La sublimation inverse est un processus thermodynamique dans lequel un changement d'état exothermique se produit d'un gaz à un solide sans devenir au préalable un liquide. Il est également connu sous les noms de sublimation régressive, de désublimation ou de dépôt; ce dernier est le plus utilisé dans les textes scolaires et les encyclopédies.
On dit que la sublimation inverse est un processus exothermique parce que les particules gazeuses (atomes ou molécules) doivent perdre de l'énergie en libérant de la chaleur dans l'environnement; de telle sorte qu'ils refroidissent suffisamment pour former des cristaux, se solidifier ou geler sur une surface.
Le mot «dépôt» (et non «dépôt») signifie que la particule est déposée à partir d'une phase gazeuse sans mouiller la surface réceptrice. C'est pourquoi les phénomènes de sublimation inverse se retrouvent souvent sur des objets glacés; comme le givre déposé sur les feuilles ou les paysages hivernaux.
Un tel dépôt est souvent détecté par une fine couche de cristaux; bien qu'il puisse également être constitué d'une poudre ou d'argile apparente. En contrôlant ce processus, de nouveaux matériaux multicouches peuvent être conçus, chaque couche étant constituée d'un solide spécifique déposé par des processus chimiques ou physiques..
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La sublimation inverse, comme son nom seul le révèle, est le phénomène opposé à la sublimation: elle ne part pas d'un solide qui s'évapore, mais d'un gaz qui se solidifie ou gèle..
Si vous raisonnez moléculaire, il semblera étonnant qu'un gaz soit capable de se refroidir, au point qu'il ne se condense même pas en premier lieu; c'est-à-dire qu'il passe à l'état liquide.
Un gaz, très désordonné et diffus, parvient soudain à réorganiser ses particules et à s'établir comme un solide (quelle que soit son apparence).
En soi, cela sera cinétique et thermodynamiquement difficile, car il a besoin d'un support qui reçoit les particules de gaz et les concentre afin qu'elles interagissent les unes avec les autres en perdant de l'énergie; c'est-à-dire pendant qu'ils se refroidissent. C'est là qu'intervient la surface exposée au gaz: servant de support et d'échangeur de chaleur.
Les particules de gaz échangent de la chaleur avec la surface plus froide ou glacée, elles ralentissent donc et peu à peu les premiers noyaux cristallins se forment. Sur ces noyaux, plus froids que le gaz environnant, d'autres particules commencent à se déposer, qui sont incorporées dans leur structure..
Le résultat final de ce processus est qu'une couche de cristaux ou de solide finit par se former sur la surface..
Pour que la sublimation inverse se produise, l'une ou l'autre de ces deux conditions doit normalement se produire: la surface en contact avec le gaz doit avoir une température inférieure à son point de congélation; ou le gaz doit être surfondu, de telle sorte que dès qu'il touche la surface, il se dépose lorsqu'il perturbe sa stabilité de but.
D'autre part, un dépôt peut également se produire lorsque le gaz est chaud. Si la surface est suffisamment froide, la température élevée du gaz s'y transférera brusquement et entraînera l'adaptation de ses particules à la structure de la surface..
En fait, il existe des méthodes où la surface n'a même pas besoin d'être froide, puisqu'elle participe directement à une réaction avec les particules gazeuses qui finissent par se déposer de manière covalente (ou métallique) dessus..
Dans l'industrie technologique, une méthodologie qui fonctionne depuis ce début et qui s'appelle dépôt chimique en phase vapeur par combustion.
Lorsqu'une bière est si froide que lorsqu'elle est sortie du réfrigérateur le verre de sa bouteille est recouvert de blanc, on dit qu'elle est habillée en mariée.
La bouteille de bière fournit la surface nécessaire pour les molécules de vapeur d'eau, HdeuxOu, vous écrasez et perdez de l'énergie rapidement. Si le verre est noir, vous remarquerez comment il devient blanc de nulle part, et vous pouvez le déchirer avec votre ongle pour écrire des messages ou dessiner des images dessus..
Parfois, le dépôt d'humidité de l'environnement est tel que la bière semble couverte de givre blanc; mais l'effet ne dure pas longtemps, car au fil des minutes, il se condense et humidifie la main de ceux qui la tiennent et boivent.
Semblable à ce qui se passe sur les parois d'une bière, du givre se dépose sur les parois intérieures de certains réfrigérateurs. De même, ces couches de cristaux de glace sont observées dans la nature au niveau du sol; ne tombe pas du ciel contrairement à la neige.
La vapeur d'eau surfondue entre en collision avec la surface des feuilles, des arbres, de l'herbe, etc., et finit par leur donner de la chaleur, afin de se refroidir et de pouvoir s'y déposer, et se manifeste dans leurs motifs cristallins caractéristiques et rayonnants..
Jusqu'à présent, on a parlé d'eau; Mais qu'en est-il des autres substances ou composés? S'il y a des particules d'or gazeuses dans une chambre, par exemple, et qu'un objet froid et résistant est introduit, alors une couche d'or sera déposée dessus. La même chose se produirait avec d'autres métaux ou composés, à condition qu'ils ne nécessitent pas d'augmentation de pression ou de vide..
Ce qui vient d'être décrit concerne une méthode appelée dépôt physique, et elle est utilisée dans l'industrie des matériaux pour créer des revêtements métalliques sur des pièces spécifiques. Or, le problème réside dans la façon d'obtenir des atomes d'or gazeux sans forte consommation d'énergie, car des températures très élevées sont nécessaires..
C'est là que le vide entre, pour faciliter le passage du solide au gaz (sublimation), ainsi que l'utilisation de faisceaux d'électrons.
La suie sur les murs de cheminée est souvent citée comme un exemple de dépôt physique; Cependant, les très fines particules de carbone, déjà à l'état solide, et en suspension dans la fumée, se déposent simplement sans subir de changement d'état. Cela conduit au noircissement des murs.
S'il y a une réaction chimique entre le gaz et la surface, il s'agit d'un dépôt chimique. Cette technique est courante dans la synthèse de semi-conducteurs, dans le revêtement de polymères par des couches bactéricides et photocatalytiques de TiOdeux, ou pour fournir un matériau de protection mécanique en les enduisant de ZrOdeux.
Grâce au dépôt chimique, il est possible d'avoir des surfaces de diamants, tungstène, tellurures, nitrures, carbures, silicium, graphènes, nanotubes de carbone, etc..
Les composés qui ont l'atome M qui veut être déposé, et qui sont également sensibles à la décomposition thermique, peuvent donner M à la structure de surface de sorte qu'elle colle de manière permanente.
C'est pourquoi on utilise généralement des réactifs organométalliques qui, lorsqu'ils sont décomposés, abandonnent les atomes métalliques sans qu'il soit nécessaire de les obtenir directement à partir de ceux-ci; c'est-à-dire qu'il ne serait pas nécessaire d'utiliser de l'or métallique, mais plutôt un complexe d'or pour créer le «placage» doré souhaité..
Notez comment le concept initial de sublimation inverse ou de dépôt finit par évoluer en fonction des applications technologiques.
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