Hôm nay chúng ta sẽ nói về một trong những quá trình nhiệt động lực học thường xảy ra trong tự nhiên. Đó là về thăng hoa ngược. Nó xảy ra khi sự thay đổi trạng thái tỏa nhiệt xảy ra từ thể khí sang thể rắn mà không được chuyển đổi trước bởi pha lỏng của nó. Nó có những tên gọi khác như thăng hoa hồi quy hay lắng đọng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết về tất cả các đặc điểm, cách nó xảy ra và sự thăng hoa ngược quan trọng như thế nào.
Các tính năng chính
Đây là một quá trình tỏa nhiệt vì các hạt ở thể khí phải mất năng lượng dưới dạng nhiệt và trao nó cho môi trường. Bằng cách này, sản phẩm của phản ứng này có năng lượng nhỏ hơn năng lượng của các chất phản ứng. Theo cách mà nó đủ nguội để có thể tạo thành tinh thể, đông đặc hoặc đóng băng trên bề mặt. Quá trình thăng hoa ngược này có thể được nhìn thấy khi có một bề mặt đủ băng giá để các tinh thể có thể lắng đọng trực tiếp trên đó.
Khi chúng ta nói đến sự lắng đọng, chúng ta không đề cập đến thực tế là các hạt được lắng đọng từ pha khí mà không thực sự làm ướt bề mặt. Thông thường, chúng ta tìm thấy các hiện tượng thăng hoa nghịch đảo trên các vật thể băng giá như sương giá đọng trên lá trong mùa đông. Chúng ta có thể phát hiện sự lắng đọng này vì nó được hình thành bởi một lớp tinh thể mỏng, mặc dù nó cũng có thể là bụi hoặc đất sét rõ ràng.
Nhờ sự kiểm soát của quá trình này Vật liệu nhiều lớp mới có thể được lấy trong đó mỗi lớp bao gồm một chất rắn cụ thể được lắng đọng bởi cả quá trình vật lý và hóa học.
Vai trò của thăng hoa ngược
Như tên gọi của nó, nó là một quá trình thăng hoa. Nó không bắt đầu từ một chất rắn bay hơi, mà từ một chất khí đông đặc hoặc đóng băng. Có thể khá ngạc nhiên khi nghĩ rằng một chất khí có thể được làm lạnh đến mức mà nó thậm chí không cần đi qua nó đã là chất lỏng ngay từ đầu.
Hãy xem vai trò của bề mặt đối với sự thăng hoa ngược là gì. Khi một chất khí bị xáo trộn và khuếch tán nhiều, nó bắt đầu sắp xếp lại các đặc điểm của nó và trở thành chất rắn khi nhiệt độ giảm xuống. Sự sắp xếp lại này rất khó thực hiện về mặt nhiệt động lực học. Và đó là nó cần một loại giá đỡ có khả năng tiếp nhận các hạt khí để chúng tập trung lại. Một khi các hạt được tập trung, chúng có thể tương tác với nhau để trao đổi nhiệt với bề mặt lạnh hơn.
Đây là cách chúng mất năng lượng nhờ bề mặt hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt. Khi các hạt trao đổi nhiệt với bề mặt lạnh hơn, chúng chậm lại và hình thành các hạt nhân tinh thể đầu tiên. Những hạt nhân này phục vụ để các nhóm hạt khác và phần còn lại của khí xung quanh có thể được lắng đọng. Nhờ cấu trúc này, sự thăng hoa ngược có thể bắt đầu hình thành. Kết quả cuối cùng của quá trình này là một lớp tinh thể rắn hình thành trên bề mặt.
Điều kiện để xảy ra thăng hoa ngược
Để quá trình này diễn ra, trước hết, phải có một số điều kiện. Đầu tiên là bề mặt tiếp xúc với các hạt phải có nhiệt độ dưới điểm đóng băng của nó. Điều này có nghĩa rằng khí phải được làm siêu lạnh theo cách mà ngay khi nó chạm vào bề mặt, tính ổn định của nó có thể bị xáo trộn.
Mặt khác, nếu bề mặt đủ mát, nhiệt độ cao của khí có thể được truyền nhanh hơn để làm cho tất cả các hạt thích nghi với cấu trúc trên bề mặt. Có nhiều phương pháp thăng hoa ngược khác nhau mà bề mặt tiếp xúc thậm chí không cần phải lạnh để phản ứng xảy ra. Trong ngành công nghệ, rất nhiều công việc được thực hiện với quá trình này và nó được gọi là quá trình lắng đọng hơi hóa học do đốt cháy.
Các ví dụ
Chúng ta sẽ xem những ví dụ chính của loại quy trình này. Khi chúng tôi lấy một cốc bia ra khỏi tủ lạnh, ly được phủ một màu trắng. Và đó là chai cung cấp một bề mặt đủ để các phân tử hơi nước va chạm và mất hết năng lượng một cách nhanh chóng. Nếu tấm kính che bia có màu đen, màu trắng sẽ dễ nhận thấy hơn nhiều. Ta có thể dùng móng tay xé để thấy hơi nước đã trở nên rắn chắc.
Đôi khi quá trình này là sao cho bia bị phủ một lớp sương trắng. Hiệu ứng kéo dài trong một thời gian ngắn vì sau vài phút nó sẽ ngưng tụ và trở nên ẩm ướt trên tay.
Một ví dụ khác là sương giá. Như xảy ra trên thành chai bia, sương đọng trên thành trong của một số tủ lạnh cũng có quá trình này. Những lớp tinh thể băng này cũng có thể được nhìn thấy trong vây cá ngừ ở mặt đất. Đó là sự đóng băng không rơi từ trên trời xuống như tuyết. Không khí chỉ đơn giản là lạnh đến mức khi nó chạm vào bề mặt của cây, nó sẽ đóng băng trực tiếp. Chúng đi từ trạng thái khí sang trạng thái rắn.
Sự lắng đọng vật lý và hóa học
Cho đến nay chúng ta chỉ nói về nước. Tuy nhiên, nó cũng có thể xảy ra với các chất hoặc hợp chất khác. Giả sử rằng chúng ta có một buồng chứa các hạt vàng ở thể khí. Ở đây chúng ta có thể giới thiệu một vật thể băng giá và có khả năng chống chịu và các lớp vàng sẽ được tích tụ trên vật thể này. Điều tương tự cũng sẽ xảy ra với các kim loại hoặc hợp chất khác miễn là không cần tăng áp suất để tạo ra chân không.
Mặt khác, chúng ta có sự lắng đọng hóa học. Nếu có phản ứng hóa học giữa khí và bề mặt, đó là sự lắng đọng hóa học. Điều này thường được sử dụng cho lớp phủ polyme trong công nghiệp. Nhờ sự lắng đọng hóa học, các bề mặt như kim cương, vonfram, nitrit, cacbua, silicon, graphene, v.v. được xử lý.
Như bạn có thể thấy, thăng hoa ngược là một quá trình tự nhiên mà con người được hưởng lợi từ các mục đích sử dụng khác nhau trong công nghiệp. Tôi hy vọng rằng với thông tin này bạn có thể hiểu thêm về thăng hoa ngược và cách nó xảy ra.