Sublimación
La sublimación es la transición de una sustancia directamente del estado sólido al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido. La sublimación es un proceso endotérmico que ocurre a temperaturas y presiones por debajo del punto triple de una sustancia en su diagrama de fase, que corresponde a la presión más baja a la que la sustancia puede existir como líquido.
El proceso inverso de la sublimación es la deposición o desublimación, en la que una sustancia pasa directamente de un gas a una fase sólida.La sublimación también se ha utilizado como término genérico para describir una transición de sólido a gas (sublimación) seguida de una transición de gas a sólido ( deposición ).
Mientras que la vaporización de líquido a gas ocurre como evaporación de la superficie si ocurre por debajo del punto de ebullición del líquido, y como ebullición con formación de burbujas en el interior del líquido si ocurre en el punto de ebullición, no hay tal distinción para la transición de sólido a gas que siempre ocurre como sublimación de la superficie.
A presiones normales, la mayoría de los compuestos y elementos químicos poseen tres estados diferentes a diferentes temperaturas. En estos casos, la transición del estado sólido al gaseoso requiere un estado líquido intermedio. La presión a la que se hace referencia es la presión parcial de la sustancia, no la presión total (por ejemplo, la atmosférica) de todo el sistema.
Por lo tanto, todos los sólidos que poseen una presión de vapor apreciable a una cierta temperatura pueden sublimarse en el aire (por ejemplo, hielo de agua justo por debajo de 0 º C). Para algunas sustancias, como el carbono y el arsénico, la sublimación es mucho más fácil queevaporación de la masa fundida, debido a que la presión de su punto triple es muy alta, y es difícil obtenerlos en forma líquida.
El término sublimación se refiere a un cambio de estado físico y no se usa para describir la transformación de un sólido en un gas en una reacción química. Por ejemplo, la disociación al calentar el cloruro de amonio sólido en cloruro de hidrógeno y amoníaco no es una sublimación sino una reacción química.
De manera similar, la combustión de velas, que contienen cera de parafina, a dióxido de carbono y vapor de agua no es una sublimación, sino una reacción química con el oxígeno.
La sublimación es causada por la absorción de calor que proporciona suficiente energía para que algunas moléculas superen las fuerzas de atracción de sus vecinas y escapen a la fase de vapor. Dado que el proceso requiere energía adicional, es un cambio endotérmico. La entalpía de sublimación (también llamada calor de sublimación) se puede calcular sumando la entalpía de fusión y la entalpía de vaporización.
Ejemplos de
Dióxido de carbono
El dióxido de carbono sólido ( hielo seco ) se sublima en todas partes a lo largo de la línea debajo del punto triple (p. Ej., A la temperatura de -78.5 º C (194.65 K, -109.30 º F) a presión atmosférica, mientras que su fusión en CO 2 líquido solo puede ocurrir a lo largo de la línea a presiones y temperaturas por encima del punto triple (es decir, 5,2 atm, -56,4 º C).
Agua
La nieve y el hielo sublimes, aunque más lentamente, a temperaturas por debajo de la línea de temperatura del punto de congelación / fusión a 0 º C para presiones parciales por debajo de la presión de punto triple de 612 Pa (0,0006 atm). En la liofilización, el material a deshidratar se congela y su agua se deja sublimar bajo presión reducida o vacío.
La pérdida de nieve de un campo nevado durante una ola de frío a menudo se debe a que la luz solar actúa directamente sobre las capas superiores de la nieve. La ablación es un proceso que incluye la sublimación y el desgaste erosivo del hielo de los glaciares.
Naftalina
La naftaleno, un compuesto orgánico que se encuentra comúnmente en pesticidas como las bolas de naftalina, se sublima fácilmente porque está hecho de moléculas no polares que se mantienen unidas solo por las fuerzas intermoleculares de van der Waals. La naftaleno es un sólido que se sublima a la temperatura atmosférica estándar con un punto de sublimación de alrededor de 80 º C o 176 º F.
A baja temperatura, su presión de vapor es lo suficientemente alta, 1 mmHg a 53 º C, para hacer que la forma sólida de naftaleno se evapore en gas. En superficies frías, los vapores de naftaleno se solidificarán para formar cristales en forma de aguja.
Otras sustancias
El yodo produce humos al calentarlo suavemente, aunque este está por encima del punto triple y, por lo tanto, no es una verdadera sublimación. Es posible obtener yodo líquido a presión atmosférica controlando la temperatura justo por encima del punto de fusión del yodo. En la ciencia forense, el vapor de yodo puede revelar huellas dactilares latentes en el papel.
El arsénico también puede sublime a altas temperaturas.
El cadmio y el zinc no son materiales adecuados para su uso en vacío porque subliman mucho más que otros materiales comunes.
Purificación por sublimación
La sublimación es una técnica utilizada por los químicos para purificar compuestos. Normalmente, un sólido se coloca en un aparato de sublimación y se calienta al vacío. Bajo esta presión reducida, el sólido se volatiliza y se condensa como un compuesto purificado en una superficie enfriada ( dedo frío ), dejando un residuo no volátil de impurezas.
Una vez que cesa el calentamiento y se elimina el vacío, el compuesto purificado puede recogerse de la superficie de enfriamiento. Para eficiencias de purificación aún mayores, un gradiente de temperaturaSe aplica, lo que también permite la separación de diferentes fracciones. Las configuraciones típicas utilizan un tubo de vidrio al vacío que se calienta gradualmente de manera controlada.
El flujo de material es desde el extremo caliente, donde se coloca el material inicial, hasta el extremo frío que está conectado a un soporte de bomba. Al controlar las temperaturas a lo largo del tubo, el operador puede controlar las zonas de condensación, con compuestos muy volátiles que se bombean fuera del sistema por completo (o atrapados por una trampa fría separada ), compuestos moderadamente volátiles que se vuelven a condensar a lo largo del sistema.
Tubo según sus diferentes volatilidades, y los compuestos no volátiles que quedan en el hot end. La sublimación al vacío de este tipo también es el método de elección para la purificación de compuestos orgánicos para su uso en laindustria de la electrónica orgánica, donde se necesitan purezas muy altas (a menudo> 99,99%) para satisfacer los estándares de la electrónica de consumo y otras aplicaciones.
Uso histórico
En la alquimia antigua, una protociencia que contribuyó al desarrollo de la química y la medicina modernas, los alquimistas desarrollaron una estructura de técnicas básicas de laboratorio, teoría, terminología y métodos experimentales. La sublimación se usó para referirse al proceso en el que una sustancia se calienta a vapor, luego se acumula inmediatamente como sedimento en la parte superior y el cuello del medio de calentamiento (generalmente una retorta o alambique ), pero también se puede usar para describir otros similares.
Transiciones no relacionadas con el laboratorio. Fue mencionado por autores alquímicos como Basil Valentine y George Ripley, y en el Rosarium philosophorum, como un proceso necesario para la realización de la obra magna. Aquí, la palabra sublimación se utilizó para describir un intercambio de «cuerpos» y «espíritus» similar a la transición de fase de laboratorio entre sólidos y gases.
Valentine, en su Le char triomphal de l’antimoine (Triumphal Chariot of Antimony, publicado en 1646) hizo una comparación con las espagíricas en las que se puede usar una sublimación vegetal para separar los espíritus del vino y la cerveza. Ripley utilizó un lenguaje más indicativo de las implicaciones místicas de la sublimación, indicando que el proceso tiene un doble aspecto en la espiritualización del cuerpo y la corporalización del espíritu.
Escribe:
Y las sublimaciones las hacemos por tres causas.
La primera causa es hacer que el cuerpo sea espiritual.
La segunda es que el espíritu puede ser corpóreo,
Fijarse en él y ser consustancial.
La tercera causa es la de su sucio original.
Puede limpiarse, y su salinidad sulfurosa
Puede disminuir en él, lo cual es infeccioso.
Predicciones de sublimación
La entalpía de la sublimación se ha predicho comúnmente utilizando el teorema de equipartición. Si se supone que la energía de la red es aproximadamente la mitad de la energía de empaquetamiento,, entonces se pueden aplicar las siguientes correcciones termodinámicas para predecir la entalpía de sublimación.
Suponiendo un gas ideal 1 molar se obtiene una corrección para el entorno termodinámico (presión y volumen) en el que pV = RT, por lo tanto, una corrección de 1RT. Luego, es necesario aplicar correcciones adicionales para las vibraciones, rotaciones y traslación. Del teorema de equiparticiónla rotación y la traslación gaseosa contribuyen con 1,5RT cada una al estado final, por lo tanto, una corrección de 3RT.
Las vibraciones y rotaciones cristalinas contribuyen con 3RT cada una al estado inicial, por lo tanto, −6RT. Sumando las correcciones de RT; −6RT 3RT RT = −2RT. Esto conduce a la siguiente entalpía de sublimación aproximada. Se puede encontrar una aproximación similar para el término de entropía si se suponen cuerpos rígidos.
Displaystyle \ Delta H _ {\ text {sublimación}} = – U _ {\ text {energía de celosía}} – 2RT}{\ Displaystyle \ Delta H _ {\ text {sublimación}} = – U _ {\ text {energía de celosía}} – 2RT}
Impresión por sublimación de tinta
La subimpresión es una tecnología de impresión digital que utiliza ilustraciones a todo color que funcionan con sustratos de poliéster y recubiertos de polímero. También conocido como sublimación digital, el proceso se usa comúnmente para decorar ropa, letreros y pancartas, así como artículos novedosos como fundas para teléfonos celulares, placas, tazas de café y otros artículos con superficies aptas para la sublimación.
El proceso utiliza la ciencia de la sublimación, en la que se aplica calor y presión a un sólido, convirtiéndolo en gas mediante una reacción endotérmica sin pasar por la fase líquida.
En la impresión por sublimación, los tintes de sublimación únicos se transfieren a hojas de papel de «transferencia» a través de tinta de gel líquida a través de un cabezal de impresión piezoeléctrico. La tinta se deposita en estos papeles de inyección de tinta de alta liberación, que se utilizan para el siguiente paso del proceso de impresión por sublimación.
Después de que el diseño digital se imprime en hojas de transferencia por sublimación, se coloca en una prensa de calor junto con el sustrato que se sublima.
Para transferir la imagen del papel al sustrato, se requiere un proceso de prensado en caliente que es una combinación de tiempo, temperatura y presión. La prensa de calor aplica esta combinación especial, que puede cambiar según el sustrato, para «transferir» los tintes de sublimación a nivel molecular al sustrato.
Los tintes más comunes utilizados para la sublimación se activan a 350 grados Fahrenheit. Sin embargo, normalmente se recomienda un rango de 380 a 420 grados Fahrenheit para obtener un color óptimo.
El resultado final del proceso de sublimación es una impresión casi permanente, de alta resolución y a todo color. Debido a que los tintes se infunden en el sustrato a nivel molecular, en lugar de aplicarse a nivel tópico (como con la serigrafía y la impresión directa a la prenda), las impresiones no se agrietarán, desvanecerán ni pelarán del sustrato en condiciones normales.
Mesa
Referencias
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Fuentes
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Autor
![Lic. Miguel Valenzuela](https://i0.wp.com/psicologosenlinea.net/wp-content/uploads/cesar_o.jpg?resize=150%2C150&ssl=1)