Сублимация и десублимация

Сублимация и десублимация

Сублимация и десублимация

Перед тем как рассмотреть процессы сублимации и десублимации вещества стоит обратить ваше внимание на то, что эти взаимно обратные процессы являются фазовыми переходами.

Соответственно, их можно рассматривать, применяя физические и математические методы, используемые для описания всех фазовых переходов.

В этой связи, напомним вам, что такое фазовый переход и чем фазовые переходы отличаются.

Фазовые переходы

Определение 1

Фазой называют состояние вещества, находящегося в термодинамическом равновесии с другими равновесными состояниями этого же вещества, но обладающее иными физическими свойствами.

Допустим, что в закрытом сосуде находится вода. Над водой присутствует воздух в смеси с водяными парами. Значит, мы имеем в сосуде двухфазную систему. Опустим в этот сосуд кусок льда, получим систему из трех фаз.

Замечание 1

Во многих случаях словом «фаза» обозначают агрегатное состояние вещества, но следует иметь в виду, что понятие «фаза» шире. В рамках одного агрегатного состояния вещество может существовать в нескольких фазах, которые различны по свойствам, строению и т.д. Так для льда можно различать пять разных фаз.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Определение 2

Фазовым переходом называют переход вещества из одной фазы в другую.

Фазовый переход всегда сопровождается изменением свойств вещества. Изменение агрегатного состояния вещества – фазовый переход. Изменение состава вещества относят к фазовым переходам, примером такого перехода может служить модификация его кристаллического строения.

Виды фазовых переходов

Выделяют два рода фазовых переходов:

  1. Фазовый переход первого рода.
  2. Фазовый переход второго рода.

Фазовым переходом первого рода является переход, который происходит при выделении или поглощении теплоты (теплоты фазового перехода). Фазовый переход первого рода протекает при следующих условиях:

  1. постоянной температуре,
  2. изменяющемся объеме вещества,
  3. переменной энтропии.

Процесс плавления твердого тела относят к фазовым переходам первого рода. В этом процессе телу передают теплоту, которая расходуется на разрушение кристаллической решетки, при этом температура тела неизменна. В таком переходе упорядоченная кристаллическая решетка изменяется, вещество превращается в жидкость, степень беспорядка возрастает, что в свою очередь приводит к увеличению энтропии.

Фазовые переходы второго рода происходят без поглощения или выделения теплоты. В этих переходах:

  • не изменяется объем,
  • постоянна энтропия вещества,
  • теплоемкость изменяется скачкообразно.

В соответствии с гипотезой Ландау фазовые переходы второго рода объясняются тем, что изменяется симметрия системы. К фазовому переходу второго рода можно отнести превращение ферромагнетиков в парамагнетики при некоторых давлениях и температурах, переход металлов при температуре около 0К в сверхпроводники.

Сублимация и десублимация – фазовые переходы первого рода

Нагревая твердые тела, мы можем наблюдать процесс их плавления и далее, испарения жидкости. При уменьшении температуры идет обратный процесс. Однако иногда с ростом температуры кристаллического вещества, оно не плавится, а сразу испаряется. Важным параметром в таком случае является не только температура, но и величина давления над поверхностью твердого тела.

В твердом теле присутствуют молекулы, имеющие энергию достаточную для преодоления притяжения, действующего со стороны других молекул. Эти «энергичные» молекулы могут оторваться от поверхности твердого тела и оказаться в окружающем пространстве.

Определение 3

Процесс перехода твердого состояния вещества в газообразную фазу, без перехода его в жидкость, называют сублимацией или возгонкой.

Возгонка происходит при определенной температуре и давлении и сопровождается поглощением теплоты. Сублимация является фазовым переходом первого рода.

Процесс сублимации сопровождается увеличением внутренней энергии системы. При кристаллической упаковке частицы совершают колебания около положений равновесия. Расстояния между ними отвечают минимуму энергии взаимодействия при заданной температуре тела.

В процессе сублимации пространственная решетка подвергается разрушению, расстояния между частицами увеличиваются, это приводит к увеличению энергии взаимодействия между ними.

При сублимации твердого вещества необходимо подвести к нему некоторое количество энергии, которое называют теплотой сублимации (теплотой фазового перехода).

В ходе сублимации изменяется энергия каждой молекулы, следовательно, чем больше молекул имеется в теле, тем большие затраты энергии происходят при фазовом переходе.

Допустим, что при процессе сублимации энергия одной молекулы изменяется как $ e_0$, в веществе имеется N молекул, тогда для данного фазового перехода необходимо количество теплоты равное:

$Q=e_0 N (1).$

Принимая во внимание, что:

$λ=e_0/m_0$ и

$ m=m_0 N (2),$

Где:

  • $λ$ – удельная теплота фазового перехода (сублимации);
  • $ m_0$ – масса одной молекулы вещества; m – масса всего вещества.

Расстояния между частицами при сублимации становятся большими приблизительно в десять раз, чем в твердом состоянии. Тогда как при плавлении вещества расстояния между молекулами изменяются не очень существенно, относительно расстояний в кристаллическом теле. Следовательно, удельная теплота плавления значительно меньше удельной теплоты возгонки.

При увеличении давления температура сублимации увеличивается.

Замечание 2

Десублимация – процесс обратный возгонке. При десублимации кристаллизация происходит из газообразного состояния без перехода вещества в жидкую фазу. При десублимации теплота выделяется.

Диаграмма перехода кристалл – газ

Зависимость давления насыщенного пара ($p$) над кристаллическим веществом в процессе сублимации можно записать при помощи выражения:

$p=BT{\frac{3}{2}}a{-\frac{\alpha{}w_0}{kT}}\ (3),$ где:

  • $w_0$ – энергия сублимации;
  • $B$ – постоянная, характеризующая вещество.

Здесь точка $B (T=Θ)$, находящаяся на графике (рис.1) соответствует двухфазному состоянию – насыщенному пару, расположенному над кристаллическим веществом. Пар находится в состоянии динамического равновесия с твердой фазой.

Рисунок 1. График. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При увеличении температуры кристалл становится газом. Увеличение давления приводит к тому, что газ десублимирует и переходит в твердую фазу. Диаграмма фазового перехода кристалл – газ является аналогичной диаграмме перехода жидкость – газ.

Точки, находящиеся ниже и правее кривой (что соответствует меньшему давлению и более высокой температуре), говорят о том, что вещество находится в состоянии газа. Из диаграммы (рис.

1) следует, что состояния, описываемые параметрами, находящимися выше и левее кривой (высокое давление и низкая температура) относятся к кристаллическому состоянию.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/sublimaciya_i_desublimaciya/

Сублимация в психологии: что это простыми словами

Сублимация и десублимация

Приветствую Вас, друзья!

Термин «сублимация» имеет несколько значений и используется в разных науках. Однако в современном понимании это слово в большинстве случаев относится к психологии. Давайте подробно разберемся с тем, что такое сублимация, рассмотрим примеры сублимации у мужчин и женщин. Поехали!

Что такое сублимация?

Сублимация – это защитный механизм психики, позволяющий перенаправить энергию негативных переживаний в полезную деятельность. Зигмунд Фрейд рассматривал её как возможность человека возвыситься над низменными инстинктами, трансформируя болезненные эмоции в энергию для важной и востребованной работы. Данную концепцию ученый впервые изложил в 1900 году.

Термин «сублимация» образован от латинского слова sublimatio, которое в буквальном переводе означает «вознесение» или «одухотворение».

В физике это слово является синонимом слова «возгонка» и подразумевает, что вещество сразу испаряется, минуя жидкую фазу.

В психологии сублимация подразумевает похожий процесс – человек реализует свои переживания на более высоком (возвышенном) уровне, избегая их низменных проявлений.

Современная психология рассматривает сублимацию как важный механизм социализации. Её проявления изучают в рамках психологии творчества, детской и спортивной психологии. В повседневной жизни она позволяет избавляться от напряжения, состояний угнетенности и неудовлетворенности. Занимаясь активной деятельностью, человек испытывает наслаждение и удовлетворение от ощущения проделанной работы.

Происхождение термина

Для полного понимания необходимо сначала рассмотреть физический смысл данного понятия. В физике так называется процесс сухой возгонки – преобразования вещества из твёрдой фазы в газообразную.

Это явление можно наблюдать на примере кристаллов йода или кусочков «сухого льда» (замороженный CO2, используемый мороженщиками).

На открытом воздухе эти вещества быстро испаряются, оставаясь при этом совершенно сухими.

Обычный лёд из воды также способен возгоняться, если поместить его в вакуум. Это используется при производстве растворимого (сублимированного) кофе. Концентрированный раствор замораживают и размалывают на небольшие кусочки, после чего помещают в вакуум. Весь лёд испаряется, и остаются пористые гранулы.

Зигмунд Фрейд провёл параллель между этим физическим явлением и особым психическим процессом, при котором человеку удаётся сдержать сильные переживания и пустить эту энергию в конструктивное русло.

Ученый описывал данный процесс как перенаправление энергии неприемлемых желаний (сексуальных, садистских) на решение полезных задач.

 Он считал это естественным механизмом самозащиты нашей психики и искал способы применять его в психотерапии.

Как работает сублимация?

Принцип действия сублимации основан на осознанном или неосознанном перенаправлении психической и эмоциональной энергии в конструктивное русло.

 Данный процесс позволяет избавиться от состояния внутреннего конфликта, извлекая из этого дополнительную пользу.

 Человек справляется с чувством гнева, неудовлетворенностью и иными негативными переживаниями, позволяя эмоциям выплеснуться в виде творческой энергии или физической активности.

Каждый может подобрать для себя наиболее эффективный способ сублимации. Для одних это творчество, для других – занятия спортом, для третьих – физический труд или уборка квартиры. Если что-то раздражает вас до дрожи в мышцах, попробуйте потратить несколько ближайших часов на то, чтобы привести в порядок кухню, ванную или всю квартиру. Время пролетит незаметно, а вы почувствуете себя лучше.

Сублимация позволяет людям справляться с самыми разными переживаниями, комплексами и неприемлемыми желаниями. К примеру, различные формы искусства часто являются сублимацией сексуальных комплексов.

А человек, имеющий садистские наклонности, может сублимировать их, работая хирургом и принося людям пользу. Таким образом, сублимация – это естественный механизм, позволяющий подавить практически любые нежелательные эмоции.

Иногда человек сам находит способ сделать это, иногда ему требуется помощь психотерапевта.

Сублимация по Фрейду

Зигмунд Фрейд рассматривал сублимацию как сугубо положительную защиту, позволяющую преобразовывать нежелательные эмоции в энергию и направлять её на решение социально приемлемых и важных задач. Данный подход должен помогать снимать внутреннее напряжение за счет занятия полезными делами.

Современные методы психотерапии используют сублимацию подобным образом, считая её эффективным средством решения внутренних конфликтов пациента. Однако сегодня понятие сублимации трактуется гораздо шире, чем в концепции Фрейда. Он рассматривал её как способ преобразования нежелательных влечений. Сегодня её считают способом трансформации любых неприемлемых импульсов и переживаний.

Сублимация у женщин

Способы естественной трансформации эмоциональной энергии по-разному работают у мужчин и женщин. Поскольку женщины чаще сталкиваются с непониманием со стороны партнера, им свойственна сублимация любовных переживаний. Обычно они трансформируют накопившуюся энергию в такие сферы как:

  • спорт и фитнес;
  • различные формы рукоделия;
  • работа и карьера;
  • работа по дому;
  • воспитание детей.

Сублимация у мужчин

Мужчинам в большей мере, чем женщинам, приходится бороться с сексуальными комплексами и желаниями, поэтому их сублимации сосредоточены преимущественно в этой сфере. Они трансформируют данную энергию в такие занятия как:

  • интенсивный спорт (тяжелая атлетика, бодибилдинг);
  • профессиональная деятельность, карьера;
  • хобби (рыбалка, охота, музыка, «гаражные самоделки» и прочее).

Как получить максимум пользы от сублимации?

Сублимация может быть как неосознанной, так и вполне осознанной. Если научиться сублимировать специально, это позволит разгрузить психику, избавившись от всех (или большинства) негативных эмоций. И научиться этому может каждый, достаточно следовать небольшой инструкции:

1. Расслабьтесь. Напряженность мешает любой конструктивной деятельности, поэтому первое, что нужно сделать – это расслабиться.

2. Помечтайте. Подумайте о чём-то, что вдохновляет вас и мотивирует. Возможно, прямо сейчас у вас нет мечты. Но думая об этом регулярно, вы найдёте что-то, что будет окрылять вас.

3. Медитируйте. Медитация помогает сосредоточиться на своём внутреннем «Я», лучше понять собственные цели, стремления и желания.

Другие значения термина

Чтобы окончательно разобраться, что такое сублимация, рассмотрим значения этого термина в других сферах. Это позволит провести параллели и лучше понять смысл данного понятия.

В химии и физике

Переход твердого вещества непосредственно в газообразное состояние. При этом жидкость не образуется вообще, за твердой фазой сразу следует газообразная. Это явление можно наблюдать на кристаллах йода или кусочках сухого льда (замороженный углекислый газ). Оба вещества при нормальном атмосферном давлении могут существовать только в твёрдом и газообразном виде.

В пищевой промышленности

Особый метод высушивания продуктов. Сначала их подвергают глубокой заморозке (до температуры -18 °C и ниже), после чего помещают в вакуум. Лёд испаряется, а исходный продукт сохраняет значительную часть свойств.

Сублимация используется при производстве растворимого кофе, сухого молока и различных экстрактов. Также при помощи данной технологии высушиваются мясо и овощи.

Это обеспечивает продолжительный срок хранения и последующее быстрое приготовление.

В полиграфии

Особый метод печати, позволяющий наносить высококачественные влагостойкие изображения на ткани, керамику и прочие поверхности.

Заключение

Сублимация — это естественный механизм нашей психики, позволяющий нам справляться с эмоциональным напряжением, комплексами, неприемлемыми желаниями и нереализованными потребностями. Она позволяет эффективно использовать избыточную эмоциональную энергию для выполнения полезной работы.

Для людей, склонных к насилию и иным нежелательным поступкам, это спасительная тропинка, позволяющая реализовать себя без вреда для окружающих и даже с пользой для них.

Иногда люди сублимируют, занимаясь творческой деятельностью, создавая уникальные вещи и даже не догадываясь, откуда черпают энергию для своей деятельности.

Источник: https://dnevnik-znaniy.ru/psixologiya/sublimaciya-v-psixologii-chto-eto.html

Сублимация и сублиматоры

Сублимация и десублимация

Я тут относительно недавно пообещал рассказать про работу, про изготовление сублиматоров, ну и саму сублимацию, как процесс. Не хотелось бы писать простыню, да и думаю, мало кому интересен будет и этот текст, однако, обещал, так обещал.

Итак — сублимация это процесс, при котором вода из твердого состояния (лёд) превращается в газообразное (пар) минуя жидкое состояние. Это возможно при некоторых условиях. Если давление в сосуде, где происходит сублимация, будет ниже «тройной точки» воды. тройная точка воды это условия, когда возможно существования воды в трёх ее видах.

То есть в виде газа, жидкости, и твердого состояния. При давлении ниже этой точки (4.5 мм.рт.ст) вода может находится только в двух состояниях. В виде льда и пара. Таким образом, соблюдая это давление, можно сделать так, чтобы вода в продукте не становилась жидкой, и из замороженного продукта она попросту испарялась, и не становилась жидкостью.

Для чего же это нужно? Дело в том, что если испарять воду таким способом из предварительно правильно замороженной, к примеру, клубники, то можно получить продукт, практически напрочь лишенный влаги.

При этом его структура, витаминный состав, и все прочее практически останутся неизменными, так как продукт не подвергается нагреву при сушке (температура не более 35°С) и не окисляется кислорода воздуха, потому что его попросту нет. Я имею ввиду воздуха 🙂 Готовый продукт похож на пенопласт. Невесомые ягоды клубники очень странные, я вас уверяю.

Это происходит потому, что там практически не остаётся влаги, а клубника может на 93 процента состоять из нее. Следовательно, она становится примерно на 90 процентов легче исходного веса При этом готовый продукт может храниться практически бесконечно при комнатной температуре в герметичном светонепроницаемом пакете.

А ещё, что очень важно, это же самый продукт способен к регидратации. То есть, стоит добавить воды, в количестве равном тому, что мы извлекли из него при сублимации, как через некоторое время продукт станет почти таким же, какой и был до заморозки. То есть яблоко снова станет хрустящим и сочным, а дыня ароматной и с волокнами, как будто это свежая дыня. Ну, почти.

В основном, качество продукта зависит от того, как заморозили сырье. Чем более быстро и при более низкой температуре замораживают сырье, тем выше качество будет готового продукта.Сублиматор это очень непростое и очень дорогостоящее устройство. Сейчас расскажу почему:1. Это пищевое оборудование, следовательно кругом нержавейка2.

Это результат компромиссов технического характера. Для производства процесса сублимации, необходимо подводить к продукту тепловую энергию. В вакууме это можно сделать только двумя способами — контактным и излучением. Так как конвекции, ввиду отсутствия атмосферы, нет. С излучением тоже непросто.

В вакууме очень затруднительно использовать СВЧ, ввиду образования плазменных шнуров. Остаётся только тепловое излучение. При очень плотной компоновке полок это становится совсем непросто. Таким образом, остаётся контактный способ. Это когда продукт нагревается от полки, на которой он лежит.

Но, учитывая то, что мы не можем сильно греть полку, количество подводимой энергии в единицу времени, ограничено. Так же препятствует этому теплопроводность получаемого продукта. Как я уже говорил, что готовый продукт похож на пенопласт. То есть является отличным теплоизолятором.

То есть, по мере высыхания продукта он все меньше и меньше пропускает тепло к верхним слоям и тем медленнее сохнет. Вот ведь зараза, не правда ли?3. Это проблема удаления пара. Дело в том, что мы должны эффективно отводить получающийся пар, иначе давление в камере поднимется выше той самой тройной точки (4.5 мм.рт.ст) и все, привет. Наша ягодка растает. И все накрылось.

Предварительно вакуум создаётся вакуумным насосом. Но вот какая проблема. Учитывая крайне низкое давление, водяной пар начинает занимать поистине циклопические объемы. То есть килограмм водяного пара может занять объем в сотни кубометров. А у нас с вами, к примеру, сублиматор с загрузкой в 400 кг. То есть мы должны как минимум, переработать 350 килограммов пара за цикл.

А цикл длиться примерно 24 часа. То есть, иными словами, если откачивать пар вакуумным насосом, то этот насос будет величиной с дом и жрать энергию как не в себя. Таким образом, капитальные затраты и эксплуатационные будут так высоки, что продукт будет на вес золота. А нафиг нам такой продукт? Но не все потеряно. Пар можно намораживать на охлажденных поверхностях. То есть, если засунуть в сублиматор радиатор, охлаждённый до -40°С, то водяной пар попросту прилипнет к нему и превратится в лёд, который уже не будет стремиться стать паром, потому как холодно 🙂 как правило, так и поступают. Этот самый радиатор называется десублиматор. Туда подаётся фреон, который кипит при низкой температуре и на этом радиаторе намерзает пар в виде льда.

Вот такие, и множество других проблем надо решить, чтобы провернуть трюк с сублимацией. Но все это ужасно энергозатратно. Холодильная машина тратит прорву энергии, да и сама стоит очень недешево. Ввиду этого компания, где я работаю, разработала и запатентовала другой способ удаления водяного пара. Но это я опишу, если будет интересно, в другой статье. А сейчас несколько фотографий:

Вот так выглядит промышленный сублиматор. Здоровенная колба, где находятся подогреваемые полки закрыта массивной дверью, чтобы выдержать атмосферное давление.

Вот так выглядит сублимированная клубника. Смотрите, какие они, мои натруженные руки 🙂 клубника при сублимации теряет цвет, но при регидратации все восставливается. И цвет и блеск и, самое главное, аромат. Сублимированные продукты пахнут аномально сильно, так как растворитель (вода) исчезает, а эфиры и все прочее остаётся в порах. И пахнет просто одуряюще.

Вот так выглядит «бытовой» сублиматор разработанный и изготавливаемый фирмой, где я работаю. За акриловой дверью видны нагреваемые полки, а внизу расположен холодильный агрегат. В этой модели десублиматор находится отдельно в виде отдельной ёмкости с радиаторами.

Вот так выглядят сублимированные кабачки. Кстати, они удивительно вкусные именно в сублимированной виде. Хрустишь как чипсами, причем это просто удивительно вкусно. Особенно с натертым сыром.

Это вот клубника кусочками. Для отправки на анализ в такую баночку упаковали

А так выглядит один из экранов системы управления сублиматором нашего производства. Этот сублиматор не использует холодильный десублиматор, у него иной принцип отведения паров.

А вот тут что-то пошло не так 🙂 видно, что ягоды «закипели». Произошла серьезная неприятность-давление поднялось выше требуемого, лёд обратился в воду, и все пошло прахом. Катастрофа как есть, все это брак. Ягоды стали бесформенные и вообще тьфу и расстройство.

Ну вот, я исполнил обещание, рассказал про сублимацию как мог просто. Думаю, мало кто осилил и дошел до этого момента. Ну а кто дошел, вот вам моя кошка, я знаю, на Пикабу любят этих зверей

[моё] Сублимация Работа Обещание Фрукты Длиннопост

Источник: https://pikabu.ru/story/sublimatsiya_i_sublimatoryi_6990315

Что такое сублимация в физике? Примеры

Сублимация и десублимация

Наверняка, каждый человек не раз сталкивался с понятием сублимации в физике. В школах этой теме всегда посвящают несколько уроков, а в высших учебных заведениях, направленных на более глубокое изучение точных наук, ей уделяют особое внимание. Итак, в статье вы узнаете, что такое сублимация и десублимация в физике.

Общее понятие

Сублимация в физике — это процесс перехода вещества из твердого состояние в газообразное, минуя при этом жидкое. По-другому она называется взгонкой вещества. Этому процессу сопутствует поглощение энергии (в физике эта энергия имеет название «теплота сублимации»). Процесс является очень важным и имеет широкое применение в экспериментальной физике.

Десублимация — это, напротив, процесс перехода вещества из газообразного в твердое состояние. Еще одно название данного процесса — «депозиция». Она является полностью противоположной сублимации.

При депозиции энергия выделяется, а не поглощается, причем в очень больших количествах.

Десублимация также является очень важной, однако намного сложнее привести пример ее целенаправленного использования человеком, особенно в быту.

Описание процесса

Катализаторами сублимации в физике может служить почти все, что угодно. Иногда вещества сублимируются (так называется этот самый процесс в физике), когда достигают определенной температуры. Как правило, речь идет о температуре выше средней, однако есть некоторые исключения, когда вещества «взгоняются» при отрицательных значениях.

Иногда катализатором этого процесса может являться кислород. В таких случаях вещество будет переходить в газообразное вещество при контакте с воздухом. Кстати говоря, такой прием зачастую используется режиссерами в фантастических фильмах. Здорово, не правда ли?!

Для десублимации катализаторы ровным счетом аналогичные, однако нужно уловить одну закономерность: все параметры, за исключением некоторых особых химических реакций, будут с отрицательным знаком. То есть, если при сублимации основная масса процессов происходит при положительных температурах, то при депозиции, напротив, будут фигурировать низкие.

Стоит также отметить, что переход происходит последовательно. Каждому промежутку времени соответствует свой его перехода.

Многие ученые даже разделяют его на стадии, но этого можно и не делать. Применим это он к взгонке, так и к обратному ей процессу. Именно это позволяет физикам контролировать процесс и использовать его даже в быту.

Примеры

Существует множество примеров сублимации в физике, однако и примеров обратного ей процесса тоже довольно много. Стоит рассмотреть обе категории.

Итак, примеры взгонки:

  1. Сухой лед. Наверное, это самый распространенный пример процесса. Наверняка, каждый хоть раз видел или держал в его руках. Одно время сухой лед был крайне популярным предметом для съемок видео на «Ютубе». Почти каждый человек видел хотя бы одно такое видео. Стоит отметить, что лед используется не только в развлекательных целях. Он также имеет довольно широкое применение в быту.
  2. Высыхание белья на морозе. Абсолютно каждая хозяйка зимой вывешивает белье на мороз. Казалось бы, оно должно вернуться застывшим, однако возвращается полностью сухим. Связано это с тем, что произошла сублимация молекул воды. Это самый наглядный пример применения сублимации в физике.

Самое время перейти к депозиции. Целесообразно рассмотреть примеры:

  1. Иней. Это самый наглядный пример десублимации в природе, с которым связывался абсолютно каждый. Происходит процесс при крайне резком похолодании и слишком быстром прохождении точки росы. Такое явление широко распространено. Увидеть иней можно поздней осенью и зимой. Наиболее хорошо различим он в октябре-ноябре, когда снега еще совсем немного.
  2. Узор на окнах зимой. Да, оказывается именно десублимация создает нашу новогоднюю атмосферу. Замысловатые узоры возникают из-за огромнейшей разницы между температурами на улице и в помещении.

Процесс сублимации, помимо того, что он часто встречается в природе, нашел широкое распространение в бытовых вопросах. Обусловлено это удобством, а также малой токсичностью вещей, склонных к этому процессу. Итак, вот несколько примеров ее использования в быту:

  1. Сушка белья. Как было сказано выше, молекулы воды просто выветриваются, минуя одно из агрегатных состояний. Такой способ сушки до сих пор остается чуть ли не самым популярным.
  2. Принтеры цветной печати. Твердые цветные частицы краски сразу переходят в газообразное состояние под воздействием давления и температуры. Несмотря на то, что такой способ уходит в прошлое, кое-где он распространен и в наше время.
  3. Средства от моли и ароматические пластинки. Нередко какой-то из этих предметов можно найти в шкафу. Такие пластинки не просто растворяются, как многие думают, а переходят в состояние газа и переносят запах.

Помимо этого, сублимация широко используется в разнообразных физических опытах. Интересно отметить, что в химии способность веществ к сублимации нередко является основополагающей причиной качественной реакции.

Где еще встречается этот термин

Термин «сублимация» можно встретить не только в физике и химии. Также он уместен и в психологии. В этой науке его расшифровка совсем иная: это способ «выпустить пар», кардинально изменив свой вид деятельности.

Также термин используется в стези печати. В этой сфере деятельности определение меняется: сублимационная печать — это один из способов переноса изображения на любую поверхность с помощью краски, которая проходит процесс взгонки. Проще говоря, это один из способов печати на любой поверхности.

Сублимация — Автоматизированная Интернет-система формирования баз данных репродуктивных и формализованных описаний естественнонаучных и научно-технических эффектов

Сублимация и десублимация

Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Общий каталог эффектов

  • Естественнонаучные эффекты (ЕНЭ)

Сублимация

Переход из кристаллического состояния в газообразное с поглощением теплоты и увеличением удельного объема

Анимация

Описание

Сублимация (от лат. sublimo – возношу), переход вещества из твердого в газообразное состояние, минуя стадию жидкости (фазовый переход первого рода). Для сублимации к веществу необходимо подвести энергию, называемую теплотой сублимации. Теплота сублимации – количество теплоты, которое необходимо сообщить твердому телу.

Известны природные сублимационно-десублимационные процессы, например: образование газовых гидратов, образование и изменение ядер комет, десублимация водяного пара в атмосфере, сублимация льда.

В случае сублимации при подводе энергии (конвективный или контактный нагрев, нагрев излучением, например лазерным) происходит разрыв межмолекулярныз связей.

Сублимированные вещества могут быть конечными продуктами или направляться на десублимацию, перед которой могут подвергаться промежуточной обработке, например адсорбционной очистке.

При десублимации (процесс самоорганизации) возникают ван-дер-ваальсовы связи между отдельными молекулами вещества с выделением энергии, к-рую отводят от десублимата непосредственно контактом его с охлаждаемой твердой поверхностью, взаимодействием с вводимым дополнительно хладагентом, испарением жидкости (напр., воды), добавляемой в газовую смесь, ее расширением.

Сорбционно-десорбционные процессы, как и другие процессы с фазовыми переходами первого рода, удобно представлять с помощью трехфазной диаграммы состояния (рис. 2).

На этой диаграмме сублимационный процесс изображен пунктирными линиями, пересекающими кривую с в точке ниже тройной точки Тр при повышении температуры и постоянном давлении либо при понижении давления и постоянной температуре.

Фазовая диаграмма для сублимационо-десублимационных процессов: а, b, с — кривые давления пара соответственно при плавлении в-ва, над жидкостью, над твердой фазой, Тр-тройная точка; p-давление; T-абсолютная температура.

 

Рис. 2.

При десублимации переход от гомогенной системы к гетерогенной начинается с образования единичных элементов новой фазы — твердых зародышей (кластеров), которые после достижения критического размера имеют тенденцию к неограниченному росту. Энергия кластеров увеличивается с возрастанием числа входящих в них молекул, стремясь асимптотически к пределу, равному теплоте фазового перехода.

Кинетика сублимации — многостадийный процесс, для проведения которого необходима дополнительная тепловая энергия. При ее подводе частицы вещества мигрируют на поверхности твердой фазы из состояния с наибольшей прочностью связей в состояние с их меньшей прочностью, а затем в газовую фазу. Одновременно из нее происходит десублимация частиц.

Скорости сублимации и десублимации обусловливаются прежде всего скоростью разрушения кристаллов при сублимации и скоростью кристаллизации при десублимации, а также скоростями переноса массы от поверхности твердой фазы в газовый поток. По мере протекания сублимации и десублимации изменяются характеристики твердой фазы (толщина и пористость слоя, шероховатость поверхности и др.) и соответсвенно интенсивность тепло- и массообмена с газовой фазой.

Ключевые слова

Разделы наук

  • Фазовые переходы
  • Твердые тела
  • Термодинамика
  • Идеальный газ

Применение эффекта

Сублимация йода.

Возгонка характерна, например, для элементарного йода I2, который при нормальных условиях не имеет жидкой фазы: чёрные с голубым отливом кристаллы сразу превращаются (сублимируются) в газообразный молекулярный йод (медицинский “йод” представляет собой спиртовой раствор).
Известным примером десублимации является появление инея на ветках во время усиления мороза.

Хорошо поддается возгонке также и вода, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки. При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру.

Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают.

Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твердых веществ. При определенной температуре одно из веществ в смеси возгоняется, а другое нет. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа, очистки называется сублиматор.

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде.

Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества.

Недостатком пищевой сублимации является использование заморозки, что приводит к разрушению клеток расширяющейся при замерзании водой.
 

Реализации эффекта

Простой сублимационный аппарат

Рис.1

На рисунке 1 приведен простой сублимационный аппарат. Холодная вода, циркулирующая в конденсаторе, осаждающем на себе пар. 1 – вход холодной воды; 2 – выход холодной воды; 3 – вакуум/газ линия; 4 – сублимационная камера; 5 – сублимируемый продукт; 6 – сырой материал;

7 – внешний нагрев.

Литература

1. Скворцов А.М.// Обычные и необычные фазовые переходы, 1996, №8, с.103-108.

2. Пригожин И. От существующего к возникающему. — М.: Наука, 1985.

3. Гиршфельдер Дж., КертиссЧ., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ. — М.: Изд. ин. лит., 1961.

4. Рид Р., ПраусницДж., Шервуд Т., Свойства газов и жидкостей, пер. с англ., — Л.:Наука, 1982.

Источник: http://www.heuristic.su/effects/catalog/est/byId/description/392/index.html

Лекция

Сублимация и десублимация

Лекция № 15

Плавление и кристаллизация. Понятие о фазе вещества. Сублимация и десублимация.

Кристаллизация – это переход вещества в кристаллическое состояние из жидкого, или газообразного, или аморфного состояния.

Кристаллизация является фазовым переходом, происходит с выделением тепла, но при постоянной температуре. Примеры кристаллизации: замерзание воды (переход из жидкой фазы в кристаллическую), образование инея (переход из газообразной фазы в кристаллическую).

Плавление кристаллического вещества – это переход из кристаллической фазы в жидкую.

Процесс плавления кристаллического вещества происходит с поглощением тепла, но температура остается постоянной, пока плавление не завершится. Пример плавления кристаллического вещества – таяние льда. Смесь снега и льда сохраняет температуру 0° С, пока весь лед не растает.

Фазовые переходы на диаграмме температуры и давления

Лед, вода, пар – классический пример трех агрегатных состояний вещества. Не всегда вещества демонстрируют такие же «правильные» фазовые переходы. Например, углекислый газ замерзает и переходит в кристаллическую фазу при температуре -56,6°С, минуя жидкую фазу.

При нагревании твердый диоксид углерода не плавится, а испаряется, переходя сразу в газообразное состояние. Но при более высоких температурах и высоком давлении возможен переход диоксида углерода в жидкое состояние, а при дальнейшем охлаждении жидкой фазы происходит кристаллизация.

Фазовые переходы между агрегатными состояниями того или иного вещества изображаются на p-t диаграмме (по оси абсцисс откладывается температура, по оси ординат – давление). Диаграмма фазовых переходов лед-вода-пар  показана для условий, когда лед находится не в воздушной среде, а в замкнутом объеме, где из газов присутствует только водяной пар.

По диаграммам можно проследить, что при повышении давления вода замерзает при более низких температурах; диоксид углерода, наоборот, имеет прямую зависимость температуры кристаллизации от давления.

Кристаллизация и затвердевание: в чем разница?

Твердые вещества могут не быть кристаллическими. Например, стекло и стеклоподобные аморфные вещества постепенно затвердевают при остывании; у них нет явно выраженной точки фазового перехода.

Плавление стекла тоже происходит в некотором диапазоне температур, зависящем от химического состава и наличия примесей.

Отличие кристаллизации от затвердевания – в наличии фазового перехода, во время которого сохраняется постоянная температура:

  • если тепло не подводить, то жидкая и твердая фазы будут оставаться в равновесии;

  • если тепло поступает, то кристаллы будут плавиться, при сохранении температуры фазового перехода;

  • если тепло отводить, то происходит рост кристаллов, температура фазового перехода сохраняется, пока вся жидкая фаза не перейдет в кристаллическую.

Например, смесь воды со льдом в жаркий день сохраняет нулевую температуру, пока весь лед не растает. Поступающее тепло увеличивает внутреннюю энергию за счет приобретения молекулами дополнительных степеней свободы, но температура сохраняется прежняя до того, как лед полностью растает.

Фазовый переход в твердом веществе между двумя кристаллическими состояниями

Иначе ведет себя углерод. У него несколько фазовых переходов. Из жидкой формы, при отводе тепла, он переходит в кристаллическую фазу – графит; при высоком давлении более 120 000 атм. жидкий углерод кристаллизуется в алмаз.
Кроме того, есть фазовый переход между двумя твердыми кристаллическими фазами: графитом и алмазом.

На рисунке красной линией показана диаграмма фазового перехода между алмазом и графитом.

Температура фазового перехода зависит от давления, процессы, происходящие в твердом теле, аналогичны кристаллизации воды: если тепло подводить, то алмаз переходит в графит; если тепло отводить при соответствующем высоком давлении, то происходит переход, кристаллизация графита в алмаз.

Можно видеть, что переходы между алмазом и графитом совершаются при высоких температурах и давлениях, а при нормальном давлении и температуре алмаза вроде бы и не должно быть. Действительно, при низком давлении графит нельзя превратить в алмаз.

Но если алмаз образовался под воздействием высокого давления, при охлаждении и уменьшении давления он сохраняет свою структуру: это метастабильное состояние. Действительно, из всех кристаллов алмаз самый нестойкий: при нагревании до 1400°С он превращается в графит – устойчивую при нормальном давлении фазу.

Кристаллизация жидких кристаллов

Есть вещества, имеющие несколько кристаллических фаз в твердом состоянии; но есть целый класс веществ, имеющих несколько фазовых переходов в жидком состоянии: это вещества, раствор или расплав которых образует жидкие кристаллы.
Жидкие кристаллы имеют для нас важнейшее значение.

Живые ткани построены из органических молекул, частично упорядоченных; то есть все живые существа состоят из жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы – это частично упорядоченные двумерные или одномерные структуры. Они стабильны в узком диапазоне температур, являются промежуточным состоянием между кристаллической и жидкой фазами.

Переход от трехмерной кристаллической решетки к двумерной или одномерной структуре происходит при температуре фазового перехода; после того, как весь образец  перейдет в жидкокристаллическое состояние, температура начинает повышаться, и повышается до значения, соответствующего следующему фазовому переходу.

В конце концов частично упорядоченная структура переходит в жидкую фазу, при температуре соответствующего фазового перехода.

Сублимация и десублимация.

Процесс перехода твёрдых тел в газообразное состояние, минуя жидкую стадию, называют сублимацией, или возгонкой.

Испарение происходит и в твёрдых телах. Мы видим, как постепенно высыхает на морозе замёрзшее, покрытое льдом бельё. Мы ощущаем запах, образующийся при испарении твёрдого вещества мыла. То есть твердое тело превращается в пар.

Сублимация

ТВ. ТЕЛО    ПАР

Десублимация

Иногда вещество может перейти из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую стадию. Такой процесс называется десублимацией.

Десублимация — это переход из газообразного состояния сразу в твердое.

Ледяные узоры, которые появляются на стёклах в мороз, и есть пример десублимации. При заморозках почва покрывается инеем — тонкими кристалликами льда, в которые превратились водяные пары из воздуха.

Десублимация

ПАР    ТВ.ТЕЛО

Источник: https://infourok.ru/lekciya-sublimaciya-i-desublimaciya-plavlenie-i-kristalizaciya-3226107.html

Booksm
Добавить комментарий