11.11
Es wird häufig beobachtet, dass normales Eis unter Umgebungsbedingungen schmilzt, Trockeneis jedoch nicht, sondern Trockeneis geht direkt in die Gasphase über. Dieser Übergang vom Feststoff zum Gas – ohne die flüssige Phase zu passieren – wird als Sublimation bezeichnet.
Im Allgemeinen weisen Verbindungen, die sublimieren, im festen Zustand schwache intermolekulare Kräfte auf. In Trockeneis oder festem Kohlendioxid bestehen schwache Dispersionskräfte zwischen CO2 -Molekülen.
Bei Atmosphärendruck bleibt Trockeneis unter minus 78,5 °C fest. Bei -78,5 °C erhalten die Oberflächenmoleküle jedoch genügend thermische Energie, um die Anziehungskräfte vollständig zu überwinden und direkt in die Dampfphase überzugehen. Dies ist der Sublimationspunkt von Trockeneis.
Die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Mol eines Festkörpers zu sublimieren, wird als molare Sublimationswärme oder molare Sublimationsenthalpie bezeichnet. Da es sich bei der Sublimation um einen endothermen Prozess handelt, ist ihr Enthalpiewert immer positiv.
Die Umkehrung der Sublimation, d.h. der direkte Übergang von Dampf zu Feststoff, wird als Abscheidung bezeichnet. Wenn Gasmoleküle mit kühleren festen Oberflächen kollidieren, verlieren sie Wärme. Mehrfache Kollisionen führen zu einem erheblichen Wärmeverlust, und die Moleküle lagern sich schließlich ab.
Da die Abscheidung mit Energieverlust einhergeht, handelt es sich um eine exotherme Phasenänderung mit einem negativen Enthalpiewert. Obwohl die Abscheidungsenthalpie negativ ist, ist ihre Größe die gleiche wie die Sublimationsenthalpie
.Wenn die Sublimation in einem offenen System stattfindet, verteilen sich die meisten sublimierten Moleküle in der Luft und kehren nie wieder zurück. Folglich ist die Sublimationsrate größer als die Abscheidungsrate.
In einem geschlossenen System wird jedoch ein Fest-Dampf-Gleichgewicht am Sublimationspunkt des Festkörpers hergestellt.
Der Partialdruck, den das Gas im dynamischen Gleichgewicht mit seinem Festkörper ausübt, wird als Dampfdruck bezeichnet. Feststoffe, die sublimieren, haben einen hohen Dampfdruck. Trockeneis zum Beispiel hat einen Dampfdruck von bis zu 56,5 atm bei 20 °C.
Da die meisten Feststoffe jedoch niedrige Dampfdrücke bei leicht zugänglichen Temperaturen aufweisen, ist die Sublimation nicht üblich.
Einige Feststoffe können durch einen Prozess, der als Sublimation bezeichnet wird, unter Umgehung des flüssigen Zustands direkt in den gasförmigen Zus…
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