SUBLIMATION INVERSÉE: CONCEPT ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

La sublimation inverse est un processus thermodynamique dans lequel un changement se produit d'un état gaz exothermique 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 encyclopédiques.

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 manière à refroidir suffisamment pour former des cristaux, se solidifier ou geler sur une surface.

La sublimation inverse se produit partout où il y a une surface suffisamment froide pour que des cristaux s'y déposent directement à partir d'une phase gazeuse. Source: Pixabay.

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 avec le gel déposé sur les feuilles ou les paysages d'hiver.

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.

Concept de sublimation inverse

La sublimation inverse, comme son seul nom l'indique, est le phénomène inverse de 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 où il ne se condense même pas en premier lieu; c'est-à-dire qu'il passe à l'état liquide.

Le rôle de la surface

Un gaz, très désordonné et diffus, parvient tout à coup à réorganiser ses particules et à s'imposer 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 pour qu'elles interagissent les unes avec les autres tout 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, de sorte qu'elles ralentissent 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.

termes

Pour que la sublimation inverse se produise, l'une ou l'autre de ces deux conditions doit normalement exister: la surface en contact avec le gaz doit être 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 à partir de ce principe est largement utilisée et est appelée dépôt chimique en phase vapeur par combustion.

Exemples de sublimation inverse

Bière habillée en mariée

Lorsqu'une bière est si froide que le verre de sa bouteille est recouvert de blanc lorsqu'elle est sortie du réfrigérateur, on dit qu'elle est habillée en mariée.

La bouteille de bière fournit la surface nécessaire pour que les molécules de vapeur d'eau, H ₂ O, entrent en collision et perdent 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 la boivent.

Gel

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; il 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 pouvoir s'y déposer, et se manifester dans leurs motifs cristallins caractéristiques et rayonnants.

Dépôt physique

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, tant 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 l'obtention des atomes d'or gazeux sans forte consommation d'énergie, car des températures très élevées sont nécessaires.

C'est là que le vide entre en jeu, pour faciliter le passage du solide au gaz (sublimation), ainsi que l'utilisation des faisceaux d'électrons.

La suie sur les murs de cheminée est souvent citée comme un exemple de dépôt physique; bien que 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.

Dépôt chimique

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 TiO ₂, ou pour fournir un matériau de protection mécanique en les enduisant de ZrO ₂.

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 à déposer, et sont également sensibles à la décomposition thermique, peuvent céder M à la structure de surface de sorte qu'il devient fixé en permanence.

C'est pourquoi il est habituel de recourir à des réactifs organométalliques qui, une fois décomposés, abandonnent les atomes métalliques sans qu'il soit nécessaire de s'en procurer directement; autrement dit, il ne serait pas nécessaire d'utiliser de l'or métallique, mais plutôt un complexe d'or pour créer le «placage» d'or souhaité.

Notez comment le concept initial de sublimation ou dépôt inverse finit par évoluer en fonction des applications technologiques.

Références

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2. Maria Estela Raffino. (12 novembre 2019). Sublimation inverse. Récupéré de: concept.de
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