Idag ska vi prata om en av de termodynamiska processerna som vanligtvis förekommer i naturen. Det handlar om omvänd sublimering. Det inträffar när en förändring av exotermt tillstånd inträffar från en gas till ett fast ämne utan att först omvandlas av dess flytande fas. Den har andra namn som regressiv sublimering eller deponering.
I den här artikeln kommer vi att berätta alla egenskaper, hur det händer och hur viktigt omvänd sublimering är.
Huvudegenskaper
Det är en exoterm process eftersom de gasformiga partiklarna måste förlora energi i form av värme och ge den till miljön. På detta sätt uppnås att produkten från denna reaktion har mindre energi än reaktanternas. På ett sådant sätt att det svalnar tillräckligt för att som kan bilda kristaller, stelna eller frysa på en yta. Denna omvända sublimeringsprocess kan ses där det finns en tillräckligt isig yta så att kristaller kan avsättas direkt på den.
När vi talar om avsättning hänvisar vi inte till det faktum att partiklarna avsätts från gasfasen utan att faktiskt fukta ytan. Normalt hittar vi fenomen med omvänd sublimering på isiga föremål, såsom frosten som avsätts på bladen under vintern. Vi kan upptäcka denna avsättning eftersom den bildas av ett tunt lager kristaller, även om det också kan vara ett uppenbart damm eller lera.
Tack vare kontrollen av denna process Nya flerskiktsmaterial kan erhållas där varje skikt består av ett specifikt fast ämne som deponeras av både fysiska och kemiska processer.
Rollen av omvänd sublimering
Det är, som namnet antyder, en sammansatt processublimering. Det börjar inte från att en fast substans avdunstar, utan från en gas som stelnar eller fryser. Det kan bli ganska överraskande att tro att en gas kan kylas i en sådan utsträckning att den inte ens behöver passera genom att den har varit flytande i första hand.
Låt oss se vilken roll ytan har i omvänd sublimering. När en gas är mycket störd och diffus, börjar den omorganisera sina uppgifter och etablera sig som ett fast ämne när temperaturen sjunker. Denna omläggning är termodynamiskt svår att genomföra. Och det är att det behöver en typ av stöd som kan ta emot gaspartiklarna så att de kan koncentreras. När partiklarna har koncentrerats kan de interagera med varandra för att utbyta värme med den kallare ytan.
Det är så de tappar energi tack vare att ytan fungerar som värmeväxlare. När partiklarna utbyter värme med den kallare ytan saktar de ner och de första kristallkärnorna bildas. Dessa kärnor tjänar så att andra grupper av partiklar och resten av den omgivande gasen kan deponeras. Tack vare denna struktur kan omvänd sublimering börja bildas. Slutresultatet av denna process är att ett fast kristallskikt bildas på ytan.
Villkor för omvänd sublimering att inträffa
För att denna process ska kunna ske måste det först och främst finnas flera villkor. Den första är att kontaktytan med partiklarna måste ha en temperatur under dess fryspunkt. Detta innebär att gasen måste underkyldas på ett sådant sätt att dess stabilitet kan störas så snart den rör ytan.
Å andra sidan, om ytan är tillräckligt sval, kan gasens höga temperatur överföras snabbare så att alla partiklar anpassar sig till strukturen på ytan. Det finns olika omvända sublimeringsmetoder där kontaktytan inte ens behöver vara kall för att en reaktion ska äga rum. Inom teknikindustrin görs mycket arbete med denna process och det kallas kemisk ångavsättning genom förbränning.
Exempel
Vi ska se vilka som är de viktigaste exemplen på denna typ av process. När vi tar en öl ur kylskåpet, är glaset belagt i vitt. Och det är att flaskan erbjuder en tillräcklig yta för att vattenångmolekylerna kolliderar och snabbt tappar all energi. Om glaset som täcker ölet är svart kommer den vita färgen att vara mycket mer märkbar. Vi kan riva med en nagel för att se att ångan har blivit fast.
Ibland är den här processen så att ölet täcks av en vit frost. Effekten varar en kort stund eftersom det efter några minuter kondenserar och blir fuktigt i handen.
Ett annat exempel är frost. Som förekommer på ölflaskans väggar, har frosten som avsätts på de inre väggarna i vissa kylskåp också denna process. Dessa lager av iskristaller kan också ses i fin tonfisk på marknivå. Det är en frysning som inte faller från himlen som snö gör. Luften är helt enkelt så kall att när den träffar växternas yta fryser den direkt. De går från ett gasformigt tillstånd till ett fast tillstånd.
Fysisk och kemisk avsättning
Hittills har vi bara pratat om vatten. Det kan dock också förekomma med andra ämnen eller föreningar. Låt oss anta att vi har en kammare där det finns gasformiga guldpartiklar. Här kan vi införa ett kallt och beständigt föremål och på detta objekt kommer lager av guld att deponeras. Detsamma skulle hända med andra metaller eller föreningar så länge en ökning av trycket inte krävs för att skapa ett vakuum.
Å andra sidan har vi kemisk avsättning. Om det sker en kemisk reaktion mellan gasen och ytan är det en kemisk avsättning. Detta används ofta för polymerbeläggning inom industrin. Tack vare kemisk avsättning behandlas ytor som diamant, volfram, nitrider, karbider, kisel, grafen etc.
Som du kan se är omvänd sublimering en naturlig process som människor drar nytta av för olika användningsområden inom industrin. Jag hoppas att du med den här informationen kan lära dig mer om omvänd sublimering och hur det händer.