Danes bomo govorili o enem od termodinamičnih procesov, ki se običajno pojavljajo v naravi. Gre za povratna sublimacija. Pojavi se, ko pride do eksotermne spremembe stanja iz plina v trdno snov, ne da bi ga tekoča faza najprej pretvorila. Ima tudi druga imena, kot sta regresivna sublimacija ali usedanje.
V tem članku vam bomo povedali vse značilnosti, kako se to zgodi in kako pomembna je povratna sublimacija.
Glavne značilnosti
Gre za eksotermni proces, saj morajo plinasti delci izgubiti energijo v obliki toplote in jo oddati okolju. Na ta način se doseže, da ima produkt te reakcije manj energije kot reaktanti. Tako, da se ohladi dovolj, da ki lahko tvorijo kristale, se strdijo ali zmrznejo na površini. Ta postopek reverzne sublimacije lahko opazimo tam, kjer je dovolj ledena površina, da se nanjo lahko neposredno nalagajo kristali.
Ko govorimo o usedanju, ne mislimo na dejstvo, da se delci nalagajo iz plinske faze, ne da bi dejansko zmočili površino. Običajno najdemo pojave inverzne sublimacije na ledenih predmetih, kot je zmrzal, ki se pozimi odloži na listih. To usedanje lahko zaznamo, saj ga tvori tanka plast kristalov, čeprav je lahko tudi navidezen prah ali glina.
Zahvaljujoč nadzoru tega procesa Nove večplastne materiale je mogoče dobiti, kadar je vsaka plast sestavljena iz določene trdne snovi, ki se nalaga tako s fizikalnimi kot s kemičnimi postopki.
Vloga reverzne sublimacije
Kot že ime pove, gre za sublimacijo sestavljenega procesa. Ne začne se pri izhlapevanju trdne snovi, temveč iz plina, ki se strdi ali zmrzne. Lahko je presenetljivo, če mislimo, da je plin mogoče ohladiti do te mere, da mu niti ni treba skozi njega, je bil sploh tekoč.
Poglejmo, kakšno vlogo ima površina pri obratni sublimaciji. Ko je plin močno neurejen in razpršen, začne preurejati svoje podrobnosti in se ob zniževanju temperature uveljaviti kot trdna snov. To preureditev je termodinamično težko izvesti. In to je, da potrebuje vrsto nosilca, ki je sposoben sprejeti delce plina, da se lahko koncentrirajo. Ko so delci zgoščeni, lahko med seboj sodelujejo pri izmenjavi toplote s hladnejšo površino.
Tako izgubljajo energijo zaradi površine, ki deluje kot izmenjevalnik toplote. Ko delci izmenjujejo toploto s hladnejšo površino, se upočasnijo in nastanejo prva kristalna jedra. Ta jedra služijo tako, da se lahko odlagajo druge skupine delcev in preostali okoliški plin. Zahvaljujoč tej strukturi se lahko začne tvoriti obratna sublimacija. Končni rezultat tega postopka je, da na površini nastane trdna kristalna plast.
Pogoji za povratno sublimacijo
Za ta postopek mora najprej obstajati več pogojev. Prvi je, da mora imeti površina stika z delci temperaturo pod lediščem. To pomeni da plin je treba prehladiti tako, da se lahko takoj, ko se dotakne površine, moti vsa njegova stabilnost.
Če pa je površina dovolj hladna, se lahko visoka temperatura plina prenese hitreje, da se vsi delci prilagodijo strukturi na površini. Obstajajo različne metode reverzne sublimacije, pri katerih kontaktna površina ni nujno hladna, da bi prišlo do reakcije. V tehnološki industriji se s tem postopkom opravi veliko dela in se imenuje nanašanje kemičnih hlapov z zgorevanjem.
Primeri
Bomo videli, kateri so glavni primeri te vrste postopka. Ko pivo vzamemo iz hladilnika, je kozarec obložen z belo. In to je, da steklenica ponuja dovolj površine, da molekule vodne pare trčijo in hitro izgubijo vso energijo. Če je kozarec, ki pokriva pivo, črn, bo bela barva veliko bolj opazna. Z nohtom lahko trgamo, da vidimo, da je para postala trdna.
Včasih je ta postopek tak tako, da se pivo pokrije z belo zmrzaljo. Učinek traja kratek čas, saj se sčasoma kondenzira in postane vlažen v roki.
Drug primer je zmrzal. Kot se zgodi na stenah pivske steklenice, ima ta postopek tudi zmrzal, ki se v nekaterih hladilnikih nalaga na notranje stene. Te plasti ledenih kristalov lahko opazimo tudi pri tunih plavuti na tleh. To je zmrzal, ki ne pade z neba kot sneg. Zrak je preprosto tako hladen, da ob trku na površino rastlin neposredno zmrzne. Iz plinastega stanja preidejo v trdno stanje.
Fizikalno in kemijsko nanašanje
Do zdaj smo govorili samo o vodi. Lahko pa se pojavi tudi pri drugih snoveh ali spojinah. Predpostavimo, da imamo komoro, v kateri so plinasti delci zlata. Tu lahko predstavimo leden in odporen predmet in na njem se bodo nalagale plasti zlata. Enako bi se zgodilo z drugimi kovinami ali spojinami, če ni treba povečati tlaka, da bi lahko ustvarili vakuum.
Po drugi strani pa imamo kemično usedanje. Če med plinom in površino pride do kemične reakcije, gre za kemično nanašanje. To se običajno uporablja za polimerne premaze v industriji. Zahvaljujoč kemičnemu nanašanju se obdelajo površine, kot so diamant, volfram, nitridi, karbidi, silicij, grafen itd.
Kot lahko vidite, je reverzna sublimacija naravni proces, ki ga imajo ljudje za različne namene v industriji. Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o povratni sublimaciji in kako se to zgodi.