Back to chapter

11.11:

Faseovergangen: Vervluchtigen en Rijpen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Phase Transitions: Sublimation and Deposition

Languages

Share

Algemeen wordt opgemerkt dat normaal ijs smelt onder omgevingsomstandigheden, maar droogijs niet;in plaats daarvan gaat droogijs direct over in de gasfase. Deze overgang van vast naar gas zonder door de vloeistoffase te gaan staat bekend als sublimatie. Over het algemeen vertonen sublimerende verbindingen zwakke intermoleculaire krachten in de vaste toestand.In droogijs, of vast kooldioxide, bestaan zwakke dispersiekrachten tussen CO2-moleculen. Bij atmosferische druk blijft droogijs een vaste stof onder 78, 5 graden Celsius. Bij 78, 5 graden Celsius krijgen de oppervlaktemoleculen echter voldoende thermische energie om de aantrekkingskrachten volledig te overwinnen en direct in de dampfase te transformeren.Dit is het sublimatiepunt van droogijs. De hoeveelheid energie die nodig is om één mol van een vaste stof te sublimeren, wordt de molaire sublimatiewarmte of de molaire sublimatie-enthalpie genoemd. Omdat sublimatie een endotherm proces is, is de enthalpie-waarde altijd positief.Het omgekeerde van sublimatie dat wil zeggen, de directe overgang van damp naar vaste stof wordt rijpen genoemd. Wanneer gasmoleculen in botsing komen met koelere vaste oppervlakken, verliezen ze warmte. Meerdere botsingen resulteren in een aanzienlijk warmteverlies en de moleculen rijpen zich uiteindelijk.Aangezien rijping energieverlies met zich meebrengt, is het een exotherme faseverandering met een negatieve enthalpie-waarde. Hoewel de enthalpie van rijping negatief is, is de grootte ervan hetzelfde als de enthalpie van sublimatie. Wanneer sublimatie plaatsvindt in een open systeem, verspreiden de meeste gesublimeerde moleculen zich in de lucht en komen ze nooit meer terug.Bijgevolg is de sublimatiesnelheid groter dan de rijpingssnelheid. In een gesloten systeem wordt echter een vaste stof-damp-evenwicht tot stand gebracht op het sublimatiepunt van de vaste stof. De partiële druk die wordt uitgeoefend door het gas in dynamisch evenwicht met zijn vaste stof wordt zijn dampspanning genoemd.Vaste stoffen die sublimeren hebben een hoge dampspanning. Droogijs heeft bijvoorbeeld een dampspanning van wel 56, 5 atmosfeer bij 20 graden Celsius. Aangezien de meeste vaste stoffen echter een lage dampdruk hebben bij gemakkelijk toegankelijke temperaturen, is sublimatie niet gebruikelijk.

11.11:

Faseovergangen: Vervluchtigen en Rijpen

Some solids can transition directly into the gaseous state, bypassing the liquid state, via a process known as sublimation. At room temperature and standard pressure, a piece of dry ice (solid CO2) sublimes, appearing to gradually disappear without ever forming any liquid. Snow and ice sublimate at temperatures below the melting point of water, a slow process that may be accelerated by winds and the reduced atmospheric pressures at high altitudes. When solid iodine is warmed, the solid sublimes and a vivid purple vapor forms. The reverse of sublimation is called deposition, a process in which gaseous substances condense directly in the solid-state, bypassing the liquid state. The formation of frost is an example of deposition.

Like vaporization, the process of sublimation requires an input of energy to overcome intermolecular attractions. Sublimation is, therefore, an endothermic phase transition. The enthalpy of sublimation, ΔHsub, is the energy required to convert one mole of a substance from the solid to the gaseous state. For example, the sublimation of carbon dioxide is represented by:

Eq1

Likewise, the enthalpy change for the reverse process of deposition is equal in magnitude but opposite in sign to that for sublimation. Because deposition involves the formation of intermolecular forces, it is an exothermic phase transition.

Eq2

Consider the extent to which intermolecular attractions must be overcome to achieve a given phase transition. Converting a solid into a liquid requires that these attractions be only partially overcome; transition to the gaseous state requires that they be completely overcome. As a result, the enthalpy of fusion for a substance is less than its enthalpy of vaporization. This same logic can be used to derive an approximate relation between the enthalpies of all phase changes for a given substance. Though not an entirely accurate description, sublimation may be conveniently modeled as a sequential two-step process of melting followed by vaporization in order to apply Hess’s Law. Viewed in this manner, the enthalpy of sublimation for a substance may be estimated as the sum of its enthalpies of fusion and vaporization.

Eq3

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.