www.wikidata.de-de.nina.az

Sublimation Phasenübergang Als Sublimation seltener auch Sublimierung von lateinisch sublimatio bzw sublimare früher im

Sublimation (Phasenübergang)

Als Sublimation, seltener auch Sublimierung (von lateinisch sublimatio bzw. sublimare, früher im Sinne von „läutern, destillieren, chemisch möglichst rein darstellen“, von sublimis „hoch in der Luft befindlich, erhaben“), bezeichnet man den Prozess des unmittelbaren Übergangs eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, ohne sich vorher zu verflüssigen. Es handelt sich um einen rein physikalischen Vorgang, bei dem der Stoff chemisch unverändert bleibt.

Sublimationsapparatur mit einem Kühlfinger, an dem der sublimierte Stoff sich abscheidet.
1 Eingang Kühlwasser
2 Ausgang Kühlwasser
3 Vakuumanschluss
4 Sublimationskammer
5 Sublimierter Stoff
6 Unsublimierter Stoff
7 Wärmezufuhr von außen
Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes und des Wassers

Bei den Druck- und Temperaturbedingungen, bei denen eine Sublimation auftritt, existiert kein flüssiger Aggregatzustand, wie im Phasendiagramm rechts ersichtlich. Man bezeichnet diese Bedingungen auch als Sublimationsdruck und Sublimationstemperatur, beziehungsweise zusammengenommen als Sublimationspunkt. Dieser wiederum ist ein Teil der Sublimationskurve des Phasendiagramms, die in nebenstehendem Beispiel durch die Phasengrenzlinie zwischen Feststoff und Gas unterhalb des Tripelpunktes gegeben ist.

Die Phasenumwandlung in Gegenrichtung zur Sublimation wird in der Fachsprache als Resublimation oder auch als Deposition oder Desublimation bezeichnet. Der Resublimationspunkt ist bei Reinstoffen identisch mit dem Sublimationspunkt. Bei Gemischen muss man beachten, dass sich beide unterscheiden können und daher in diesem Fall auch die Richtung der Phasenumwandlung eine Rolle spielt.

Existiert bei Normaldruck eine Sublimationstemperatur, so bezeichnet man diese als Normalsublimationstemperatur und tabelliert den Stoff mit deren Wert, ohne zusätzlich den Sublimationsdruck mit anzugeben.

Jeder Stoff nimmt bei seiner Sublimation die sogenannte Sublimationsenthalpie auf, die gleich der Summe aus Schmelzenthalpie und Verdampfungsenthalpie ist.

Beispiele Bearbeiten

  • Sublimation im eigentlichen Sinne
    • Bor, Kohlenstoff und Arsen, aber auch organische Verbindungen wie zum Beispiel Campher gehen bei Erhitzung unter Normaldruck direkt in Gasform über.
    • Trockeneis, bei −78,5 °C gefrorenes Kohlenstoffdioxid, sublimiert bei Wärmezufuhr und tritt unmittelbar in den gasförmigen Aggregatzustand über. Dabei bildet sich unter normalen Druckbedingungen keine Flüssigkeit wie z. B. bei der Erwärmung von Wassereis: hiervon leitet sich die Bezeichnung Trockeneis ab.
  • Sublimation oberhalb des Tripelpunktes
    • Wasser tritt bei ausreichend kalter und trockener Luft bei Atmosphärendruck aus seinem festen Aggregatzustand Eis ebenfalls direkt in Gasform (Wasserdampf) über. Der Grund dafür ist, dass der Wasserdampfdruck ein Partialdruck der Luft ist und somit kleiner als der Atmosphärendruck der Luft. Deshalb spielt sich dieser Phasenübergang im Phasendiagramm für Wasser im Bereich der Sublimation unterhalb des Tripelpunktes ab, auch wenn es scheinbar bei Atmosphärendruck geschieht. Dank dieses Effektes trocknet feuchte Wäsche unter den entsprechenden Bedingungen bei Frost an der Außenluft schneller als in Innenräumen, deren wärmere Luft bereits mit Wasserdampf mehr oder weniger gesättigt ist.
    • Iod sublimiert bei Normaldruck beim Erwärmen, wobei dieses als violettes Gas besonders effektvoll ist und daher häufig als Schauexperiment genutzt wird. Tatsächlich liegt der Druck am Tripelpunkt (386,65 K, 12,1 kPa) weit unterhalb des Umgebungsdruckes (101,315 kPa). Solange jedoch die Temperatur unter dem Schmelzpunkt (113,70 °C) gehalten wird, geht Iod tatsächlich aus dem festen in den gasförmigen Zustand über. Darüber hinaus schmilzt Iod erst zu einer tief violetten bis schwarzen Flüssigkeit.

Verwechslung mit Dissoziation Bearbeiten

Die Sublimation kann mit der Dissoziation verwechselt werden. So zerfällt bspw. Ammoniumchlorid beim Erhitzen in Ammoniak und Chlorwasserstoff.

Anwendung Bearbeiten

Bei der Werkstoffbearbeitung mittels Laserstrahlsublimierschneiden tritt mit hoher Impulsleistung des Lasers die Sublimation auf. Der Werkstoff schmilzt dabei nicht erst auf, sondern geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Es entsteht ein sehr sauberer Schnitt ohne Schlacken und ausgefranste Ränder.

Weitere Anwendungen sind das Gefriertrocknen von Lebensmitteln, das im Vergleich zu anderen Trocknungsmethoden sehr schonend ist, sowie der Sublimationsdruck.

Frisch resublimiertes Ferrocen an einem Kühlfinger.

Die Sublimation ist auch eine Alternative zum Umkristallisieren bei der Aufreinigung von Produkten in der Synthesechemie. Gegenüber der Kristallisation bietet die Sublimation einige Vorteile: Die Produkte sind oft sehr sauber und es lassen sich auch kleinste Mengen bequem in einer Sublimationsapparatur sublimieren. Ein Beispiel für die Anwendung der Sublimation kleiner Mengen im radiochemischen Feld zur radiochemischen Reinigung eines Nuklides präsentieren die Autoren im Rahmen der Halbwertszeitbestimmung von 79Se. Die Sublimation ist vorwiegend ein Laborverfahren zur Stoffreinigung, z. B. für Ferrocen und Pyrogallol. Nachteilig gegenüber der Kristallisation aus der Schmelze ist die vergleichsweise schwierige Maßstabsvergrößerung (scaling up) bei der Sublimation. In der chemischen Industrie besitzt die technische Durchführung der Sublimation als Trennmethode deshalb nur eine untergeordnete Bedeutung. Als Raffinationsverfahren für Naphthalin, Phthalsäureanhydrid, Campher, Anthrachinon, Salicylsäure, Benzoesäure, Uranhexafluorid und vieler Metalle findet die Sublimation eine technische Anwendung.

Transportreaktionen Bearbeiten

Chemische Transportreaktionen dienen der Aufreinigung von Stoffen (meist Metallen) mittels Sublimation. Hier wird jedoch der zu reinigende Stoff zuerst in chemischen Reaktionen zu einem Folgestoff umgesetzt, welcher z. B. einen niedrigeren Sublimationsdruck besitzt. Beispiele für Transportreaktionen sind das Mond-Verfahren oder das Van-Arkel-de-Boer-Verfahren.

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Wilhelm Hassenstein, Hermann Virl: Das Feuerwerkbuch von 1420. 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Büchsenmeisterei. Neudruck des Erstdruckes aus dem Jahr 1529 mit Übertragung ins Hochdeutsche und Erläuterungen von Wilhelm Hassenstein. Verlag der Deutschen Technik, München 1941, S. 40 (Sublimieren).
  2. Eintrag zu sublimation. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.S06069.
  3. Michael Wächter: Chemielabor – Einführung in die Laborpraxis. 1. Auflage. Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2011, S. 76, ISBN 978-3-527-32996-0.
  4. jom: FRAGEN SIE NUR!: Eiskalt verdunstet. In: badische-zeitung.de, Ratgeber, Bildung & Wissen, 10. Dezember 2011 (16. Dezember 2011).
  5. NileRed: The Iodine Myth. Abgerufen am 13. September 2017. Gut erkennbar das Schmelzen und die tief violette Farbe des flüssigen Iodes.
  6. Heinz G. O. Becker et al.: Organikum, Johann Ambrosius Barth Verlag Leipzig, Berlin, Heidelberg, S. 53–54, ISBN 3-335-00343-8.
  7. Physikalisch-Technische Bundesanstalt: The half-life of 79Se, News 2010.
  8. Jörg, G., Bühnemann, R., Hollas, S., Kivel, N., Kossert, K., Van Winckel, S., Lierse v. Gostomski, Ch. Applied Radiation and Isotopes 68 (2010), 2339–2351.
  9. T. J. Kealy, P. L. Pauson: A New Type of Organo-Iron Compound. Nature 1951, 168, 1039. doi:10.1038/1681039b0.
  10. Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 5: Pl–S. 8., neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1987, ISBN 3-440-04515-3.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Als Sublimation seltener auch Sublimierung von lateinisch sublimatio bzw sublimare fruher im Sinne von lautern destillieren chemisch moglichst rein darstellen 1 von sublimis hoch in der Luft befindlich erhaben bezeichnet man den Prozess des unmittelbaren Ubergangs eines Stoffes vom festen in den gasformigen Aggregatzustand ohne sich vorher zu verflussigen 2 Es handelt sich um einen rein physikalischen Vorgang bei dem der Stoff chemisch unverandert bleibt Sublimationsapparatur mit einem Kuhlfinger an dem der sublimierte Stoff sich abscheidet 1 Eingang Kuhlwasser2 Ausgang Kuhlwasser3 Vakuumanschluss4 Sublimationskammer5 Sublimierter Stoff6 Unsublimierter Stoff7 Warmezufuhr von aussen Phasendiagramm eines gewohnlichen Stoffes und des WassersBei den Druck und Temperaturbedingungen bei denen eine Sublimation auftritt existiert kein flussiger Aggregatzustand wie im Phasendiagramm rechts ersichtlich Man bezeichnet diese Bedingungen auch als Sublimationsdruck und Sublimationstemperatur beziehungsweise zusammengenommen als Sublimationspunkt Dieser wiederum ist ein Teil der Sublimationskurve des Phasendiagramms die in nebenstehendem Beispiel durch die Phasengrenzlinie zwischen Feststoff und Gas unterhalb des Tripelpunktes gegeben ist Die Phasenumwandlung in Gegenrichtung zur Sublimation wird in der Fachsprache als Resublimation 3 oder auch als Deposition oder Desublimation bezeichnet Der Resublimationspunkt ist bei Reinstoffen identisch mit dem Sublimationspunkt Bei Gemischen muss man beachten dass sich beide unterscheiden konnen und daher in diesem Fall auch die Richtung der Phasenumwandlung eine Rolle spielt Existiert bei Normaldruck eine Sublimationstemperatur so bezeichnet man diese als Normalsublimationstemperatur und tabelliert den Stoff mit deren Wert ohne zusatzlich den Sublimationsdruck mit anzugeben Jeder Stoff nimmt bei seiner Sublimation die sogenannte Sublimationsenthalpie auf die gleich der Summe aus Schmelzenthalpie und Verdampfungsenthalpie ist Inhaltsverzeichnis 1 Beispiele 2 Verwechslung mit Dissoziation 3 Anwendung 4 Transportreaktionen 5 Siehe auch 6 EinzelnachweiseBeispiele BearbeitenSublimation im eigentlichen Sinne Bor Kohlenstoff und Arsen aber auch organische Verbindungen wie zum Beispiel Campher gehen bei Erhitzung unter Normaldruck direkt in Gasform uber Trockeneis bei 78 5 C gefrorenes Kohlenstoffdioxid sublimiert bei Warmezufuhr und tritt unmittelbar in den gasformigen Aggregatzustand uber Dabei bildet sich unter normalen Druckbedingungen keine Flussigkeit wie z B bei der Erwarmung von Wassereis hiervon leitet sich die Bezeichnung Trockeneis ab Sublimation oberhalb des Tripelpunktes Wasser tritt bei ausreichend kalter und trockener Luft bei Atmospharendruck aus seinem festen Aggregatzustand Eis ebenfalls direkt in Gasform Wasserdampf uber Der Grund dafur ist dass der Wasserdampfdruck ein Partialdruck der Luft ist und somit kleiner als der Atmospharendruck der Luft Deshalb spielt sich dieser Phasenubergang im Phasendiagramm fur Wasser im Bereich der Sublimation unterhalb des Tripelpunktes ab auch wenn es scheinbar bei Atmospharendruck geschieht Dank dieses Effektes trocknet feuchte Wasche unter den entsprechenden Bedingungen bei Frost an der Aussenluft schneller als in Innenraumen deren warmere Luft bereits mit Wasserdampf mehr oder weniger gesattigt ist 4 Iod sublimiert bei Normaldruck beim Erwarmen wobei dieses als violettes Gas besonders effektvoll ist und daher haufig als Schauexperiment genutzt wird Tatsachlich liegt der Druck am Tripelpunkt 386 65 K 12 1 kPa weit unterhalb des Umgebungsdruckes 101 315 kPa Solange jedoch die Temperatur unter dem Schmelzpunkt 113 70 C gehalten wird geht Iod tatsachlich aus dem festen in den gasformigen Zustand uber Daruber hinaus schmilzt Iod erst zu einer tief violetten bis schwarzen Flussigkeit 5 Verwechslung mit Dissoziation BearbeitenDie Sublimation kann mit der Dissoziation verwechselt werden So zerfallt bspw Ammoniumchlorid beim Erhitzen in Ammoniak und Chlorwasserstoff Anwendung BearbeitenBei der Werkstoffbearbeitung mittels Laserstrahlsublimierschneiden tritt mit hoher Impulsleistung des Lasers die Sublimation auf Der Werkstoff schmilzt dabei nicht erst auf sondern geht direkt vom festen in den gasformigen Zustand uber Es entsteht ein sehr sauberer Schnitt ohne Schlacken und ausgefranste Rander Weitere Anwendungen sind das Gefriertrocknen von Lebensmitteln das im Vergleich zu anderen Trocknungsmethoden sehr schonend ist sowie der Sublimationsdruck nbsp Frisch resublimiertes Ferrocen an einem Kuhlfinger Die Sublimation ist auch eine Alternative zum Umkristallisieren bei der Aufreinigung von Produkten in der Synthesechemie Gegenuber der Kristallisation bietet die Sublimation einige Vorteile Die Produkte sind oft sehr sauber und es lassen sich auch kleinste Mengen bequem in einer Sublimationsapparatur sublimieren 6 Ein Beispiel fur die Anwendung der Sublimation kleiner Mengen im radiochemischen Feld zur radiochemischen Reinigung eines Nuklides prasentieren die Autoren im Rahmen der Halbwertszeitbestimmung von 79Se 7 8 Die Sublimation ist vorwiegend ein Laborverfahren zur Stoffreinigung z B fur Ferrocen 9 und Pyrogallol Nachteilig gegenuber der Kristallisation aus der Schmelze ist die vergleichsweise schwierige Massstabsvergrosserung scaling up bei der Sublimation In der chemischen Industrie besitzt die technische Durchfuhrung der Sublimation als Trennmethode deshalb nur eine untergeordnete Bedeutung Als Raffinationsverfahren fur Naphthalin Phthalsaureanhydrid Campher Anthrachinon Salicylsaure Benzoesaure Uranhexafluorid und vieler Metalle findet die Sublimation eine technische Anwendung 10 Transportreaktionen BearbeitenChemische Transportreaktionen dienen der Aufreinigung von Stoffen meist Metallen mittels Sublimation Hier wird jedoch der zu reinigende Stoff zuerst in chemischen Reaktionen zu einem Folgestoff umgesetzt welcher z B einen niedrigeren Sublimationsdruck besitzt Beispiele fur Transportreaktionen sind das Mond Verfahren oder das Van Arkel de Boer Verfahren Siehe auch BearbeitenSublimat Quecksilber GeschichteEinzelnachweise Bearbeiten Wilhelm Hassenstein Hermann Virl Das Feuerwerkbuch von 1420 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Buchsenmeisterei Neudruck des Erstdruckes aus dem Jahr 1529 mit Ubertragung ins Hochdeutsche und Erlauterungen von Wilhelm Hassenstein Verlag der Deutschen Technik Munchen 1941 S 40 Sublimieren Eintrag zu sublimation In IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book doi 10 1351 goldbook S06069 Michael Wachter Chemielabor Einfuhrung in die Laborpraxis 1 Auflage Wiley VCH Verlag Weinheim 2011 S 76 ISBN 978 3 527 32996 0 jom FRAGEN SIE NUR Eiskalt verdunstet In badische zeitung de Ratgeber Bildung amp Wissen 10 Dezember 2011 16 Dezember 2011 NileRed The Iodine Myth Abgerufen am 13 September 2017 Gut erkennbar das Schmelzen und die tief violette Farbe des flussigen Iodes Heinz G O Becker et al Organikum Johann Ambrosius Barth Verlag Leipzig Berlin Heidelberg S 53 54 ISBN 3 335 00343 8 Physikalisch Technische Bundesanstalt The half life of 79Se News 2010 Jorg G Buhnemann R Hollas S Kivel N Kossert K Van Winckel S Lierse v Gostomski Ch Applied Radiation and Isotopes 68 2010 2339 2351 T J Kealy P L Pauson A New Type of Organo Iron Compound Nature 1951 168 1039 doi 10 1038 1681039b0 Otto Albrecht Neumuller Hrsg Rompps Chemie Lexikon Band 5 Pl S 8 neubearbeitete und erweiterte Auflage Franckh sche Verlagshandlung Stuttgart 1987 ISBN 3 440 04515 3 Ubergange zwischen den klassischen Aggregatzustanden Ausgangs zustand Endzustandfest flussig gasformigfest Schmelzen Sublimierenflussig Erstarren Verdampfen Sieden Verdunsten gasformig KondensierenResublimieren Kondensieren Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Sublimation Phasenubergang amp oldid 238243956