11.11: Hal Değişmleri: Süblimleşme ve Kırağılaşma

Bazı katılar, süblimasyon olarak bilinen bir işlemle sıvı durumu atlayarak doğrudan gaz haline geçebilir. Oda sıcaklığında ve standart basınçta, bir parça kuru buz (katı CO₂) süblimleşir ve hiç sıvı oluşturmadan kademeli olarak kaybolur gibi görünür. Suyun erime noktasının altındaki sıcaklıklarda kar ve buz süblimleşir, rüzgarlar ve yüksek irtifalarda düşük atmosferik basınçlar tarafından hızlandırılabilen yavaş bir süreçtir. Katı iyot ısıtıldığında, katı süblimleşir ve canlı mor bir buhar oluşur. Süblimleşmenin tersine, gaz halindeki maddelerin sıvı halden geçerek doğrudan katı halde yoğunlaştığı bir süreç olan biriktirme denir. Don oluşumu, çökelmeye bir örnektir.

Buharlaşma gibi, süblimasyon süreci de moleküller arası çekimlerin üstesinden gelmek için bir enerji girdisine ihtiyaç duyar. Süblimasyon, bu nedenle, bir endotermik faz geçişidir. Süblimleşme entalpisi, ΔH_sub, bir mol maddenin katı halden gaz haline dönüştürülmesi için gereken enerjidir. Örneğin, karbondioksitin süblimleşmesi şu şekilde temsil edilir:

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.

Benzer şekilde, ters çökelme süreci için entalpi değişimi büyüklük olarak eşittir, ancak işaret olarak süblimasyon için olanın tam tersidir. Biriktirme, moleküller arası kuvvetlerin oluşumunu içerdiğinden, ekzotermik bir faz geçişidir.

Belirli bir faz geçişine ulaşmak için moleküller arası çekimlerin ne ölçüde üstesinden gelinmesi gerektiğini düşünün. Bir katıyı sıvıya dönüştürmek, bu çekimlerin yalnızca kısmen üstesinden gelinmesini gerektirir; gaz haline geçiş, bunların tamamen üstesinden gelinmesini gerektirir. Sonuç olarak, bir maddenin füzyon entalpisi, buharlaşma entalpisinden daha azdır. Bu aynı mantık, belirli bir madde için tüm faz değişikliklerinin entalpileri arasında yaklaşık bir ilişki türetmek için kullanılabilir. Tamamen doğru bir açıklama olmasa da süblimasyon, Hess Yasasını uygulamak için ardışık iki aşamalı eritme işlemi ve ardından buharlaştırma olarak uygun şekilde modellenebilir. Bu şekilde bakıldığında, bir maddenin süblimasyon entalpisi, füzyon ve buharlaşma entalpilerinin toplamı olarak tahmin edilebilir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 10.3: Phase Transitions.

Genelde normal buzun ortam koşulları altında eridiği, ancak kuru buzun erimediği gözlemlenir;bunun yerine kuru buz doğrudan gaz fazına geçer. Sıvı faza geçmeden katıdan gaza olan bu geçiş süblimleşme olarak bilinir. Genel olarak, süblimleşen bileşikler, katı halde zayıf moleküller arası kuvvetler sergiler.

Kuru buzda veya katı karbondioksitte, CO2 molekülleri arasında zayıf dağılım kuvvetleri vardır. Atmosferik basınçta kuru buz, 78, 5 Santigrat derecenin altında katı halde kalır. Bununla birlikte, 78, 5 Santigrat derecede, yüzey molekülleri çekici kuvvetlerin tamamen üstesinden gelmek ve doğrudan buhar fazına dönüşmek için yeterli termal enerji elde eder.

Bu, kuru buzun süblimleşme noktasıdır. Bir mol katının süblimleşmesi için gereken enerji miktarına molar süblimleşme ısısı veya süblimleşme molar entalpisi denir. Süblimleşme endotermik bir süreç olduğu için entalpi değeri her zaman pozitiftir.

Süblimleşmenin tersi, yani buhardan katıya geçiş, kırağılaşma olarak adlandırılır. Gaz molekülleri daha soğuk katı yüzeylerle çarpıştığında ısı kaybederler. Birden fazla çarpışma, önemli bir ısı kaybına neden olur ve moleküller nihayetinde çökelir.

Kırağılaşma enerji kaybı içerdiğinden, negatif entalpi değerine sahip bir ekzotermik faz değişimidir. Kırağılaşma entalpisi negatif olmasına rağmen, büyüklüğü süblimleşme entalpisi ile aynıdır. Süblimleşme açık bir sistemde meydana geldiğinde, süblimleşmiş moleküllerin çoğu havada dağılır ve geri gelmez.

Sonuç olarak, süblimleşme hızı, kırağılaşma hızından daha büyüktür. Ancak kapalı bir sistemde, katının süblimleşme noktasında bir katı-buhar dengesi kurulur. Gazın katısıyla dinamik dengede uyguladığı kısmi basınca buhar basıncı denir.

Süblimleşen katıların yüksek buhar basınçları vardır. Örneğin kuru buz, 20 santigrat derecede 56, 5 atmosfer kadar yüksek bir buhar basıncına sahiptir. Bununla birlikte, çoğu katı, kolayca erişilebilen sıcaklıklarda düşük buhar basıncına sahip olduğundan, süblimleşme yaygın değildir.