THĂNG HOA: KHÁI NIỆM, QUY TRÌNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Sự thăng hoa là một quá trình nhiệt động lực học, trong đó sự thay đổi thu nhiệt xảy ra trực tiếp trạng thái từ thể rắn sang thể khí mà không có sự hình thành trước của chất lỏng. Một ví dụ nổi bật của quá trình này là đá khô; Khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời hoặc ngâm trong chất lỏng, nó sẽ chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí.

Đặc tính của chất rắn trong điều kiện bình thường là nóng lên và tạo ra một giọt đầu tiên, tại đó nhiều hạt rắn hơn sẽ hòa tan cho đến khi chúng tan chảy hoàn toàn. Trong khi đó, trong quá trình thăng hoa, chúng ta nói về một "bong bóng", một chất hơi tiến triển không làm ướt bề mặt mà nó tiếp xúc, nhưng ngay lập tức lắng đọng hoặc kết tinh.

Ví dụ về sự thăng hoa của một chất rắn màu da cam giả thuyết. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Những gì được mô tả trong đoạn văn trên được thể hiện trong hình ảnh trên. Giả sử một hỗn hợp rắn màu cam (bên trái), bắt đầu tăng năng lượng bằng cách tăng nhiệt độ. Thành phần màu đỏ thăng hoa, sau đó lắng xuống đáy của vật chứa tiếp nhận, có nhiệt độ thấp hơn do có các viên đá trong thành phần của nó.

Các hình tam giác hoặc tinh thể màu đỏ được lắng đọng nhờ bề mặt lạnh của vật chứa này (bên phải), hấp thụ nhiệt độ của chúng; Và ngay cả khi nó không hiển thị, kích thước của viên đá của bạn sẽ giảm do hấp thụ nhiệt. Chất rắn còn lại có thành phần màu vàng không thể thăng hoa trong điều kiện quá trình.

Khái niệm thăng hoa

Quá trình

Người ta đã nói rằng thăng hoa là một sự thay đổi trạng thái thu nhiệt, vì để nó xảy ra phải có sự hấp thụ nhiệt. Nếu chất rắn hấp thụ nhiệt thì năng lượng của nó sẽ tăng lên, do đó các hạt của nó cũng sẽ dao động ở tần số cao hơn.

Khi những dao động này trở nên rất mạnh, chúng sẽ ảnh hưởng đến tương tác giữa các phân tử (không phải liên kết cộng hóa trị); và do đó, sớm hay muộn các hạt sẽ di chuyển ra xa nhau hơn, cho đến khi chúng xoay sở để chảy và di chuyển tự do hơn qua các vùng không gian.

Trong một số chất rắn, các dao động mạnh đến mức một số hạt "bắn" ra khỏi cấu trúc thay vì kết tụ trong các cụm chuyển động tạo thành một giọt. Các hạt này thoát ra và tích hợp "bong bóng" đầu tiên, mà sẽ tạo thành hơi đầu tiên của chất rắn thăng hoa.

Khi đó chúng ta nói không phải về điểm nóng chảy, mà là điểm thăng hoa. Mặc dù cả hai đều phụ thuộc vào áp suất chiếm ưu thế trên vật rắn, nhưng điểm thăng hoa thì nhiều hơn; do đó, nhiệt độ của nó thay đổi đáng kể với sự thay đổi của áp suất (cũng như điểm sôi).

Từ cấu trúc rắn đến rối loạn thể khí

Trong sự thăng hoa, người ta cũng nói rằng có sự gia tăng entropi của hệ thống. Các trạng thái năng lượng của các hạt đi từ bị giới hạn bởi các vị trí cố định của chúng trong cấu trúc rắn, đến đồng nhất theo hướng thất thường và hỗn loạn của chúng ở trạng thái khí, đồng nhất hơn, nơi cuối cùng chúng thu được động năng trung bình.

Sơ đồ pha và điểm ba

Điểm thăng hoa phụ thuộc vào áp suất; Bởi vì nếu không, các hạt rắn sẽ hấp thụ nhiệt không bắn ra không gian bên ngoài vật rắn, mà tạo thành các giọt nhỏ. Nó sẽ không thăng hoa, nhưng sẽ tan chảy hoặc tan chảy, như thường lệ.

Áp suất bên ngoài càng lớn thì khả năng thăng hoa càng ít, vì chất rắn buộc phải nóng chảy.

Nhưng chất rắn nào dễ thăng hoa và chất nào không? Câu trả lời nằm trong biểu đồ pha P vs T của bạn, như biểu đồ được hiển thị bên dưới:

Giản đồ pha cho một chất giả thuyết. Nguồn: Gabriel Bolívar.

Đầu tiên chúng ta phải xem xét điểm ba và đi qua phần dưới: điểm phân tách trạng thái rắn và khí. Lưu ý rằng trong vùng của chất rắn, phải có sự giảm áp suất để xảy ra sự thăng hoa (không nhất thiết phải ở 1 atm, áp suất khí quyển của chúng ta). Ở 1 atm, chất giả thuyết sẽ thăng hoa đến nhiệt độ Ts biểu thị bằng K.

Phần hoặc đường cong bên dưới điểm ba càng dài và nằm ngang thì khả năng thăng hoa của chất rắn ở các nhiệt độ khác nhau càng lớn; nhưng nếu nó ở mức dưới 1 atm, thì cần có các chân không cao để đạt được sự thăng hoa, như vậy áp suất được hạ xuống (ví dụ: 0,0001 atm).

Điều kiện

Nếu điểm ba thấp hơn hàng nghìn lần so với áp suất khí quyển, chất rắn sẽ không bao giờ thăng hoa ngay cả trong môi trường siêu chân không (chưa kể đến tính dễ bị phân hủy bởi tác dụng của nhiệt).

Nếu không đúng như vậy, quá trình thăng hoa được thực hiện bằng cách nung nóng vừa phải và đặt chất rắn vào chân không để các phần tử của nó thoát ra dễ dàng hơn mà không cần chúng hấp thụ quá nhiều nhiệt.

Sự thăng hoa trở nên rất quan trọng khi xử lý đặc biệt với chất rắn có áp suất hơi cao; nghĩa là, áp suất bên trong, phản ánh hiệu quả của các tương tác giữa chúng. Áp suất hơi của nó càng cao, nó càng thơm và càng dễ thăng hoa.

Ví dụ

Thanh lọc chất rắn

Hình ảnh của chất rắn màu da cam và thành phần màu đỏ có thể thăng hoa của nó là một ví dụ về sự thăng hoa thể hiện điều gì liên quan đến quá trình tinh chế chất rắn. Tam thất đỏ có thể được tái thăng hoa khi cần thiết cho đến khi đảm bảo độ tinh khiết cao.

Kỹ thuật này được sử dụng hầu hết với chất rắn có mùi thơm. Ví dụ: long não, caffein, benzoin và tinh dầu bạc hà.

Trong số các chất rắn khác có thể thăng hoa chúng ta có: iốt, nước đá (ở độ cao lớn), theobromine (từ sô cô la), saccharin, morphin và các loại thuốc khác, bazơ nitơ và anthracene.

Tổng hợp tinh thể

Quay trở lại với các hình tam giác màu đỏ, sự thăng hoa cung cấp một giải pháp thay thế cho sự kết tinh thông thường; Các tinh thể sẽ không còn được tổng hợp từ một dung dịch nữa, mà thông qua sự lắng đọng hơi được kiểm soát tốt nhất có thể trên bề mặt lạnh, nơi có thể có các hạt tinh thể thuận tiện để tạo ra một hình thái cụ thể.

Giả sử, nếu bạn có các hình vuông màu đỏ, sự phát triển tinh thể sẽ giữ nguyên hình dạng này và chúng sẽ không trở thành hình tam giác. Các ô màu đỏ sẽ lớn dần khi quá trình thăng hoa diễn ra. Tuy nhiên, nó là một phức hợp phức tạp về mặt hoạt động và phân tử, trong đó có nhiều biến số liên quan.

Ví dụ về các tinh thể được tổng hợp thông qua sự thăng hoa là: silic cacbua (SiC), than chì, asen, selen, phốt pho, nhôm nitrua (AlN), cadimi sulfua (CdS), kẽm selen (ZnSe), thủy ngân iođua (HgI ₂₎ ), graphene, trong số những chất khác.

Lưu ý rằng đây thực sự là hai hiện tượng đan xen nhau: thăng hoa tiến triển và lắng đọng (hay thăng hoa nghịch đảo); hơi di chuyển từ thể rắn đến các vùng hoặc bề mặt mát hơn, cuối cùng lắng xuống dưới dạng tinh thể.

Chủ đề quan tâm

Ví dụ về sự thăng hoa.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Wikipedia. (2019). Sự thăng hoa (chuyển pha). Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Jones, Andrew Zimmerman. (Ngày 27 tháng 1 năm 2019). Sự thăng hoa. Phục hồi từ: thinkco.com
4. Sheila Morrissey. (2019). Thăng hoa trong Hóa học là gì? - Định nghĩa, Quy trình & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
5. Elsevier BV (2019). Phương pháp thăng hoa. ScienceDirect. Phục hồi từ: sciricalirect.com