REVERSE SUBLIMATION: KONZEPT UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die umgekehrte Sublimation ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem ein Wechsel vom exothermen Gas zu einem Feststoff erfolgt, ohne zuvor flüssig zu werden. Es ist auch unter den Namen regressive Sublimation, Desublimation oder Ablagerung bekannt; Letzteres wird am häufigsten in schulischen und enzyklopädischen Texten verwendet.

Die umgekehrte Sublimation wird als exothermer Prozess bezeichnet, da gasförmige Partikel (Atome oder Moleküle) Energie verlieren müssen, indem sie Wärme an die Umgebung abgeben. so, dass sie ausreichend abkühlen, um Kristalle zu bilden, sich zu verfestigen oder auf einer Oberfläche einzufrieren.

Eine umgekehrte Sublimation ist überall dort vorhanden, wo eine ausreichend kalte Oberfläche vorhanden ist, auf der sich Kristalle direkt aus einer Gasphase ablagern können. Quelle: Pixabay.

Das Wort "Abscheidung" (und nicht "Abscheidung") bedeutet, dass das Partikel aus einer Gasphase abgeschieden wird, ohne die Empfangsfläche zu benetzen. Aus diesem Grund treten bei eisigen Objekten häufig inverse Sublimationsphänomene auf. wie mit dem Frost auf den Blättern oder Winterlandschaften abgelagert.

Eine solche Ablagerung wird häufig durch eine dünne Kristallschicht festgestellt; obwohl es auch aus einem scheinbaren Pulver oder Ton hergestellt werden kann. Durch Steuerung dieses Prozesses können neue mehrschichtige Materialien entworfen werden, bei denen jede Schicht aus einem bestimmten Feststoff besteht, der durch chemische oder physikalische Prozesse abgeschieden wird.

Reverse-Sublimationskonzept

Die umgekehrte Sublimation ist, wie der Name schon sagt, das entgegengesetzte Phänomen zur Sublimation: Sie geht nicht von einem Feststoff aus, der verdunstet, sondern von einem Gas, das sich verfestigt oder gefriert.

Wenn Sie molekular argumentieren, wird es erstaunlich aussehen, dass ein Gas bis zu einem Punkt abkühlen kann, an dem es überhaupt nicht kondensiert. das heißt, dass es in den flüssigen Zustand übergeht.

Die Rolle der Oberfläche

Ein stark ungeordnetes und diffuses Gas schafft es plötzlich, seine Partikel neu zu ordnen und sich als Feststoff zu etablieren (unabhängig von seinem Aussehen).

Dies ist an sich kinetisch und thermodynamisch schwierig, da es eine Unterstützung benötigt, die die Gaspartikel aufnimmt und sie so konzentriert, dass sie miteinander interagieren und dabei Energie verlieren. das heißt, während sie abkühlen. Hier nimmt die dem Gas ausgesetzte Oberfläche teil: Sie dient als Träger und Wärmetauscher.

Gaspartikel tauschen Wärme mit der kälteren oder eisigen Oberfläche aus, so dass sie langsamer werden und nach und nach die ersten kristallinen Kerne gebildet werden. Auf diesen Kernen, die kälter als das umgebende Gas sind, beginnen sich andere Partikel abzuscheiden, die in ihre Struktur eingebaut werden.

Das Endergebnis dieses Prozesses ist, dass sich eine Schicht aus Kristallen oder Feststoffen auf der Oberfläche bildet.

Bedingungen

Damit eine umgekehrte Sublimation stattfinden kann, muss normalerweise eine dieser beiden Bedingungen auftreten: Die mit dem Gas in Kontakt stehende Oberfläche muss eine Temperatur unterhalb ihres Gefrierpunkts haben; oder das Gas muss so unterkühlt werden, dass es sich ablagert, sobald es die Oberfläche berührt, wenn es seine Zielstabilität stört.

Andererseits kann eine Ablagerung auch auftreten, wenn das Gas heiß ist. Wenn die Oberfläche kühl genug ist, überträgt sich die hohe Temperatur des Gases plötzlich auf sie und bewirkt, dass sich seine Partikel an die Struktur der Oberfläche anpassen.

Tatsächlich gibt es Methoden, bei denen die Oberfläche nicht einmal kalt sein muss, da sie direkt an einer Reaktion mit den darauf kovalent (oder metallisch) abgelagerten gasförmigen Partikeln beteiligt ist.

In der Technologiebranche ist eine Methodik, die nach diesem Prinzip funktioniert, weit verbreitet und wird als chemische Gasphasenabscheidung durch Verbrennung bezeichnet.

Beispiele für die umgekehrte Sublimation

Bier als Braut verkleidet

Wenn ein Bier so kalt ist, dass das Glas seiner Flasche beim Herausnehmen aus dem Kühlschrank weiß bedeckt ist, heißt es, es sei als Braut verkleidet.

Die Bierflasche bietet die notwendige Oberfläche, damit die Wasserdampfmoleküle H ₂ O schnell kollidieren und Energie verlieren können. Wenn das Glas schwarz ist, werden Sie feststellen, wie es aus dem Nichts weiß wird, und Sie können es mit dem Fingernagel abreißen, um Nachrichten zu schreiben oder Bilder darauf zu zeichnen.

Manchmal ist die Ablagerung von Feuchtigkeit aus der Umgebung so, dass das Bier mit weißem Frost bedeckt erscheint; aber die Wirkung hält nicht lange an, denn im Laufe der Minuten verdichtet und befeuchtet sie die Hand derer, die sie halten und trinken.

Frost

Ähnlich wie an den Wänden eines Bieres lagert sich Frost an den Innenwänden einiger Kühlschränke ab. Ebenso werden diese Schichten von Eiskristallen in der Natur in Bodennähe beobachtet; es fällt im Gegensatz zu Schnee nicht vom Himmel.

Der unterkühlte Wasserdampf kollidiert mit der Oberfläche von Blättern, Bäumen, Gras usw. und gibt ihnen Wärme, um sich abzukühlen und sich darauf niederzulassen und sich in ihren charakteristischen und strahlenden Kristallmustern zu manifestieren.

Physikalische Ablagerung

Bisher war von Wasser die Rede; Aber was ist mit anderen Substanzen oder Verbindungen? Wenn sich beispielsweise gasförmige Goldpartikel in einer Kammer befinden und ein kalter und widerstandsfähiger Gegenstand eingeführt wird, wird eine Goldschicht darauf abgeschieden. Das gleiche würde mit anderen Metallen oder Verbindungen passieren, solange sie keinen Druckanstieg oder ein Vakuum erfordern.

Was gerade beschrieben wurde, handelt von einer Methode, die als physikalische Abscheidung bezeichnet wird und in der Materialindustrie verwendet wird, um Metallbeschichtungen auf bestimmten Teilen herzustellen. Das Problem liegt nun darin, wie die gasförmigen Goldatome ohne hohen Energieverbrauch erhalten werden können, da sehr hohe Temperaturen erforderlich sind.

Hier kommt das Vakuum ins Spiel, um den Übergang von Feststoff zu Gas (Sublimation) sowie die Verwendung von Elektronenstrahlen zu erleichtern.

Ruß an Kaminwänden wird oft als Beispiel für physikalische Ablagerung angeführt; Die sehr feinen Kohlenstoffpartikel, die sich bereits im festen Zustand befinden und im Rauch suspendiert sind, setzen sich einfach ab, ohne dass sich der Zustand ändert. Dies führt zu einer Schwärzung der Wände.

Chemische Abscheidung

Wenn zwischen dem Gas und der Oberfläche eine chemische Reaktion stattfindet, handelt es sich um eine chemische Abscheidung. Diese Technik ist bei der Synthese von Halbleitern, bei der Beschichtung von Polymeren durch bakterizide und photokatalytische Schichten aus TiO ₂ oder zur Bereitstellung eines mechanischen Schutzmaterials durch Beschichtung mit ZrO _{2 üblich} .

Dank chemischer Abscheidung können Oberflächen aus Diamanten, Wolfram, Telluriden, Nitriden, Carbiden, Silizium, Graphenen, Kohlenstoffnanoröhren usw. entstehen.

Verbindungen, bei denen das M-Atom abgeschieden werden muss und die auch thermisch zersetzt werden können, können der Oberflächenstruktur M ergeben, so dass sie dauerhaft anhaftet.

Aus diesem Grund werden üblicherweise metallorganische Reagenzien verwendet, die bei Zersetzung die Metallatome abgeben, ohne sie direkt daraus gewinnen zu müssen. Das heißt, es wäre nicht notwendig, metallisches Gold zu verwenden, sondern einen Goldkomplex, um die gewünschte Goldbeschichtung zu erzeugen.

Beachten Sie, wie sich das ursprüngliche Konzept der inversen Sublimation oder Abscheidung je nach technologischen Anwendungen entwickelt.

Verweise

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