A condição do ponto triplo para sublimação
A sublimação, a transição de fase direta do estado sólido para o gasoso, ocorre em temperaturas e pressões abaixo do ponto triplo de uma substância. O ponto triplo é a única termodinâmica Estado em que as fases sólida, líquida e gasosa podem coexistir em equilíbrio. Em um diagrama de fases, a curva de sublimação separa as fases sólida e gasosa, tendo origem na origem e terminando no ponto triplo.
O conceito de ponto triplo é um pilar da termodinâmica, formalmente descrito pela regra das fases de Josiah Willard Gibbs. A regra das fases, [latex]F = C × P + 2[/latex], relaciona o número de graus de liberdade (F) de um sistema com o número de componentes (C) e o número de fases (P) em equilíbrio. Para uma substância pura (C=1), se três fases coexistirem (P=3), o número de graus de liberdade é F = 1 × 3 + 2 = 0. Isso significa que o estado é invariante; ele só pode existir em uma única combinação específica de temperatura e pressão, que é o ponto triplo.
O diagrama de fases de uma substância representa graficamente as condições sob as quais suas diferentes fases são estáveis. Normalmente, é um gráfico de pressão versus temperatura. O diagrama é dividido em regiões sólida, líquida e gasosa por limites de fase. A linha que separa as regiões sólida e gasosa é a curva de sublimação. Qualquer ponto nessa linha representa um estado em que as fases sólida e gasosa estão em equilíbrio. Se partirmos da região da fase sólida e diminuirmos a pressão a uma temperatura constante, cruzar essa linha induzirá a sublimação. Da mesma forma, aquecer um sólido a uma pressão constante abaixo da pressão do ponto triplo também o fará sublimar. Para a água, o ponto triplo está a 0,01 °C (273,16 K) e a uma pressão de 611,657 Pa. Qualquer pressão abaixo desse valor fará com que o gelo sublime diretamente em vapor de água ao ser aquecido, sem passar pela fase líquida. Esse princípio é fundamental para processos como a liofilização, em que baixa pressão é aplicada a materiais congelados para remover o conteúdo de água de forma eficiente, sem os efeitos danosos do calor intenso.
UNESCO Nomenclature: 2210
Termodinâmica
Precursores
- Estudos sobre os estados da matéria por Antoine Lavoisier
- development of the kinetic theory of gases by clausius and maxwell
- formulação das leis da termodinâmica
- Observações iniciais de mudanças de fase, como a ebulição da água e o derretimento do gelo.
Aplicações
- liofilização (secagem por congelamento) de alimentos e produtos farmacêuticos
- Entendendo a formação da cauda de um cometa no vácuo do espaço.
- formação de gelo (deposição)
- purificação de compostos químicos por sublimação a vácuo
- fabricação de gelo seco
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: sublimação, ponto triplo, diagrama de fases, transição de fase, termodinâmica, pressão, temperatura, regra das fases de Gibbs, sólido, gás.