11.11: Transições de Fase: Sublimação e Deposição

Alguns sólidos podem fazer a transição diretamente para o estado gasoso, contornando o estado líquido, através de um processo conhecido como sublimação. À temperatura ambiente e à pressão padrão, um pedaço de gelo seco (CO₂ sólido) sublima, parecendo desaparecer gradualmente sem nunca formar qualquer líquido. A neve e o gelo sublimam a temperaturas abaixo do ponto de fusão da água, um processo lento que pode ser acelerado pelos ventos e as pressões atmosféricas reduzidas a altitudes elevadas. Quando o iodo sólido é aquecido, o sólido sublima e forma-se um vapor roxo vivo. O inverso da sublimação é chamado de deposição, um processo no qual as substâncias gasosas se condensam diretamente para o estado sólido, contornando o estado líquido. A formação de geada é um exemplo de deposição.

Como a vaporização, o processo de sublimação requer uma entrada de energia para superar as atrações intermoleculares. A sublimação é, portanto, uma transição de fase endotérmica. A entalpia de sublimação, ΔH_sub, é a energia necessária para converter um mole de uma substância do estado sólido para o estado gasoso. Por exemplo, a sublimação do dióxido de carbono é representada por:

Da mesma forma, a mudança de entalpia para o processo inverso de deposição é igual em magnitude, mas oposta em sinal em relação à sublimação. Como a deposição envolve a formação de forças intermoleculares, é uma transição de fase exotérmica.

Considere a medida em que as atrações intermoleculares devem ser superadas para alcançar uma determinada transição de fase. A conversão de um sólido para um líquido requer que essas atrações sejam superadas apenas parcialmente; a transição para o estado gasoso exige que sejam completamente superadas. Como resultado, a entalpia de fusão de uma substância é inferior à sua entalpia de vaporização. Esta mesma lógica pode ser utilizada para obter uma relação aproximada entre as entalpias de todas as alterações de fase para uma determinada substância. Embora não seja uma descrição inteiramente precisa, a sublimação pode ser convenientemente modelada como um processo sequencial de fusão em duas etapas, seguido pela vaporização, a fim de aplicar a Lei de Hess. Visto desta forma, a entalpia de sublimação para uma substância pode ser estimada como a soma das suas entalpias de fusão e vaporização.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.

É comumente observado que o gelo regular derrete em condições ambientais, mas o gelo seco não;em vez disso, o gelo seco passa diretamente para a fase gasosa. Esta transição de sólido para gasoso sem passar pela fase líquida é conhecida como sublimação. Geralmente, os compostos que sublimam têm forças intermoleculares fracas no estado sólido.

No gelo seco, ou dióxido de carbono sólido, as forças de dispersão fracas existem entre as moléculas de CO2. Sob pressão atmosférica, o gelo seco permanece sólido abaixo de 78, 5 graus Celsius No entanto, a 78, 5 graus Celsius, as moléculas de superfície adquirem energias térmicas suficientes para superar completamente as forças atrativas e transformarem-se diretamente para a fase de vapor. Este é o ponto de sublimação do gelo seco.

A quantidade de energia necessária para sublimar um mol de um sólido é chamada de o seu calor molar de sublimação ou a sua entalpia molar de sublimação. Como a sublimação é um processo endotérmico, o seu valor de entalpia é sempre positivo. O inverso de sublimação ou seja, a transição direta de vapor para sólido é chamado de depósito.

Quando as moléculas de gás colidem com as superfícies sólidas mais frias, perdem o calor. As colisões múltiplas resultam numa perda significativa de calor, e as moléculas finalmente criam depósito. Uma vez que a deposição envolve perda de energia, é uma alteração da fase exotérmica com um valor de entalpia negativo.

Embora a entalpia de depósito seja negativa, a sua magnitude é a mesma que a entalpia de sublimação. Quando a sublimação ocorre num sistema aberto, as moléculas mais sublimadas dispersam-se no ar e nunca mais voltam. Consequentemente, a taxa de sublimação é maior do que a taxa de deposição.

No entanto, num sistema fechado, um equilíbrio de vapor sólido é estabelecido no ponto de sublimação do sólido. A pressão parcial exercida por um gás em equilíbrio dinâmico com o seu sólido é chamado de a sua pressão de vapor. Sólidos que sublimam têm altas pressões de vapor.

O gelo seco, por exemplo, tem uma pressão de vapor até 56, 5 pressão atmosférica a 20 graus Celsius. No entanto, uma vez que a maioria dos sólidos têm baixas pressões de vapor de fácil acesso pelas temperaturas, a sublimação não é comum.