فرآیند تصعید ماده

تصعید (Sublimation) عبارت است از انتقال ماده به طور مستقیم از حالت جامد به حالت گاز بدون عبور از حالت مایع.

تصعید فرآیندی گرماگیر است که در دما و فشارهای زیر نقطه سه گانه ماده در نمودار فاز اتفاق می افتد که مربوط به کمترین فشاری است که ماده می تواند به عنوان مایع در آن وجود داشته باشد.

فرآیند معکوس تصعید، چگالش است که در آن ماده مستقیماً از حالت گاز به یک فاز جامد منتقل می شود. در فشارهای طبیعی، بیشتر ترکیبات و عناصر شیمیایی دارای سه حالت مختلف در دماهای مختلف هستند. در این موارد، انتقال از حالت جامد به حالت گازی نیاز به حالت مایع میانی دارد.

کلیه جامداتی که دارای فشار بخار قابل ملاحظه ای در یک درجه حرارت خاص هستند، معمولاً می توانند در معرض هوا تصعید شوند. برای برخی از مواد مانند کربن و آرسنیک، تصعید بسیار آسان تر از تبخیر از حالت مذاب است زیرا فشار نقطه سه گانه آنها بسیار زیاد است و به دست آوردن آنها به صورت مایع دشوار است.

تعریف ساده فرآیند تصعید:
اصطلاح تصعید به تغییر فیزیکی حالت ماده اشاره دارد و برای توصیف تبدیل ماده جامد به گاز در یک واکنش شیمیایی استفاده نمی شود.

به عنوان مثال، تفکیک کلرید آمونیوم جامد به کلرید هیدروژن و آمونیاک در اثر حرارت دادن تصعید نیست بلکه یک واکنش شیمیایی است. به طور مشابه احتراق شمع حاوی موم پارافین و تبدیل آن به دی اکسید کربن و بخار آب تصعید نیست بلکه یک واکنش شیمیایی در حضور اکسیژن است.

تصعید ناشی از جذب گرما است که انرژی کافی را برای برخی از مولکول ها فراهم می کند تا بر نیروهای مجاور خود غلبه کنند و به فاز بخار فرار کنند. از آنجا که این فرآیند به انرژی اضافی نیاز دارد، یک تغییر گرماگیر است. آنتالپی تصعید (که به آن گرمای تصعید نیز گفته می شود) را می توان با افزودن آنتالپی ذوب و آنتالپی تبخیر محاسبه کرد.

نقطه سه گانه ماده چیست؟
نقطه سه گانه به عنوان دما و فشاری تعریف می شود که در آن سه فاز اصلی ماده (جامد، مایع و گاز) با یکدیگر در تعادل ترمودینامیکی هستند. تعادل ترمودینامیکی به عنوان حالتی در نظر گرفته و تعریف می شود که سیستم در حال تعادل گرمایی، تعادل شیمیایی و تعادل مکانیکی باشد.

در فشار های عادی بیشتر ترکیبات و عناصر شیمیایی حالت های مختلفی در دماهای مختلف دارند. یکی از ساده ترین مثال ها در این رابطه آب است که در فشار سطح دریا، بسته به دما می تواند در 3 فار جامد (یخ)، مایع و گاز وجود داشته باشد. در این مورد تصعید به شکل مستقیم امکان پذیر نیست و برای این تبدیل ماده جامد ابتدا به فاز میانی مایع وارد شده و از فاز مایع تبخیر شود. در اینجا فشار جزئی مورد نظر است و نه فشار کل سیستم.

مثال هایی از فرآیند تصعید:
اب:
تصعید برف و یخ هرچند با سرعت کمتر ولی در دمای زیر نقطه انجماد / ذوب در 0 درجه سانتی گراد برای فشارهای جزئی زیر فشار نقطه سه گانه Pa 612 رخ می دهد. در فریز خشک، ماده ای که باید دهیدراته شود، منجمد می شود و اجازه می دهد آب آن تحت فشار یا خلا کاهش یابد. از بین رفتن برف از یک میدان برفی در هوای سرد اغلب ناشی از تابش مستقیم آفتاب به لایه های بالای برف است.

دی اکسید کربن:
دی اکسید کربن جامد (یخ خشک) در کل نمودار زیر نقطه سه گانه قرار دارد. در دما و فشار بالای نقطه سه گانه (به عنوان مثال، 5.2 اتمسفر، -56.4 درجه سانتیگراد) این ماده وارد فاز مایع می شود.

نفتالین:
نفتالین، یک ترکیب آلی است که معمولاً در سموم دفع آفات مانند یافت می شود و به راحتی تصعید می شود زیرا از مولکول های غیر قطبی ساخته شده است که فقط توسط نیروهای بین مولکولی واندروالس کنار هم نگه داشته می شوند. نفتالین ماده جامدی است که در دمای استاندارد اتمسفر با نقطه تصعید در حدود 80 درجه سانتی گراد یا 176 درجه فارنهایت بخار می شود.

در دمای پایین فشار بخار این ماده به اندازه کافی زیاد است حدود 1 میلی متر جیوه در 53 درجه سانتی گراد، تا فرم جامد نفتالین را به گاز تبدیل کند. در سطوح خنک، بخارات نفتالین دچار چگالش می شوند و کریستال های سوزن مانند ایجاد می کنند.

تصفیه با فرآیند تصعید:
تصعید روشی است که توسط شیمی دانان برای تصفیه ترکیبات استفاده می شود. بدین ترتیب که یک ماده جامد در دستگاه تصعید قرار می گیرد و در خلا گرم می شود. تحت این فشار کاهش یافته، ماده جامد به عنوان یک ترکیب خالص بر روی سطح خنک شده (انگشت سرد) فرار می شود و متراکم می شود و پس مانده های ناپایدار (ناخالصی) را از خود به جا می گذارد. هنگامی که گرمایش متوقف شد و خلا برطرف شد می توان ترکیب تصفیه شده از سطح خنک کننده جمع کرد.

برای بازدهی بالاتر تصفیه از طریق تصعید از یک شیب دما استفاده می شود که به شما امکان جداسازی کسرهای مختلف را نیز می دهد. در تنظیمات معمول از یک لوله شیشه ای تخلیه شده استفاده می شود که به تدریج به صورت کنترل شده گرم می شود. جریان مواد از انتهای گرم، جایی که مواد اولیه قرار می گیرد، به انتهای سرد است که به پایه پمپ متصل می شود.

با کنترل دما در طول لوله، اپراتور می تواند مناطق چگالش مجدد را کنترل کند. تصعید خلا یک روش انتخابی برای تصفیه ترکیبات آلی برای استفاده در صنعت الکترونیک آلی است، جایی که به خلوص بسیار بالا (غالبا> 99.99٪) برای برآورده سازی استانداردهای الکترونیک مصرفی و سایر کاربردها نیاز است.

کاربرد تصعید:
تصعید یک فرآیند شیمیایی است که رنگ ها را در سطوح پلیمری قرار می دهد. اگرچه ممکن است این محدود کننده به نظر برسد، اما روشهای زیادی وجود دارد که تولید کنندگان بستر برای قرار دادن پلیمرها بر روی سطح محصولات خود ارائه می دهند.

چوب، سرامیک، شیشه و فلز فقط چند نمونه از موادی هستند که با افزودن یک پوشش پلیمری می توان آنها را قابل تصحیح کرد. این امر باعث شده تا بازار این محصولات در طی چند سال گذشته به سرعت رشد کنند.

ترکیب گرما و فشار، مولکول های پلیمر را باز کرده و مواد جامد رنگ را قادر می سازد تا به گاز تبدیل شوند. گازهای رنگی به درون پلیمرهای باز حرکت می کنند که پس از سرد شدن دوباره بسته می شوند. گازها نیز به رنگ های جامد تبدیل شده و در سطح خنک شده قرار می گیرند.

با استفاده از این فرآیند، شما در اصل در حال رنگ آمیزی سطح بستر پارچه، الیاف پارچه هستید. با این روش یک کار چاپی با کیفیت بالا را تضمین می کنید که محو، خراشیده و پاک نمی شود.