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La condizione del punto triplo per la sublimazione

1880
  • Josiah Willard Gibbs
Apparecchiatura di laboratorio per la dimostrazione della sublimazione e delle transizioni di fase in termodinamica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La sublimazione, la transizione di fase diretta da solido a gas, avviene a temperature e pressioni inferiori al punto triplo di una sostanza. Il punto triplo è l'unico termodinamico stato in cui le fasi solida, liquida e gassosa possono coesistere in equilibrio. Su un diagramma di fase, la curva di sublimazione separa le fasi solida e gassosa, originando dall'origine e terminando nel punto triplo.

Il concetto di punto triplo è una pietra miliare della termodinamica, formalmente descritto dalla regola di fase di Josiah Willard Gibbs. La regola delle fasi, [latex]F = C - P + 2[/latex], mette in relazione il numero di gradi di libertà (F) di un sistema con il numero di componenti (C) e il numero di fasi (P) in equilibrio. Per una sostanza pura (C=1), se coesistono tre fasi (P=3), il numero di gradi di libertà è F = 1 - 3 + 2 = 0. Ciò significa che lo stato è invariante; può esistere solo a una singola, specifica combinazione di temperatura e pressione, che è il punto triplo.

Il diagramma di fase di una sostanza rappresenta graficamente le condizioni in cui le sue diverse fasi sono stabili. Si tratta tipicamente di un grafico che rappresenta la pressione in funzione della temperatura. Il diagramma è suddiviso in regioni solide, liquide e gassose dai confini di fase. La linea che separa le regioni solide e gassose è la curva di sublimazione. Qualsiasi punto su questa linea rappresenta uno stato in cui le fasi solida e gassosa sono in equilibrio. Se si parte dalla regione di fase solida e si abbassa la pressione a temperatura costante, attraversando questa linea si indurrà la sublimazione. Analogamente, riscaldare un solido a una pressione costante inferiore alla pressione del punto triplo ne causerà la sublimazione. Per l'acqua, il punto triplo si trova a 0,01 °C (273,16 K) e a una pressione di 611,657 Pa. Qualsiasi pressione inferiore a questo valore causerà la sublimazione del ghiaccio direttamente in vapore acqueo durante il riscaldamento, bypassando completamente la fase liquida. Questo principio è fondamentale per processi come la liofilizzazione, in cui ai materiali congelati viene applicata una bassa pressione per rimuovere efficacemente il contenuto d'acqua senza gli effetti dannosi del calore elevato.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Termodinamica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • studi sugli stati della materia di antoine lavoisier
  • sviluppo della teoria cinetica dei gas da parte di Clausius e Maxwell
  • formulazione delle leggi della termodinamica
  • prime osservazioni dei cambiamenti di fase, come l'ebollizione dell'acqua e lo scioglimento del ghiaccio

Applicazioni

  • liofilizzazione di alimenti e prodotti farmaceutici
  • comprendere la formazione della coda della cometa nel vuoto dello spazio
  • formazione di brina (deposizione)
  • purificazione di composti chimici tramite sublimazione sotto vuoto
  • produzione di ghiaccio secco

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: sublimazione, punto triplo, diagramma di fase, transizione di fase, termodinamica, pressione, temperatura, regola di Gibbs delle fasi, solido, gas.

Contesto storico

La condizione del punto triplo per la sublimazione

1870
1873
1877
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1882-01-01
1883
1884
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01
1884
1885

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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