover mais livremente através das regiões do espaço.

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Em alguns sólidos, as vibrações são tão fortes que algumas partículas “disparam” para fora da estrutura, em vez de se aglomerarem em aglomerados em movimento que definem uma queda. Essas partículas escapam e formam a primeira “bolha”, que preferiria formar os primeiros vapores do sólido sublimado.

É então falado não de um ponto de fusão, mas de um ponto de sublimação. Embora ambos sejam dependentes da pressão predominante no sólido, o ponto de sublimação é mais; portanto, sua temperatura varia acentuadamente com as mudanças de pressão (assim como acontece com o ponto de ebulição ).

Da estrutura sólida ao distúrbio gasoso

Na sublimação, também é dito que há um aumento na entropia do sistema. Os estados energéticos das partículas passam de limitados por suas posições fixas na estrutura sólida, a homogeneizar em suas direções caprichosas e caóticas no estado gasoso mais uniforme, onde finalmente adquirem uma energia cinética média.

Diagrama de fases e ponto triplo

O ponto de sublimação depende da pressão; caso contrário, as partículas do sólido absorveriam calor não para disparar para o espaço fora do sólido, mas para formar gotículas. Não sublimaria, mas derreteria ou derreteria, como é habitual.

Quanto maior a pressão externa, menor será a sublimação, pois o sólido é forçado a derreter.

Mas quais sólidos são sublimados e quais não são? A resposta está em seus diagramas de fase P vs T, como o mostrado abaixo:

Primeiro, devemos olhar para o ponto triplo e passar pela seção inferior: a que separa os estados sólido e gasoso. Observe que na região do sólido, deve haver uma queda na pressão para que a sublimação ocorra (não necessariamente a 1 atm, nossa pressão atmosférica). Em 1 atm, a substância hipotética sublima a uma temperatura Ts expressa em K.

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Quanto maior e mais horizontal a seção ou curva abaixo do ponto triplo, maior a capacidade do sólido de sublimar em diferentes temperaturas; mas se estiver bem abaixo de 1 atm, será necessário alto vácuo para alcançar a sublimação, de modo que as pressões diminuam (0,0001 atm, por exemplo).

Termos e Condições

Se o ponto triplo for milhares de vezes menor que a pressão atmosférica, o sólido nunca sublimará nem aplicará ultra-vácuo (sem mencionar sua suscetibilidade à decomposição pela ação do calor).

Se não for esse o caso, as sublimações são realizadas aquecendo moderadamente e aspirando o sólido, para que suas partículas escapem com mais facilidade, sem a necessidade de absorver tanto calor.

A sublimação se torna muito importante quando se lida especialmente com sólidos com alta pressão de vapor; isto é, a pressão interna, refletindo a eficiência de suas interações. Quanto maior a pressão de vapor, mais perfumada e também mais sublimada.

Exemplos

Purificação de sólidos

A imagem do sólido laranja e de seu sublimado componente avermelhado é um exemplo do que a sublimação representa quando se trata de purificação de sólidos. Triângulos vermelhos podem ser sublimados quantas vezes forem necessárias até garantir alta pureza.

Esta técnica é usada principalmente com sólidos perfumados. Por exemplo: cânfora, cafeína, benjoim e mentol.

Entre outros sólidos que podem ser sublimados, temos: iodo, gelo (em grandes altitudes), teobromina (de chocolate), sacarina, morfina e outras drogas, bases nitrogenadas e antraceno.

Síntese de cristal

Voltando aos triângulos vermelhos, a sublimação oferece uma alternativa à cristalização convencional; Os cristais não serão mais sintetizados a partir de uma solução, mas através da deposição mais controlada de vapores em uma superfície fria, onde pode haver convenientemente sementes cristalinas para favorecer uma morfologia específica.

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Digamos que, se você tiver quadrados vermelhos, o crescimento dos cristais manterá essa geometria e eles não deverão se tornar triangulares. Os quadrados vermelhos crescerão gradualmente à medida que a sublimação prossegue. No entanto, é um complexo operacional e molecular, no qual muitas variáveis ​​são vistas como envolvidas.

Exemplos de cristais sintetizados por sublimação são: carboneto de silício (SiC), grafite, arsênico, selênio, fósforo, nitreto de alumínio (AlN), sulfeto de cádmio (CdS), seleneto de zinco (ZnSe), iodeto de mercúrio (HgI 2 ), grafeno, entre outros.

Note que eles são realmente dois fenômenos entrelaçados: sublimação e deposição progressivas (ou sublimação inversa); o vapor migra do sólido para as regiões ou superfícies mais frias, para finalmente assentar como cristais.

Assuntos de interesse

Exemplos de sublimação .

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chemistry . (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Wikipedia. (2019). Sublimação (transição de fase). Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Jones, Andrew Zimmerman. (27 de janeiro de 2019). Sublimação. Recuperado de: thoughtco.com
  4. Sheila Morrissey. (2019). O que é sublimação em química? – Definição, Processo e Exemplos. Estude. Recuperado de: study.com
  5. Elsevier BV (2019). Método de sublimação. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com

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