- แนวคิดการระเหิด
- กระบวนการ
- จากโครงสร้างแข็งไปจนถึงความผิดปกติของก๊าซ
- แผนภาพเฟสและจุดสามจุด
- ข้อตกลงและเงื่อนไข
- ตัวอย่าง
- การทำให้บริสุทธิ์ของของแข็ง
- การสังเคราะห์คริสตัล
- ธีมที่น่าสนใจ
- อ้างอิง
การระเหิดเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่การเปลี่ยนแปลงความร้อนเกิดขึ้นโดยตรงจากของแข็งเป็นก๊าซโดยไม่มีการก่อตัวของของเหลวก่อน ตัวอย่างที่โดดเด่นของกระบวนการนี้คือน้ำแข็งแห้ง เมื่อโดนแดดหรือแช่ในของเหลวจะเปลี่ยนจากของแข็งไปเป็นก๊าซโดยตรง
พฤติกรรมของของแข็งภายใต้สภาวะปกติคือการทำให้ร้อนขึ้นและทำให้เกิดหยดแรกซึ่งอนุภาคที่เป็นของแข็งมากขึ้นจะละลายจนละลายหมด ในขณะเดียวกันในการระเหิดเราพูดถึง "ฟอง" ของไอโปรเกรสซีฟที่ไม่ทำให้พื้นผิวสัมผัสเปียก แต่จะตกตะกอนหรือตกผลึกทันที
ตัวอย่างการระเหิดของของแข็งสีส้มสมมุติ ที่มา: Gabriel Bolívar
สิ่งที่อธิบายไว้ในย่อหน้าด้านบนแสดงอยู่ในภาพด้านบน สมมติว่าส่วนผสมของแข็งสีส้ม (ซ้าย) ซึ่งเริ่มเพิ่มพลังงานโดยการเพิ่มอุณหภูมิ ส่วนประกอบสีแดงจะระเหิดไปที่ด้านล่างของภาชนะรับในภายหลังซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าเนื่องจากมีก้อนน้ำแข็งอยู่ในเนื้อหา
สามเหลี่ยมสีแดงหรือคริสตัลถูกทับถมเนื่องจากพื้นผิวเย็นของภาชนะนี้ (ขวา) ซึ่งดูดซับอุณหภูมิ และแม้ว่าจะไม่ปรากฏขนาดของก้อนน้ำแข็งของคุณก็ควรลดลงเนื่องจากการดูดซับความร้อน ของแข็งที่เหลือมีส่วนประกอบสีเหลืองที่ไม่สามารถระเหิดได้ภายใต้เงื่อนไขของกระบวนการ
แนวคิดการระเหิด
กระบวนการ
มีการกล่าวไปแล้วว่าการระเหิดเป็นการเปลี่ยนสถานะความร้อนเพราะจะเกิดขึ้นได้ต้องมีการดูดซับความร้อน หากของแข็งดูดซับความร้อนพลังงานของมันจะเพิ่มขึ้นดังนั้นอนุภาคของมันก็จะสั่นด้วยความถี่ที่สูงขึ้น
เมื่อการสั่นสะเทือนเหล่านี้มีความรุนแรงมากจะมีผลต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล (ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์) ดังนั้นไม่ช้าก็เร็วอนุภาคจะเคลื่อนที่ออกจากกันมากขึ้นจนกว่าพวกมันจะไหลและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นผ่านพื้นที่ต่างๆ
ในของแข็งบางชนิดการสั่นสะเทือนนั้นรุนแรงมากจนอนุภาคบางชนิด "ยิง" ออกจากโครงสร้างแทนที่จะรวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่เคลื่อนที่ซึ่งกำหนดหยดน้ำ อนุภาคเหล่านี้จะหลบหนีและรวม "ฟอง" อันแรกซึ่งค่อนข้างจะกลายเป็นไอระเหยแรกของของแข็งที่ระเหิด
เราไม่ได้พูดถึงจุดหลอมเหลว แต่เป็นจุดระเหิด แม้ว่าทั้งสองอย่างจะขึ้นอยู่กับความดันที่เกิดขึ้นกับของแข็ง แต่จุดระเหิดก็มีค่ามากกว่า ดังนั้นอุณหภูมิของมันจึงแตกต่างกันอย่างมากตามการเปลี่ยนแปลงของความดัน (เช่นเดียวกับจุดเดือด)
จากโครงสร้างแข็งไปจนถึงความผิดปกติของก๊าซ
ในการระเหิดยังกล่าวอีกว่ามีการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีของระบบ สถานะที่มีพลังของอนุภาคเปลี่ยนจากการถูก จำกัด โดยตำแหน่งคงที่ในโครงสร้างของแข็งไปสู่การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในทิศทางที่แน่นอนและไม่เป็นระเบียบในสถานะก๊าซที่สม่ำเสมอมากขึ้นซึ่งในที่สุดพวกเขาก็ได้รับพลังงานจลน์เฉลี่ย
แผนภาพเฟสและจุดสามจุด
จุดระเหิดขึ้นอยู่กับความดัน เพราะมิฉะนั้นอนุภาคของแข็งจะดูดซับความร้อนไม่ให้พุ่งออกไปนอกอวกาศ แต่จะรวมตัวกันเป็นหยด มันจะไม่ระเหิด แต่จะละลายหรือละลายเหมือนปกติที่สุด
ยิ่งความดันภายนอกมากเท่าใดโอกาสในการระเหิดก็จะน้อยลงเนื่องจากของแข็งถูกบังคับให้ละลาย
แต่ของแข็งใดบ้างที่สามารถระเหิดได้และไม่เป็นเช่นนั้น? คำตอบอยู่ในแผนภาพเฟส P vs T ของคุณเช่นเดียวกับที่แสดงด้านล่าง:
แผนภาพเฟสสำหรับสารสมมุติ ที่มา: Gabriel Bolívar
ก่อนอื่นเราต้องดูที่จุดสามจุดและผ่านส่วนล่าง: จุดที่แยกสถานะของแข็งและสถานะก๊าซ สังเกตว่าในพื้นที่ของของแข็งจะต้องมีความดันลดลงเพื่อให้เกิดการระเหิด (ไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ 1 atm ความดันบรรยากาศของเรา) ที่ 1 atm สารสมมุติจะระเหิดไปที่อุณหภูมิ Ts ซึ่งแสดงเป็น K
ส่วนหรือเส้นโค้งที่ยาวขึ้นและเป็นแนวนอนต่ำกว่าจุดสามจุดความจุของของแข็งในการระเหิดที่อุณหภูมิต่างกันจะมากขึ้น แต่ถ้าต่ำกว่า 1 atm ก็จะต้องใช้เครื่องดูดฝุ่นสูงเพื่อให้เกิดการระเหิดดังนั้นความดันจะลดลง (เช่น 0.0001 atm)
ข้อตกลงและเงื่อนไข
หากจุดสามเท่าต่ำกว่าความดันบรรยากาศหลายพันเท่าของแข็งจะไม่ระเหิดแม้จะมีอุลตร้าวาสุญญากาศ (ไม่ต้องพูดถึงความไวต่อการสลายตัวโดยการกระทำของความร้อน)
หากไม่เป็นเช่นนั้นการระเหิดจะดำเนินการโดยให้ความร้อนในระดับปานกลางและนำของแข็งเข้าสู่สุญญากาศเพื่อให้อนุภาคของมันหลุดออกไปได้ง่ายขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องดูดซับความร้อนมากนัก
การระเหิดมีความสำคัญมากเมื่อต้องจัดการกับของแข็งที่มีความดันไอสูง นั่นคือความกดดันภายในสะท้อนให้เห็นถึงประสิทธิภาพของปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา ยิ่งความดันไอสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งมีกลิ่นหอมมากขึ้นเท่านั้นและยิ่งระเหยได้มากขึ้น
ตัวอย่าง
การทำให้บริสุทธิ์ของของแข็ง
ภาพของของแข็งสีส้มและส่วนประกอบสีแดงที่ระเหิดได้เป็นตัวอย่างของสิ่งที่การระเหิดเป็นตัวแทนของการทำให้ของแข็งบริสุทธิ์ สามเหลี่ยมสีแดงสามารถระเหิดใหม่ได้ตามต้องการจนกว่าจะรับประกันความบริสุทธิ์สูง
เทคนิคนี้ใช้กับของแข็งที่มีกลิ่นหอมเป็นส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่นการบูรคาเฟอีนเบนโซอินและเมนทอล
ในบรรดาของแข็งอื่น ๆ ที่สามารถระเหิดได้เรามีไอโอดีนน้ำแข็ง (ที่ความสูง) ธีโอโบรมีน (จากช็อคโกแลต) แซคคารินมอร์ฟีนและยาอื่น ๆ ฐานไนโตรเจนและแอนทราซีน
การสังเคราะห์คริสตัล
กลับไปที่สามเหลี่ยมสีแดงการระเหิดเป็นอีกทางเลือกหนึ่งของการตกผลึกแบบเดิม คริสตัลจะไม่ถูกสังเคราะห์จากสารละลายอีกต่อไป แต่จะผ่านการสะสมของไอระเหยที่ควบคุมได้มากที่สุดบนพื้นผิวเย็นซึ่งอาจมีเมล็ดผลึกที่สะดวกเพื่อรองรับลักษณะทางสัณฐานวิทยาเฉพาะ
สมมติว่าหากคุณมีสี่เหลี่ยมสีแดงการเติบโตของคริสตัลจะคงรูปทรงเรขาคณิตนี้ไว้และไม่ควรกลายเป็นสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยมสีแดงจะค่อยๆโตขึ้นเมื่อเกิดการระเหิด อย่างไรก็ตามมันเป็นความซับซ้อนเชิงปฏิบัติการและเชิงโมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งมีหลายตัวแปรที่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่างของผลึกที่สังเคราะห์โดยการระเหิด ได้แก่ ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC), กราไฟต์, สารหนู, ซีลีเนียม, ฟอสฟอรัส, อลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN), แคดเมียมซัลไฟด์ (CdS), ซิลิกอนซีลีไนด์ (ZnSe), ปรอทไอโอไดด์ (HgI 2) ) กราฟีนและอื่น ๆ
โปรดสังเกตว่านี่เป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวพันกันสองอย่าง: การระเหิดแบบก้าวหน้าและการทับถม (หรือการระเหิดผกผัน); ไอจะอพยพจากบริเวณที่เป็นของแข็งไปยังบริเวณหรือพื้นผิวที่เย็นกว่าสุดท้ายก็จะตกตะกอนในรูปของผลึก
ธีมที่น่าสนใจ
ตัวอย่างของการระเหิด
อ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- วิกิพีเดีย (2019). การระเหิด (การเปลี่ยนเฟส) สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- โจนส์แอนดรูว์ซิมเมอร์แมน (27 มกราคม 2562). การระเหิด ดึงมาจาก: thoughtco.com
- Sheila Morrissey (2019). การระเหิดทางเคมีคืออะไร? - ความหมายกระบวนการและตัวอย่าง ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
- Elsevier BV (2019). วิธีการระเหิด ScienceDirect ดึงมาจาก: sciencedirect.com