Ma az egyik termodinamikai folyamatról fogunk beszélni, amely általában a természetben fordul elő. Ez a fordított szublimáció. Akkor fordul elő, amikor az exoterm állapot változása gázról szilárdra történik anélkül, hogy azt először folyékony fázisa átalakítaná. Más nevei vannak, például regresszív szublimáció vagy lerakódás.
Ebben a cikkben elmondjuk az összes jellemzőt, hogyan történik és mennyire fontos a fordított szublimáció.
Főbb jellemzők
Ez exoterm folyamat, mivel a gáz halmazállapotú részecskéknek hő formájában el kell veszíteniük az energiát, és a környezetbe kell juttatniuk. Ily módon elérhetjük, hogy ennek a reakciónak a terméke kevesebb energiával rendelkezzen, mint a reagenseké. Olyan módon, hogy kellően lehűljön amelyek kristályokat képezhetnek, megszilárdulhatnak vagy megfagyhatnak a felszínen. Ez a fordított szublimációs folyamat ott látható, ahol van egy elég jeges felület, így közvetlenül kristályok rakódhatnak le rajta.
Amikor lerakódásról beszélünk, nem arra a tényre hivatkozunk, hogy a részecskék a gázfázisból lerakódnak anélkül, hogy a felületet ténylegesen megnedvesítenék. Általában az inverz szublimáció jelenségeit találjuk meg a jeges tárgyakon, például a fagyot, amely télen a leveleken rakódik le. Kimutathatjuk ezt a lerakódást, mivel vékony kristályréteg alkotja, bár látszólagos por vagy agyag is lehet.
Ennek a folyamatnak az irányításának köszönhetően Új többrétegű anyagokat lehet beszerezni, ahol minden réteg egy speciális szilárd anyagból áll, amelyet fizikai és kémiai folyamatok egyaránt leraknak.
A fordított szublimáció szerepe
Ahogy a neve is mutatja, ez egy összetett folyamat szublimáció. Nem szilárd elpárologtatásból indul ki, hanem megszilárduló vagy megfagyó gázból. Elég meglepő lehet azt gondolni, hogy egy gáz olyan mértékben lehűthető, hogy nem is kell áthaladnia rajta, elsősorban folyékony volt.
Lássuk, mi a felszín szerepe a fordított szublimációban. Ha egy gáz erősen rendezetlen és diffúz, akkor a hőmérséklet csökkenésével elkezd rendezni sajátosságait, és szilárd anyaggá válik. Ezt az átrendezést termodinamikailag nehéz végrehajtani. És az, hogy olyan típusú támaszra van szüksége, amely képes befogadni a gázrészecskéket, hogy azok koncentrálódhassanak. Miután a részecskék koncentrálódtak, kölcsönhatásba léphetnek egymással, hogy hőt cseréljenek a hidegebb felülettel.
Így vesztik el energiájukat a hőcserélőként működő felületnek köszönhetően. Amint a részecskék hőt cserélnek a hidegebb felülettel, lelassulnak, és kialakulnak az első kristályos magok. Ezek az atommagok úgy szolgálnak, hogy a részecskék más csoportjai és a környező gáz többi része lerakódhat. Ennek a struktúrának köszönhetően megkezdődhet a fordított szublimáció kialakulása. Ennek a folyamatnak az a végeredménye, hogy szilárd kristályréteg képződik a felszínen.
A fordított szublimáció bekövetkezésének feltételei
Ennek a folyamatnak a megvalósulásához először is több feltételnek kell lennie. Az első az, hogy a részecskékkel érintkező felület hőmérsékletének a fagyáspontja alatt kell lennie. Ez azt jelenti a gázt úgy kell túlhűteni, hogy amint a felületet érinti, minden stabilitása megzavarható.
Másrészt, ha a felület elég hűvös, a gáz magas hőmérséklete gyorsabban átvihető, hogy az összes részecske alkalmazkodjon a felszínen lévő szerkezethez. Különböző fordított szublimációs módszerek léteznek, ahol az érintkezési felületnek nem is kell hidegnek lennie a reakció kialakulásához. A technológiai iparban nagyon sok munkát végeznek ezzel a folyamattal, és égés útján kémiai gőzleválasztásnak nevezik.
Példák
Meg fogjuk nézni, hogy melyek az ilyen típusú folyamatok fő példái. Amikor kiveszünk egy sört a hűtőszekrényből, az üveg fehér színű. És az, hogy a palack elegendő felületet kínál ahhoz, hogy a vízgőzmolekulák ütközzenek és gyorsan elveszítsék az összes energiát. Ha a sört borító üveg fekete, akkor a fehér szín sokkal észrevehetőbb lesz. Körmével téphetjük, hogy a gőz szilárdvá váljon.
Néha ez a folyamat az olyan, hogy a sört fehér fagy borítja. A hatás rövid ideig tart, mivel percek múlva sűrűsödik és nedves lesz a kézben.
Egy másik példa a fagy. Amint a sörösüveg falain előfordul, a fagy, amely egyes hűtőszekrényekben a belső falakra rakódik le, szintén ezt a folyamatot végzi. Ezek a jégkristályrétegek a tonhalban talajszinten is láthatók. Olyan fagy, amely nem esik le az égről, mint a hó. A levegő egyszerűen annyira hideg, hogy amikor a növények felületére ér, közvetlenül megfagy. Gáznemű állapotból szilárd állapotba kerülnek.
Fizikai és kémiai ülepedés
Eddig csak a vízről beszéltünk. Előfordulhat azonban más anyagokkal vagy vegyületekkel is. Tegyük fel, hogy van egy kamránk, ahol gáznemű aranyrészecskék vannak. Itt jeges és ellenálló tárgyat vezethetünk be, és aranyrétegek rakódnak le erre a tárgyra. Ugyanez történne más fémekkel vagy vegyületekkel, mindaddig, amíg a vákuum létrehozásához nincs szükség a nyomás növelésére.
Másrészt van kémiai lerakódásunk. Ha kémiai reakció zajlik a gáz és a felület között, az kémiai lerakódás. Ezt általában az iparban használják a polimer bevonatokhoz. A kémiai lerakódásnak köszönhetően olyan felületeket kezelnek, mint a gyémánt, volfrám, nitridek, karbidok, szilícium, grafén stb.
Mint látható, a fordított szublimáció egy természetes folyamat, amelyből az emberek profitálnak az iparban különféle felhasználásokra. Remélem, hogy ezekkel az információkkal többet megtudhat a fordított szublimációról és arról, hogyan történik.