Седьмой класс → Материя и ее свойства → Изменения в состояниях вещества ↓
Сублимация и отложение
Материя может существовать в разных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Материя может изменяться от одного состояния материи к другому путем добавления или удаления энергии. Обычно эти изменения происходят последовательно, например, когда твердое вещество плавится, чтобы стать жидким, а затем испаряется, чтобы стать газом. Однако существуют интересные процессы, такие как сублимация и отложение, которые нарушают нормальную последовательность, пропуская одно состояние. Давайте рассмотрим эти увлекательные явления подробнее.
Понимание сублимации
Сублимация — это процесс, при котором твердое вещество непосредственно превращается в газ, не переходя сначала в жидкость. Это может происходить при определенных условиях температуры и давления. Общим примером сублимации является сухой лед. Сухой лед — это твердая форма углекислого газа (CO 2). При комнатной температуре сухой лед не плавится в жидкий углекислый газ, вместо этого он сублимируется прямо в газообразный углекислый газ:
Твердое: CO 2(s) → Газ: CO 2(g)
Другим примером сублимации является иод. Когда кристаллы иода нагреваются, они превращаются прямо в фиолетовый иодный пар, не становясь жидкостью, образуя привлекательные фиолетовые облака.
Где мы видим сублимацию?
Сублимация — это не только лабораторное любопытство. Она происходит естественным образом и имеет практические применения:
- В природе: Сублимация льда происходит в холодную погоду, когда лед может непосредственно переходить в водяной пар, не плавясь. Это часто можно увидеть в процессе исчезновения льда, даже если температура остается ниже нуля.
- В повседневной жизни: Нафталиновые шарики, которые обычно изготавливаются из нафталина, подвергаются сублимации. Они медленно переходят из твердого состояния прямо в химический пар, что помогает отпугивать моли.
- Технология и промышленность: Лиофилизация — это техника, использующая сублимацию для сохранения продуктов путем их замораживания, а затем снижения давления окружающей среды, позволяя замороженной воде в продуктах сублимироваться.
Открытие отложения
Отложение — это обратный процесс сублимации. При отложении газ непосредственно превращается в твердое вещество, не переходя сначала в жидкость. Типичным примером отложения является образование инея. Когда влажный воздух контактирует с холодной поверхностью, водяной пар превращается прямо в твердые кристаллы льда:
Газ: H 2 O (g) → Твердое: H 2 O (s)
Отложение в нашей среде
Отложение является распространенным явлением и важным процессом для различных экосистем и промышленности:
- Природные явления: Иней, который образуется на листьях и оконных стеклах холодными утрами, вызывается атмосферным водяным паром, который непосредственно осаждается в виде кристаллов льда.
- Искусственные процессы: В промышленности используется отложение в таких процессах, как химическое осаждение из пара, для создания тонких пленок и покрытий из материалов, таких как металлы, на печатных платах.
Сравнение сублимации и отложения
Сравним сублимацию и отложение и поймем, как эти процессы вписываются в более широкую схему фазовых изменений:
- Сублимация: Прямой переход от твердого к газообразному состоянию. Энергия поглощается из окружающей среды, давая частицам твердого вещества достаточную энергию для выхода в виде газа.
- Отложение: Прямой переход из газа в твердое вещество. Частицы газа теряют энергию, оседая в твердом состоянии, высвобождая энергию в окружающую среду.
Эти процессы связаны между собой и происходят в одной точке при условиях равновесия, например, в замкнутых системах, где парциальное давление газа соответствует его давлению сублимации.
Научные принципы сублимации и отложения
Чтобы понять, как работают сублимация и отложение, необходимо понять некоторые научные концепции:
- Фазовая диаграмма: Графическое представление, показывающее условия температуры и давления, при которых вещества существуют в разных состояниях. Она показывает области, где сублимация и отложение термодинамически благоприятны.
- Тройная точка: Уникальный набор условий, при которых все три фазы (твердое, жидкое, газообразное) сосуществуют в равновесии. Выше и ниже тройной точки вещества могут происходить сублимация и отложение.
Например, фазовая диаграмма углекислого газа показывает, что выше его тройной точки (температура −56.6°C и давление 5.2 атм) он может непосредственно переходить из твердого состояния в газообразное через сублимацию.
Эксперименты с сублимацией и отложением
И сублимацию, и осаждение можно обнаружить с помощью безопасных и простых экспериментов, которые демонстрируют эти явления:
Эксперимент по сублимации
- Поместите небольшой кусочек сухого льда в миску.
- Наблюдайте, как сухой лед непосредственно превращается в углекислый газ — который при определенном уровне влажности выглядит как туман.
Эксперименты по отложению
- Поместите холодный объект, такой как холодная металлическая поверхность, во влажную среду.
- Обратите внимание, как отложение вызывает образование льда на его поверхности.
Заключение
Процессы сублимации и отложения, хотя и реже наблюдаемые, чем плавление или кипение, важны для понимания фазовых переходов в материи. Они предоставляют прямые маршруты от твердого к газообразному и наоборот при определенных условиях, выявляя захватывающие аспекты химии и физики.
Комментарии