Thăng Hoa: Từ Rắn Trực Tiếp Sang Khí

Thăng hoa là thuật ngữ chỉ khi vật chất trải qua quá trình chuyển pha trực tiếp từ thể rắn sang thể khí , hoặc hơi, mà không đi qua pha lỏng phổ biến hơn giữa hai chất. Đó là một trường hợp cụ thể của sự hóa hơi. Thăng hoa đề cập đến những thay đổi vật lý của quá trình chuyển đổi, chứ không phải trường hợp chất rắn chuyển đổi thành khí do phản ứng hóa học. Bởi vì sự thay đổi vật chất từ ​​một chất rắn thành một chất khí đòi hỏi phải bổ sung năng lượng vào chất, nó là một ví dụ về sự thay đổi thu nhiệt.

Cách thức hoạt động của sự thăng hoa

Sự chuyển pha phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của vật liệu được đề cập. Trong điều kiện bình thường, như mô tả chung của lý thuyết động học , việc thêm nhiệt làm cho các nguyên tử bên trong chất rắn thu được năng lượng và trở nên ít liên kết chặt hơn với nhau. Tùy thuộc vào cấu trúc vật lý, điều này thường làm cho chất rắn tan chảy thành dạng lỏng.

Nếu bạn nhìn vào biểu đồ pha , đó là biểu đồ mô tả các trạng thái của vật chất đối với các áp suất và thể tích khác nhau. "Điểm ba" trên biểu đồ này biểu thị áp suất tối thiểu mà chất có thể tiếp nhận trong pha lỏng. Dưới áp suất đó, khi nhiệt độ giảm xuống dưới mức của pha rắn, nó chuyển trực tiếp vào pha khí.

Hệ quả của điều này là nếu điểm ba ở áp suất cao, như trong trường hợp của carbon dioxide rắn (hoặc đá khô ), thì sự thăng hoa thực sự dễ dàng hơn là làm tan chảy chất vì áp suất cao cần thiết để biến chúng thành chất lỏng. một thách thức để tạo ra.

Sử dụng để thăng hoa

Có một cách nghĩ là muốn có sự thăng hoa thì cần phải đưa chất vào bên dưới tam điểm bằng cách hạ áp suất xuống. Một phương pháp mà các nhà hóa học thường sử dụng là đặt chất trong chân không và tác dụng nhiệt, trong một thiết bị gọi là thiết bị thăng hoa. Chân không có nghĩa là áp suất rất thấp, vì vậy ngay cả một chất thường nóng chảy thành dạng lỏng cũng sẽ thăng hoa trực tiếp thành hơi với sự bổ sung của nhiệt.

Đây là một phương pháp được các nhà hóa học sử dụng để tinh chế các hợp chất và được phát triển vào thời tiền hóa học của thuật giả kim như một phương pháp tạo ra hơi tinh khiết của các nguyên tố. Sau đó, các khí tinh khiết này có thể trải qua quá trình ngưng tụ, với kết quả cuối cùng là chất rắn tinh khiết, vì nhiệt độ thăng hoa hoặc nhiệt độ ngưng tụ đối với các tạp chất sẽ khác với chất rắn mong muốn.

Một lưu ý cần xem xét về những gì tôi đã mô tả ở trên: sự ngưng tụ thực sự sẽ đưa khí thành chất lỏng, sau đó sẽ đóng băng trở lại thành chất rắn. Cũng có thể giảm nhiệt độ trong khi vẫn giữ áp suất thấp, giữ cho toàn bộ hệ thống nằm dưới điểm ba, và điều này sẽ gây ra sự chuyển đổi trực tiếp từ khí thành rắn. Quá trình này được gọi là lắng đọng .