Chapter 11: Liquids, Solids, and Intermolecular Forces

Back to chapter

11.11:

Фазовые переходы: сублимация и осаждение.

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

Previous Video
11.10: Phase Transitions: Melting and Freezing

Next Video
11.12: Heating and Cooling Curves

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Обычный лед тает в стандартных условиях окружающей среды, а сухой лед нет;вместо этого сухой лед переходит непосредственно в газовую фазу. Этот переход от твердого тела к газу без прохождения через жидкую фазу известен как сублимация. Как правило, сублимирующие соединения проявляют слабые межмолекулярные силы в твердом состоянии.В сухом льде или твердом диоксиде углерода между молекулами CO2 существуют слабые дисперсионные силы. При атмосферном давлении сухой лед остается твердым при температуре ниже 78, 5 градуса Цельсия. Однако при 78, 5 градуса Цельсия поверхностные молекулы приобретают достаточно тепловой энергии, чтобы полностью преодолеть силы притяжения и перейти непосредственно в паровую фазу.Это точка сублимации сухого льда. Количество энергии, необходимое для сублимации одного моля твердого вещества, называется его молярной теплотой сублимации или молярной энтальпией сублимации. Поскольку сублимация это эндотермический процесс, значение ее энтальпии всегда положительно.Обратный процесс сублимации, то есть прямой переход от пара к твердому телу, называется осаждением. Когда молекулы газа сталкиваются с более холодными твердыми поверхностями, они теряют тепло. Множественные столкновения приводят к значительной потере тепла, и в конечном итоге молекулы осаждаются.Поскольку осаждение связано с потерей энергии, это экзотермический фазовый переход с отрицательным значением энтальпии. Хотя энтальпия осаждения отрицательна, ее величина такая же, как энтальпия сублимации. Когда сублимация происходит в открытой системе, большинство сублимированных молекул рассеиваются в воздухе и никогда не возвращаются.Следовательно, скорость сублимации больше, чем скорость осаждения. Однако в замкнутой системе равновесие твердое тело-пар”устанавливается в точке сублимации твердого тела. Парциальное давление газа, находящегося в динамическом равновесии с твердым телом, называется давлением его пара.Сублимирующие твердые вещества имеют высокое давление пара. Например, сухой лед имеет давление пара 56, 5 атмосферы при 20 градусах Цельсия. Однако, поскольку большинство твердых веществ имеют низкое давление пара при легко достижимых температурах, их сублимация не является обычным явлением.

11.11:

Фазовые переходы: сублимация и осаждение.

Некоторые твердые вещества могут переходить непосредственно в газообразное состояние, минуя жидкое состояние, посредством процесса, известного как сублимация. При комнатной температуре и стандартном давлении кусок сухого льда (твердый CO ₂) сублимируется, постепенно исчезает без образования жидкости. Снег и лед сублимируются при температурах ниже точки плавления воды – медленный процесс, который может быть ускорен ветрами и пониженным атмосферным давлением на больших высотах. Когда твердый йод нагревается, твердое вещество возгоняется и образуется яркий пурпурный пар. Обратный процесс сублимации называется осаждением – процессом, при котором газообразные вещества конденсируются непосредственно в твердом состоянии, минуя жидкое состояние. Примером отложений является образование инея.

Подобно испарению, процесс сублимации требует ввода энергии для преодоления межмолекулярного притяжения. Таким образом, сублимация представляет собой эндотермический фазовый переход. Энтальпия сублимации, & # 916; H _sub, – это энергия, необходимая для преобразования одного моля вещества из твердого в газообразное состояние. Например, сублимация углекислого газа представлена следующим образом:

Аналогичным образом, изменение энтальпии для обратного процесса осаждения равно по величине, но противоположному по знаку значению для сублимации. Поскольку осаждение включает образование межмолекулярных сил, это экзотермический фазовый переход.

Подумайте, в какой степени необходимо преодолеть межмолекулярное притяжение для достижения заданного фазового перехода. Превращение твердого тела в жидкость требует лишь частичного преодоления этих притяжений; переход в газообразное состояние требует их полного преодоления. В результате энтальпия плавления вещества меньше, чем его энтальпия испарения. Эту же логику можно использовать для получения приблизительного соотношения между энтальпиями всех фазовых переходов для данного вещества. Хотя это не совсем точное описание, сублимацию можно удобно смоделировать как последовательный двухэтапный процесс плавления с последующим испарением, чтобы применить закон Гесса. С этой точки зрения энтальпия сублимации вещества может быть оценена как сумма его энтальпий плавления и испарения.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., Раздел 10.3: Фазовые переходы .

Tags

Phase Transitions Sublimation Deposition Ice Melting Dry Ice Gas Phase Solid To Gas Transition Intermolecular Forces Dispersion Forces Sublimation Point Molar Heat Of Sublimation Molar Enthalpy Of Sublimation Endothermic Process Vapor To Solid Transition Exothermic Phase Change