Il sublimazione inversa è un processo termodinamico in cui si verifica un cambiamento di stato esotermico da un gas a un solido senza prima diventare un liquido. È anche conosciuto con i nomi di sublimazione regressiva, desublimazione o deposizione; quest'ultimo è il più utilizzato nei testi scolastici e nelle enciclopedie.
Si dice che la sublimazione inversa sia un processo esotermico perché le particelle gassose (atomi o molecole) devono perdere energia rilasciando calore nell'ambiente; in modo tale da raffreddarsi abbastanza da formare cristalli, solidificarsi o congelarsi su una superficie.
La parola "deposizione" (e non "deposizione") significa che la particella viene depositata da una fase gassosa senza bagnare la superficie ricevente. Questo è il motivo per cui i fenomeni di sublimazione inversa si trovano spesso su oggetti ghiacciati; come il gelo depositato sulle foglie o sui paesaggi invernali.
Tale deposizione viene spesso rilevata da un sottile strato di cristalli; sebbene possa anche essere costituito da una polvere o argilla apparente. Controllando questo processo, è possibile progettare nuovi materiali multistrato, in cui ogni strato è costituito da uno specifico solido depositato mediante processi chimici o fisici..
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La sublimazione inversa, come rivela solo il nome, è il fenomeno opposto alla sublimazione: non parte da un solido che evapora, ma da un gas che solidifica o gela..
Se ragionate in modo molecolare, sembrerà sorprendente che un gas sia in grado di raffreddarsi, al punto che non si condensa nemmeno in primo luogo; cioè, va allo stato liquido.
Un gas, altamente disordinato e diffuso, riesce improvvisamente a riorganizzare le sue particelle e ad affermarsi come un solido (qualunque sia il suo aspetto).
Di per sé questo sarà cinetico e termodinamicamente difficile, poiché necessita di un supporto che riceva le particelle di gas e le concentri in modo che interagiscano tra loro perdendo energia; cioè mentre si raffreddano. È qui che partecipa la superficie esposta al gas: funge da supporto e scambiatore di calore.
Le particelle di gas scambiano calore con la superficie più fredda o ghiacciata, quindi rallentano e poco a poco si formano i primi nuclei cristallini. Su questi nuclei, più freddi del gas circostante, iniziano a depositarsi altre particelle, che vengono incorporate nella loro struttura..
Il risultato finale di questo processo è che uno strato di cristalli o solido finisce per formarsi sulla superficie..
Affinché avvenga la sublimazione inversa, una di queste due condizioni deve normalmente verificarsi: la superficie a contatto con il gas deve avere una temperatura inferiore al punto di congelamento; oppure il gas deve essere superraffreddato, in modo tale che non appena tocca la superficie si deposita quando ne disturba la stabilità obiettivo.
D'altra parte, la deposizione può avvenire anche quando il gas è caldo. Se la superficie è sufficientemente fredda, l'alta temperatura del gas si trasferirà improvvisamente su di essa e le sue particelle si adatteranno alla struttura della superficie..
Esistono infatti metodi in cui la superficie non deve nemmeno essere fredda, poiché partecipa direttamente ad una reazione con le particelle gassose che finiscono covalentemente (o metalliche) su di essa depositate..
Nel settore della tecnologia, una metodologia che funziona da questo inizio e si chiama deposizione di vapori chimici per combustione.
Quando una birra è così fredda che quando viene tolta dal frigorifero il bicchiere della sua bottiglia si copre di bianco, si dice che sia vestita da sposa.
La bottiglia di birra fornisce la superficie necessaria per le molecole di vapore acqueo, H.DueOppure, schiantati e perdi energia rapidamente. Se il vetro è nero, noterai come diventa bianco dal nulla e puoi strapparlo con l'unghia per scrivere messaggi o disegnarci sopra..
A volte la deposizione di umidità dall'ambiente è tale che la birra appare ricoperta di brina bianca; ma l'effetto dura poco, perché con il passare dei minuti si condensa e inumidisce la mano di chi la tiene e beve.
Analogamente a quanto accade sulle pareti di una birra, la brina si deposita sulle pareti interne di alcuni frigoriferi. Allo stesso modo, questi strati di cristalli di ghiaccio sono osservati in natura a livello del suolo; non cade dal cielo a differenza della neve.
Il vapore acqueo super raffreddato si scontra con la superficie di foglie, alberi, erba, ecc., E finisce per dare loro calore, in modo da raffreddarsi e potersi depositare su di esse, manifestandosi nei loro caratteristici e radiosi schemi cristallini.
Finora si è parlato di acqua; Ma per quanto riguarda altre sostanze o composti? Se ci sono particelle d'oro gassose in una camera, ad esempio, e viene introdotto un oggetto freddo e resistente, su di esso verrà depositato uno strato d'oro. Lo stesso accadrebbe con altri metalli o composti, purché non richiedano un aumento di pressione o un vuoto..
Ciò che è stato appena descritto riguarda un metodo chiamato deposizione fisica, ed è utilizzato nell'industria dei materiali per creare rivestimenti metallici su parti specifiche. Ora, il problema sta nel come ottenere atomi di oro gassoso senza un elevato consumo di energia, poiché sono richieste temperature molto elevate..
È lì che entra il vuoto, per facilitare il passaggio dal solido al gas (sublimazione), nonché l'utilizzo di fasci di elettroni.
La fuliggine sulle pareti dei camini è spesso citata come esempio di deposizione fisica; Tuttavia, le finissime particelle di carbonio, già allo stato solido e sospese nel fumo, vengono semplicemente depositate senza subire un cambiamento di stato. Questo porta all'annerimento delle pareti.
Se c'è una reazione chimica tra il gas e la superficie, allora è una deposizione chimica. Questa tecnica è comune nella sintesi di semiconduttori, nel rivestimento di polimeri da strati battericidi e fotocatalitici di TiODue, o per fornire un materiale di protezione meccanica rivestendoli con ZrODue.
Grazie alla deposizione chimica è possibile avere superfici di diamanti, tungsteno, tellururi, nitruri, carburi, silicio, grafeni, nanotubi di carbonio, ecc..
I composti che hanno l'atomo M che vuole essere depositato, e che sono anche suscettibili alla decomposizione termica, possono dare M alla struttura superficiale in modo che si attacchi in modo permanente.
Per questo vengono solitamente utilizzati reagenti organometallici che, decomposti, cedono gli atomi di metallo senza la necessità di ottenerli direttamente da esso; cioè non sarebbe necessario utilizzare l'oro metallico, ma piuttosto un complesso d'oro per creare la “placcatura” dorata desiderata..
Si noti come il concetto iniziale di sublimazione o deposizione inversa finisce per evolversi in base alle applicazioni tecnologiche.
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