Ablagerungsdefinition in der Wissenschaft

Die Ablagerung bezieht sich per Definition in der Chemie auf einen Phasenübergang, bei dem Materie direkt von einem gasförmigen Zustand in einen festen Zustand übergeht, ohne eine flüssige Zwischenphase zu durchlaufen. Die Abscheidung ist das Gegenteil von Sublimation, einem Phasenübergang, bei dem ein Feststoff direkt in ein Gas übergeht.

Abscheidung und Sublimation sind 2 der 6 Phasenübergänge erster Ordnung, die anderen 4 sind: Einfrieren (flüssig zu fest), Schmelzen (fest zu flüssig), Verdampfen (flüssig zu Gas) und Kondensation (Gas zu Flüssigkeit).,

“ Alle Materie entsteht und existiert nur aufgrund einer Kraft, die das Teilchen eines Atoms in Schwingung versetzt und dieses winzigste Sonnensystem des Atoms zusammenhält.“- Max Planck

Damit Ablagerungen auftreten, muss das chemische System Energie in die Umwelt abgeben. Dies macht die Ablagerung zu einer exothermen Reaktion, da Wärme in die Umgebung abgegeben wird., Einige häufige Beispiele für Ablagerungen sind die Bildung von Frost auf einer kalten Oberfläche und die Bildung von Eiskristallen in Wolken. In beiden Fällen wird Wasserdampf aus einem gasförmigen Zustand direkt in festes Wassereis umgewandelt, ohne eine flüssige Phase zu durchlaufen.

Phasenübergänge und Zustandsänderungen

Die Ablagerung ist ein Phasenübergang. Ein Phasenübergang bezieht sich auf den Prozess, bei dem sich eine Substanz von einem Materiezustand in einen anderen ändert: fest, flüssig oder Gas., Jede Substanz kann einen Phasenübergang durchlaufen und der Zustand der Materie, den eine Substanz aufnimmt, hängt von der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck ab. Phasenübergänge sind physikalische Reaktionen, keine chemischen Reaktionen, da sie nicht das Brechen und Bilden chemischer Bindungen beinhalten. Das Phasendiagramm einer Substanz ist eine grafische Darstellung der thermodynamischen Eigenschaften einer Substanz und zeigt die Temperaturen und Drücke, bei denen diese Substanz in einem der drei klassischen Materiezustände existiert.

Betrachten Sie beispielsweise ein Phasendiagramm für Wasser., Wasser ist ein guter Testfall für das Verständnis von Phasenübergängen, da Wasser die einzige bekannte Substanz zu sein scheint, die natürlich in allen drei klassischen Materiezuständen auf der Erde existiert. Die 3 Regionen S, L und V repräsentieren die Temperatur und den Druck, bei denen Wasser in einem festen, flüssigen bzw. gasförmigen Zustand vorliegt. Der Punkt TP stellt den dreifachen Punkt dar, bei dem es sich um die Temperatur und den Druck handelt, bei denen eine Substanz in allen drei Materiezuständen im Gleichgewicht ist., Die Linien, die diese Bereiche teilen, stellen die Phasengrenze dar; die Temperatur und der Druck, bei denen Wasser von einem Zustand in den nächsten übergeht. Der Punkt CP steht für den kritischen Punkt, die Temperatur und den Druck, bei denen Wasser in einem flüssigen/gasförmigen Hybridzustand zu existieren beginnt, der als überkritische Flüssigkeit bezeichnet wird. Der Einfachheit halber werden Phasenübergänge typischerweise bei Standarddrücken von 1 atm oder dem durchschnittlichen Druck der Erdatmosphäre beschrieben.,

“ Der Regentropfen, der mir nach einem langen Verdunstungs-und Kondensationszyklus auf den Kopf fiel, war für mich gedacht.“- Shivesh Shukla

Jeder Phasenübergang, Verdampfung, Schmelzen, Kochen usw. erfordert entweder die Einführung oder Freisetzung von latenter Wärme aus einem System. Zum Beispiel beträgt die latente Wärme, die benötigt wird, um flüssiges Wasser in Dampf zu verdampfen, 697,3 cal / g; Es erfordert eine Eingabe von 697,3 Kalorien Wärmeenergie, um 1 Gramm Wasser zu verdampfen., Wenn der latente Wärmewert positiv ist, ist die Reaktion endotherm, da sie Wärme aus der Umgebung aufnehmen muss. Wenn der Wert negativ ist, ist die Reaktion exotherm, da das System so viel Energie freisetzen muss, um den Zustand zu ändern.

So kann nach einem Phasendiagramm die Ablagerung als physikalische Veränderung verstanden werden, bei der der Zustand eines Systems die Linie überschreitet, die die S-und V-Bereiche trennt, ohne die L-Region zu durchlaufen. Damit eine Ablagerung erfolgen kann, muss ein System latente Wärme in die Umgebung abgeben., Die Entfernung von Wärme aus Wasserdampf bewirkt, dass die unregelmäßig angeordneten gasförmigen Moleküle eine bestimmte Form und Struktur annehmen. Die latente Wärme, die für den Übergang von Wasserdampf in festes Eis benötigt wird, beträgt -677,0 cal / Gramm. Daher ist die Ablagerung eine exotherme Reaktion, da sie die Freisetzung von 677 Kalorien Wärme erfordert, um ein Gramm Wasserdampf in ein Gramm Eis abzusetzen.

Beispiele für Ablagerung

Das offensichtlichste Beispiel für Ablagerung ist die Bildung von Schnee in Wolken aus Wasserdampf. Wasser aus flüssigen Quellen auf der Erde wird in die Erdatmosphäre verdampft., Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in der Atmosphäre setzt sich der Wasserdampf direkt in Eiskristalle ab, die dann zur Erde ausfallen. Dies ist auch der gleiche Mechanismus, durch den sich Frost direkt auf kalten Oberflächen wie Fenstern oder Metallen bildet. Wasserdampf in der Atmosphäre kommt mit einer kalten Oberfläche in Kontakt. Wärme im Wasserdampf wird von der kalten Oberfläche absorbiert und es bildet sich Frost.

Verschiedene chemische Dämpfe können sich auch zu Folien auf Oberflächen bilden. Zum Beispiel setzen Käferbomben, die verwendet werden, um Häuser von Parasiten zu befreien, ein gasförmiges Pestizid in das Haus frei., Das Pestizid kommt mit Haushaltsoberflächen in Kontakt und setzt sich in einen klebrigen Film ab, der Schädlinge einfängt und abtötet. Die gleiche Logik steckt hinter verschiedenen industriellen chemischen Beschichtungsprozessen. Die Beschichtungssubstanz wird als Feststoff in eine Kammer gegeben und in einen gasförmigen Zustand erhitzt. Gasförmige Moleküle kommen mit der zu beschichtenden Oberfläche in Kontakt und setzen sich in einer gleichmäßigen Schicht ab. Das gleiche Verfahren wird üblicherweise verwendet, um chemische Materialien für das Labor zu reinigen. Die Abscheidung einer Verbindung wird verwendet, um die Verbindung in reine Proben ihrer chemischen Bestandteile aufzuteilen.,

Die Ablagerung wird auch zur Bildung von Trockeneis aus Kohlendioxid verwendet. Kohlendioxidgas wird in eine Kammer gegeben und die Temperaturen und der Druck werden modifiziert. Gasförmiges Kohlendioxid setzt sich bei etwa 5,1 atm und -79°C zu einem Feststoff ab.Die Sublimation von Kohlendioxid zurück in Gas erzeugt den charakteristischen Nebeleffekt von Trockeneis.

“ Wenn ich Trockeneis schmelze, kann ich schwimmen, ohne nass zu werden?,“- Steven Wright

Die Ablagerung ist auch der Hauptmechanismus, der für die Verstopfung der Lunge durch eingeatmete Schadstoffe verantwortlich ist. Die Ablagerung von Zigarettenrauch bildet beispielsweise den teerartigen Rückstand in den Lungen von COPD-Patienten. Bestimmte neue COPD-Behandlungen versuchen, den Prozess der Ablagerung von Medikamenten zu nutzen, die direkt über die Lunge verabreicht werden können.