11.11: Phasenübergänge: Sublimation und Abscheidung

Einige Feststoffe können unter Umgehung des flüssigen Zustands über einen Prozess, der als Sublimation bekannt ist, direkt in den gasförmigen Zustand übergehen. Bei Raumtemperatur und normalem Druck sublimiert ein Stück Trockeneis (festes CO₂) und scheint allmählich zu verschwinden, ohne jemals Flüssigkeit zu bilden. Schnee und Eis sublimieren bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts von Wasser, ein langsamer Prozess, der durch Winde und den reduzierten Luftdruck in großen Höhen beschleunigt werden kann. Wenn festes Jod erwärmt wird, sublimiert der Feststoff und es bildet sich ein lebhafter violetter Dampf. Die Umkehrung der Sublimation wird als Abscheidung bezeichnet, ein Prozess, bei dem gasförmige Substanzen direkt im festen Zustand kondensieren und den flüssigen Zustand umgehen. Die Bildung von Frost ist ein Beispiel für Ablagerung.

Wie die Verdampfung erfordert auch der Prozess der Sublimation einen Energieeinsatz, um intermolekulare Anziehungskräfte zu überwinden. Bei der Sublimation handelt es sich also um einen endothermen Phasenübergang. Die Sublimationsenthalpie ΔH_sub ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Mol eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand umzuwandeln. Zum Beispiel wird die Sublimation von Kohlendioxid dargestellt durch:

Ebenso ist die Enthalpieänderung für den umgekehrten Abscheidungsprozess gleich groß, aber im Zeichen entgegengesetzt zu der für die Sublimation. Da bei der Abscheidung intermolekulare Kräfte gebildet werden, handelt es sich um einen exothermen Phasenübergang.

Betrachten Sie das Ausmaß, in dem intermolekulare Anziehungskräfte überwunden werden müssen, um einen gegebenen Phasenübergang zu erreichen. Die Umwandlung eines Feststoffs in eine Flüssigkeit erfordert, dass diese Anziehungskräfte nur teilweise überwunden werden; Der Übergang in den gasförmigen Zustand setzt voraus, dass sie vollständig überwunden werden. Infolgedessen ist die Schmelzenthalpie einer Substanz geringer als ihre Verdampfungsenthalpie. Dieselbe Logik kann verwendet werden, um eine ungefähre Beziehung zwischen den Enthalpien aller Phasenänderungen für eine gegebene Substanz abzuleiten. Obwohl dies keine ganz genaue Beschreibung ist, kann die Sublimation zweckmäßigerweise als ein sequentieller zweistufiger Prozess des Schmelzens gefolgt von der Verdampfung modelliert werden, um das Hesssche Gesetz anzuwenden. Auf diese Weise betrachtet, kann die Sublimationsenthalpie einer Substanz als die Summe ihrer Schmelz- und Verdampfungsenthalpien geschätzt werden.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 10.3: Phasenübergänge.