的升华是其中吸热变化直接从固体状态发生的气体,没有液体的事先形成热力学过程。这个过程的一个突出例子是干冰。当暴露在阳光下或浸入液体中时,它直接从固态变成气态。
固体在正常条件下的行为是加热并产生第一滴,其中更多的固体颗粒溶解直至它们完全熔化。同时,在升华过程中,我们说的是“气泡”,是一种渐进的蒸汽,它不会润湿它接触的表面,而是立即沉积或结晶。
假设的橙色固体升华的示例。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
上段中描述的内容如上图所示。假设有橙色固体混合物(左),该混合物开始通过增加温度来增加其能量。红色成分升华,随后沉降到接收容器的底部,该容器的温度由于其中含有冰块而温度较低。
红色三角形或晶体的沉积是由于该容器的冷表面(右)吸收了它们的温度。即使没有显示,由于吸收热量,冰块的尺寸也应减小。剩余的固体具有黄色成分,在处理条件下不能升华。
升华概念
处理
已经有人说升华是一种吸热状态变化,因为要发生升华必须吸收热量。如果固体吸收热量,则其能量将会增加,因此其颗粒也会以更高的频率振动。
当这些振动变得非常强烈时,它们最终会影响分子间的相互作用(不是共价键)。因此,粒子迟早会彼此远离,直到它们设法在空间区域中流动并更自由地移动。
在某些固体中,振动是如此强烈,以至于某些粒子从结构中“射出”,而不是聚集在定义液滴的移动簇中。这些粒子逸出并整合了第一个“气泡”,而该“气泡”宁可形成升华固体的第一个蒸气。
那么,我们谈论的不是熔点,而是升华点。尽管两者都取决于固体上的压力,但升华点更是如此。因此,其温度随压力的变化而显着变化(沸点也一样)。
从固体结构到气体紊乱
在升华中,也可以说系统的熵增加了。粒子的高能态从在固体结构中的固定位置受到限制,变为在气态,更均匀的状态下在反复变化和混乱的方向上均质化,最终获得平均动能。
相图和三相点
升华点取决于压力。因为否则,固体颗粒将吸收热量,而不是射出到固体外部的空间中,而是形成液滴。它不会升华,但会融化或融化,这是最常见的情况。
外部压力越大,由于固体被迫熔化,升华的可能性就越小。
但是哪些固体是可升华的,哪些不是可升华的?答案在于您的P与T相图,如下图所示:
假设物质的相图。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
我们必须首先查看三重点并通过下部:将固态和气态分开的那一点。请注意,在固体区域中,必须升压才能发生升华(不一定是我们的大气压1 atm)。在1个大气压下,假设物质将升华到以K表示的温度Ts。
低于三点的截面或曲线的水平和水平时间越长,固体在不同温度下升华的能力就越大;但是如果它远低于1个大气压,则将需要高真空才能实现升华,从而降低压力(例如,0.0001个大气压)。
条款
如果三相点比大气压力低数千倍,则即使在超真空条件下,固体也永远不会升华(更不用说其在热作用下易分解的敏感性)。
如果不是这种情况,则通过适当地加热并使固体经受真空来进行升华,从而使固体颗粒更容易逸出,而无需吸收大量热量。
当处理高蒸气压的固体时,升华变得非常重要。也就是说,内部的压力反映了他们互动的效率。其蒸气压越高,它越香,并且它越易升华。
例子
固体净化
橙色固体及其可升华的红色成分的图像是升华代表的一个示例,因为升华与固体的纯化有关。红色三角形可以根据需要重新升华,直到确保高纯度为止。
该技术通常用于芳香固体。例如:樟脑,咖啡因,安息香和薄荷醇。
在其他可以升华的固体中,我们有:碘,冰(在高海拔地区),可可碱(来自巧克力),糖精,吗啡和其他药物,含氮碱和蒽。
晶体合成
回到红色三角形,升华提供了常规结晶的一种替代方法。不再从溶液中合成晶体,而是通过控制蒸汽在冷表面上的可能沉积来控制,在该表面上可能方便地存在晶种以支持特定的形态。
假设您有红色方块,晶体的生长将保持这种几何形状,并且它们不应变成三角形。随着升华的发生,红色方块将逐渐增长。但是,它是一个操作上和分子上复杂的复合体,其中涉及许多变量。
通过升华合成的晶体的示例是:碳化硅(SiC),石墨,砷,硒,磷,氮化铝(AlN),硫化镉(CdS),硒化锌(ZnSe),碘化汞(HgI 2),石墨烯等。
请注意,这实际上是两个相互交织的现象:渐进升华和沉积(或反升华);渐进升华和沉积(或逆升华)。蒸汽从固体迁移到较冷的区域或表面,最终以晶体形式沉降。
感兴趣的主题
升华的例子。
参考文献
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- 维基百科。(2019)。升华(相变)。从以下位置恢复:en.wikipedia.org
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- Elsevier BV(2019)。升华方法。ScienceDirect。摘自:sciencedirect.com