Sublimación inversa

Sublimación inversa.
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Concepto:Proceso de cambio de fase o de estado de agregación de la materia

Sublimación inversa. Proceso caracterizado por un cambio de fase experimentado por una sustancia que logra pasar desde el estado gaseoso a la fase sólida salteándose la instancia de estado líquido,

Definición

La sublimación inversa es un proceso termodinámico en el que ocurre un cambio de estado exotérmico desde un gas a un sólido sin primero convertirse en un líquido. También se le conoce por los nombres de sublimación regresiva, desublimación, o deposición; este último es el más utilizado en los textos escolares y enciclopédicos. La sublimación inversa, como su nombre por sí solo revela, es el fenómeno opuesto a la sublimación: no se parte de un sólido que se evapora, sino de un gas que solidifica o se congela. Si se razona molecularmente, lucirá increíble el hecho de que un gas sea capaz de enfriarse, a tal punto que ni siquiera condense en primer lugar; es decir, que pase al estado líquido.

Termodinámica de la sublimación inversa

Para vincular a la termodinámica con el proceso de sublimación inversa primero es conveniente saber (o recordar) varios conceptos. Es necesario tener en claro, por ejemplo, que la porción de algo aislada para estudiarla se clasifica como sustancia de trabajo o sistema termodinámico. Si se tiene en cuenta el nivel de aislamiento, es posible reconocer entre sistema aislado, sistema cerrado y sistema abierto. Puede hablarse, incluso, de sistemas heterogéneos y de sistemas homogéneos. En este marco adquiere relevancia la ecuación de estado, un recurso que marca el lazo o conexión entre cuestiones relacionadas a un sistema hidrostático (energía interna, presión, densidad, temperatura y volumen, entre otras variables que sirven para describir el estado de agregación de la materia). También, para una mejor comprensión de los fenómenos y minimizar las chances de confusiones, hay que posar la mirada en las diferencias que presentan los procesos endotérmicos (en los cuales se advierte un incremento de la magnitud termodinámica conocida como entalpía o bien, la energía interna, notándose en ellos la absorción de energía térmica del entorno) y los procesos exotérmicos (donde la liberación de energía por parte del sistema puede darse en forma de sonido, luz, electricidad o calor). Y tras mencionar a la entalpía (que equivale a la sumatoria de la energía interna de un cuerpo añadiéndole el producto obtenido del volumen multiplicado por la presión exterior), vale la pena instruirse sobre otra magnitud termodinámica llamada entropía. Esta última sirve para medir la porción de energía que no se utiliza al momento de concretar un trabajo. Es expresada como el cociente surgido del calor que cede un determinado cuerpo y su temperatura absoluta. No menos trascendentes son las leyes de la termodinámica (Ley de la conservación de la energía, Ley de la Entropía, Principio cero de la termodinámica) ni el calor latente (tal como se nombra a cuánta energía necesita una sustancia específica para lograr un cambio de fase, ya sea de líquido a gaseoso por el proceso de vaporización o de sólido a líquido con un calor vinculado a la fusión.

Métodos experimentales

Existen varios métodos experimentales para aprender acerca de la sublimación inversa y estudiar detenidamente este proceso. Una opción válida es la calorimetría destinada a la medición de la cantidad de calor que se transfiere desde, o hacia, una cierta sustancia. De la mano de la espectroscopia (técnica que se basa en la descomposición de la luz y en calcular distintas longitudes de onda, tanto visibles como de luz no visible), por otra parte, se logra establecer el nivel de luz despedido, reflejado o absorbido por un elemento. Asimismo, son útiles los métodos de la medición de presión de vapor y la microscopia electrónica.

Factores que influyen en la sublimación inversa

Cabe destacar que hay múltiples factores que influyen en la sublimación inversa. La temperatura, la presión y el volumen lideran el listado. De estar frente a un sistema cerrado expuesto a una cierta temperatura, en tanto, se hace notar una presión, conocida como presión de vapor, ejercida por vapor o fase gaseosa en torno al estado líquido. Esto sucede cada vez que hay un equilibrio dinámico entre el vapor y la fase líquida. Y no hay que obviar al equilibrio de fases, que implica el contacto de al menos dos estados de la materia (sólido, líquido o gaseoso) y se determina cuando el potencial químico de algún elemento que compone al sistema analizado consigue estabilidad al cabo de un tiempo.

Procesos que implican un cambio de fase

Los procesos que implican un cambio de fase son cinco. Cuando tiene lugar una sublimación queda atrás el estado sólido y se pasa directamente a la fase gaseosa. En una fusión, por describir otra posibilidad, una sustancia transita desde el estado sólido hasta transformarse en líquida. Cambiar de líquido a estado gaseoso una sustancia se consigue con vaporización, mientras que la solidificación se caracteriza por generar la evolución de un gas o un líquido hacia el estado sólido. Antes de dar por concluido este artículo informativo es interesante aludir a la condensación, tal el nombre de un proceso de carácter físico durante el cual una sustancia, acompañada po una temperatura y una presión especial, logra pasar a estado líquido desde una fase inicial gaseosa.

Ejemplos de sublimación inversa

Cerveza vestida de novia Cuando una cerveza están tan fría que al sacársele del refrigerador el cristal de su botella se recubre de blanco, se dice que está vestida de novia. La botella de la cerveza ofrece la superficie necesaria para que las moléculas del vapor de agua, H2O, choquen y pierdan energía rápidamente. Si el cristal es de color negro, se notará cómo de la nada se emblanquece, y se le puede rasgar con la uña para escribir mensajes o hacer dibujos sobre ella. A veces la deposición de la humedad del entorno es tal, que la cerveza luce recubierta de escarcha blanca; pero el efecto dura poco, porque al paso de los minutos se condensa y humedece la mano de quien la sostiene y bebe. Escarcha Similar a lo que sucede en las paredes de una cerveza, la escarcha se deposita en las paredes internas de algunos refrigeradores. Asimismo, estas capas de cristales de hielo se observa en la naturaleza a niveles del suelo; no cae del cielo a diferencia de la nieve. El vapor de agua sobreenfríado choca con la superficie de las hojas, árboles, césped, etc., y termina cediéndoles calor, para así enfriarse y poder depositarse sobre ellos, y manifestarse en sus característicos y radiantes patrones cristalinos. Deposición física Hasta ahora se ha hablado del agua; pero, ¿qué hay de otras sustancias o compuestos? Si en una recámara hay partículas gaseosas de oro, por ejemplo, y se introduce un objeto gélido y resistente, entonces sobre él se depositará una capa de oro. De igual modo sucedería con otros metales o compuestos, siempre que no requieran un aumento de la presión o de un vacío. Lo recién descrito se trata de un método llamado deposición física, y se utiliza en la industria de materiales para crear recubrimientos metálicos en piezas específicas. Ahora, el problema reside en cómo obtener los átomos gaseosos de oro sin un elevado consumo de energía, pues se requiere de temperaturas muy altas. Es allí donde entra el vacío, para facilitar el paso del sólido al gas (sublimación), así como el uso de rayos de electrones. Se suele citar el hollín sobre las paredes de las chimeneas como un ejemplo de deposición física; aunque, las finísimas partículas de carbono, ya en estado sólido, y suspendidas en el humo, sencillamente se depositan sin que experimenten cambio de estado. Esto conlleva al ennegrecimiento de las paredes. Deposición química Si hay reacción química entre el gas y la superficie, entonces se trata de una deposición química. Esta técnica es habitual en la síntesis de semiconductores, en el recubrimiento de polímeros por capas bactericidas y fotocatalíticas de TiO2, o para proveer un material de protección mecánica al recubrirlas con ZrO2. Gracias a la deposición química pueden tenerse superficies de diamantes, tungsteno, telururos, nitruros, carburos, silicio, grafenos, nanotubos de carbono, etc. Los compuestos que poseen el átomo M que quiera depositarse, y que son susceptibles además a descomponerse térmicamente, pueden ceder M a la estructura de la superficie para que se adhiera permanentemente. Es por eso que suele acudirse a reactivos organometálicos, los cuales al descomponerse ceden los átomos del metal sin necesidad de obtenerlo de él directamente; es decir, no haría falta utilizar oro metálico, sino un complejo de oro para crear el deseado “chapado” dorado. Nótese cómo el concepto inicial de sublimación inversa o deposición termina evolucionando de acuerdo a las aplicaciones tecnológicas.


Fuentes

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