승화 흡열 변화는 액체의 사전을 형성하지 않고, 가스를 고체 상태로부터 발생되는 열역학적 과정이다. 이 과정의 대표적인 예는 드라이 아이스입니다. 태양에 노출되거나 액체에 담그면 고체에서 기체 상태로 직접 이동합니다.
정상적인 조건에서 고체의 거동은 가열되어 첫 번째 방울을 발생시키는 것입니다. 여기서 더 많은 고체 입자가 완전히 녹을 때까지 용해됩니다. 한편 승화에서 우리는 접촉하는 표면을 적시 지 않고 즉시 침전되거나 결정화되는 진행성 증기의 "거품"을 말합니다.
가상의 주황색 고체 승화의 예. 출처 : Gabriel Bolívar.
위의 단락에 설명 된 내용은 위의 이미지에 나와 있습니다. 온도를 높여 에너지를 증가시키기 시작하는 주황색 고체 혼합물 (왼쪽)을 가정 해 보겠습니다. 빨간색 구성 요소는 승화하여 나중에 수용 용기의 바닥에 가라 앉으 며 그 내용물에 얼음 조각이있어 온도가 낮아집니다.
온도를 흡수하는이 용기 (오른쪽)의 차가운 표면 덕분에 빨간색 삼각형 또는 결정이 증착됩니다. 그리고 그것이 보이지 않더라도 열 흡수로 인해 얼음 조각의 크기가 줄어들어야합니다. 나머지 고체에는 공정 조건에서 승화 될 수없는 노란색 성분이 있습니다.
승화 개념
방법
승화가 발생하기 위해서는 열 흡수가 있어야하기 때문에 승화는 흡열 상태 변화라고 이미 알려져 있습니다. 고체가 열을 흡수하면 에너지가 증가하므로 입자도 더 높은 주파수에서 진동합니다.
이러한 진동이 매우 강해지면 분자간 상호 작용에 영향을 미치게됩니다 (공유 결합이 아님). 결과적으로 조만간 입자가 공간 영역을 통해 더 자유롭게 흐르고 이동할 수있을 때까지 입자가 서로 멀어 질 것입니다.
일부 고체에서는 진동이 너무 강해서 일부 입자가 물방울을 정의하는 움직이는 클러스터에서 뭉치지 않고 구조 밖으로 "발사"됩니다. 이 입자들은 첫 번째 "거품"을 빠져 나가 통합하여 승화 고체의 첫 번째 증기를 형성합니다.
우리는 녹는 점이 아니라 승화 점에 대해 이야기합니다. 둘 다 고체에 지배적 인 압력에 의존하지만 승화 점은 더 그렇습니다. 따라서 온도는 압력의 변화에 따라 현저하게 변합니다 (비등점과 마찬가지로).
고체 구조에서 기체 장애로
승화에서는 시스템의 엔트로피가 증가한다고도합니다. 입자의 에너지 상태는 고체 구조에서 고정 된 위치에 의해 제한되는 것에서 더 균일 한 기체 상태에서 변덕스럽고 혼란스러운 방향으로 균질화되어 마침내 평균 운동 에너지를 얻습니다.
위상 다이어그램 및 삼중점
승화 점은 압력에 따라 다릅니다. 그렇지 않으면 고체 입자가 열을 흡수하여 고체 외부 공간으로 튀어 나오지 않고 물방울을 형성하기 때문입니다. 그것은 승화되지 않을 것이지만, 가장 일반적인 것처럼 녹거나 녹을 것입니다.
외부 압력이 클수록 고체가 강제로 녹기 때문에 승화 가능성이 낮아집니다.
그러나 어떤 고체는 승화 할 수 있고 어떤 것은 그렇지 않습니까? 대답은 아래 표시된 것과 같은 P 대 T 위상 다이어그램에 있습니다.
가상 물질에 대한 위상 다이어그램. 출처 : Gabriel Bolívar.
먼저 삼중점을보고 고체 상태와 기체 상태를 분리하는 아래쪽 섹션을 살펴 봐야합니다. 고체 영역에서 승화가 일어나기 위해서는 압력 강하가 있어야합니다 (반드시 대기압 인 1 atm에서는 아님). 1 기압에서 가상의 물질은 K로 표시되는 온도 Ts로 승화됩니다.
삼중점 아래의 단면이나 곡선이 길고 수평 일수록 고체가 다른 온도에서 승화하는 능력이 커집니다. 그러나 1atm보다 훨씬 낮 으면 승화를 달성하기 위해 고진공이 필요하여 압력이 낮아집니다 (예 : 0.0001atm).
자귀
삼중점이 대기압보다 수천 배 낮 으면 고체는 초 진공 상태에서도 승화되지 않습니다 (열 작용에 의한 분해에 대한 민감성은 말할 것도 없습니다).
그렇지 않은 경우, 적당히 가열하고 고체를 진공 상태로 두어 입자가 너무 많은 열을 흡수 할 필요없이 입자가 더 쉽게 빠져 나가도록 승화를 수행합니다.
특히 증기압이 높은 고체를 다룰 때 승화는 매우 중요합니다. 즉, 내부의 압력, 상호 작용의 효율성을 반영합니다. 증기압이 높을수록 더 향기롭고 더 승화됩니다.
예
고체 정화
주황색 고체의 이미지와 승화 가능한 붉은 색 성분은 승화가 고체의 정제와 관련하여 나타내는 것의 예입니다. 빨간색 삼각형은 고순도가 보장 될 때까지 필요에 따라 다시 승화 될 수 있습니다.
이 기술은 주로 향기로운 고체에 사용됩니다. 예 : 장뇌, 카페인, 벤조 인, 멘톨.
승화 될 수있는 다른 고체 중에는 요오드, 얼음 (높은 고도에서), 테오브로민 (초콜릿에서 추출), 사카린, 모르핀 및 기타 약물, 질소 염기 및 안트라센이 있습니다.
결정 합성
빨간색 삼각형으로 돌아가서 승화는 기존의 결정화에 대한 대안을 제공합니다. 결정은 더 이상 용액에서 합성되지 않지만, 특정 형태를 선호하는 결정질 씨앗이 편리하게 존재할 수있는 차가운 표면에 가능한 가장 통제 된 증기 증착을 통해 합성됩니다.
빨간색 사각형이있는 경우 결정 성장이이 형상을 유지하고 삼각형이되어서는 안됩니다. 승화가 진행됨에 따라 빨간색 사각형이 점차 커집니다. 그러나 그것은 많은 변수가 관련된 운영상 및 분자 상 복잡한 복합체입니다.
승화를 통해 합성 된 결정의 예로는 탄화 규소 (SiC), 흑연, 비소, 셀레늄, 인, 질화 알루미늄 (AlN), 황화 카드뮴 (CdS), 셀렌 화 아연 (ZnSe), 요오드화 수은 (HgI 2 ), 그래 핀 등.
이것은 실제로 두 가지 얽힌 현상입니다 : 점진적 승화와 퇴적 (또는 역 승화); 증기는 고체에서 더 차가운 영역 또는 표면으로 이동하여 최종적으로 결정 형태로 침전됩니다.
관심 테마
승화의 예.
참고 문헌
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학 (8 판). CENGAGE 학습.
- Wikipedia. (2019). 승화 (상전이). 출처 : en.wikipedia.org
- 존스, 앤드류 짐머만. (2019 년 1 월 27 일). 승화. 출처 : thoughtco.com
- 쉴라 모리시. (2019). 화학에서 승화는 무엇입니까? -정의, 프로세스 및 예. 연구. 출처 : study.com
- 엘스 비어 BV (2019). 승화 방법. ScienceDirect. 출처 : sciencedirect.com