Sublimasi (perubahan wujud zat)

Sublimasi atau pemadatan uap adalah perubahan suatu zat langsung dari wujud padat ke wujud gas, tanpa melalui wujud cair. Sublimasi adalah sebuah proses endotermik yang terjadi pada suhu dan tekanan di bawah titik tripel suatu zat dalam diagram fasenya, yang sesuai dengan tekanan terendah di mana zat tersebut dapat eksis sebagai cairan. Proses kebalikan dari sublimasi adalah deposisi, desublimasi, atau pengkristalan, di mana suatu zat berpindah langsung dari fase gas ke fase padat. Sublimasi juga telah digunakan sebagai istilah umum untuk menggambarkan perubahan padat-ke-gas (sublimasi) dan diikuti oleh perubahan gas-ke-padat (deposisi). Jika vaporisasi dari cair ke gas terjadi sebagai penguapan dari permukaan jika terjadi di bawah titik didih suatu cairan, dan sebagai pendidihan dengan pembentukan gelembung di bagian dalam cairan jika terjadi pada titik didih, tidak ada perbedaan seperti itu untuk perubahan padat-ke-gas yang selalu terjadi sebagai sublimasi dari permukaan.

Pada tekanan normal, sebagian besar senyawa dan unsur kimia memiliki tiga wujud yang berbeda pada suhu yang berbeda. Dalam kasus ini, perubahan dari wujud padat ke wujud gas membutuhkan sebuah wujud cair sebagai zat antara. Tekanan yang dimaksud adalah tekanan parsial zat tersebut, bukan tekanan total (misalnya tekanan atmosfer) dari seluruh sistem. Jadi, semua padatan yang memiliki tekanan uap yang cukup besar pada suhu tertentu biasanya dapat menyublim di udara (misalnya air es di bawah 0 °C). Untuk beberapa zat, seperti karbon dan arsen, sublimasi jauh lebih mudah daripada penguapan dari lelehan, karena tekanan titik tripel mereka sangat tinggi, dan sulit untuk mendapatkannya sebagai cairan.

Istilah sublimasi mengacu pada perubahan fisika dari suatu wujud dan tidak digunakan untuk menggambarkan transformasi padat menjadi gas dalam reaksi kimia. Misalnya, disosiasi pada pemanasan amonium klorida padat menjadi hidrogen klorida dan amonia bukanlah sublimasi, tetapi reaksi kimia. Demikian pula, pembakaran lilin yang mengandung lilin parafin menjadi karbon dioksida dan uap air, bukanlah sublimasi, melainkan reaksi kimia dengan oksigen.

Sublimasi disebabkan oleh penyerapan panas yang memberikan energi yang cukup bagi beberapa molekul untuk mengatasi gaya tarik menarik tetangga mereka dan lolos ke fase uap. Karena prosesnya membutuhkan energi tambahan, ia merupakan perubahan endotermik. Entalpi sublimasi (juga disebut panas sublimasi) dapat dihitung dengan menambahkan entalpi peleburan dan entalpi penguapan.

Contoh

Karbon dioksida

Karbon dioksida padat (es kering) menyublim di mana-mana sepanjang garis di bawah titik tripel (misalnya, pada suhu −78,5 °C (194,65 K, 34,577 °F) pada tekanan atmosfer, sedangkan pencairannya menjadi CO2 cair dapat terjadi di sepanjang garis padat-cair pada tekanan dan suhu di atas titik tripel (yaitu, 5,1 atm, −56,6 °C).

Air
Salju dan es menyublim, meskipun lebih lambat, pada suhu di bawah garis suhu titik beku/lebur pada 0 °C untuk tekanan parsial di bawah tekanan titik rangkap . Dalam pengeringan beku, bahan yang akan didehidrasi dibekukan dan airnya dibiarkan menyublim di bawah tekanan atau vakum yang dikurangi. Hilangnya salju dari padang salju selama musim dingin sering kali disebabkan oleh sinar matahari yang bekerja langsung pada lapisan atas salju. Ablasi merupakan proses yang mencakup sublimasi dan keausan erosif es gletser.

Naftalena
Naftalena, sebuah senyawa organik yang biasa ditemukan dalam pestisida seperti bola ngengat, mudah menyublim karena terbuat dari molekul nonpolar yang disatukan hanya oleh gaya antarmolekul van der Waals. Naftalena merupakan padatan yang menyublim pada suhu atmosfer standar dengan titik sublimasi sekitar 80°C atau 176°F. Pada suhu rendah, tekanan uapnya cukup tinggi, 1mmHg pada 53°C, untuk membuat bentuk padat naftalena menguap menjadi gas. Pada permukaan yang dingin, uap naftalena akan mengeras dan membentuk kristal seperti jarum.

Zat lainnya

Iodin menghasilkan asap pada pemanasan lembut, meskipun hal ini terjadi di atas titik tripel dan karenanya bukan sublimasi yang sebenarnya. Dimungkinkan untuk memperoleh iodin cair pada tekanan atmosfer dengan mengontrol suhu tepat di atas titik lebur iodin. Dalam ilmu forensik, uap iodin dapat mengungkapkan sidik jari laten di atas kertas.
Arsen juga dapat menyublim pada suhu tinggi.

Kadmium dan seng bukanlah bahan yang cocok untuk digunakan dalam ruang hampa karena mereka menyublim lebih dari bahan umum lainnya.

Pemurnian dengan sublimasi

Sublimasi merupakan teknik yang digunakan oleh ahli kimia untuk memurnikan senyawa. Padatan biasanya ditempatkan dalam peralatan sublimasi dan dipanaskan di bawah vakum. Di bawah tekanan yang dikurangi ini, padatan tersebut menguap dan mengembun sebagai senyawa murni pada permukaan yang didinginkan (jari dingin), meninggalkan residu pengotor yang tidak mudah menguap. Setelah pemanasan berhenti dan vakum dihilangkan, senyawa murni dapat dikumpulkan dari permukaan pendingin.
Untuk efisiensi pemurnian yang lebih tinggi, gradien suhu diterapkan, yang juga memungkinkan pemisahan fraksi yang berbeda. Pengaturan tipikal menggunakan tabung kaca yang dievakuasi yang dipanaskan secara bertahap dengan cara yang terkontrol. Aliran material mengalir dari ujung panas, tempat material awal ditempatkan, ke ujung dingin yang terhubung ke dudukan pompa. Dengan mengontrol suhu di sepanjang tabung, operator dapat mengontrol zona kondensasi ulang, dengan senyawa yang sangat mudah menguap dipompa keluar dari sistem sepenuhnya (atau ditangkap oleh perangkap dingin terpisah), senyawa yang cukup mudah menguap dikondensasikan kembali di sepanjang tabung sesuai dengan volatilitas yang berbeda, dan senyawa nonvolatil yang tersisa di ujung panas. Sublimasi vakum jenis ini juga merupakan metode pilihan untuk pemurnian senyawa organik untuk digunakan dalam industri elektronik organik, di mana kemurnian yang sangat tinggi (seringkali > 99,99%) diperlukan untuk memenuhi standar elektronik konsumen dan aplikasi lainnya.

Penggunaan historis
Dalam alkimia kuno, sebuah protosains yang berkontribusi pada pengembangan kimia dan kedokteran modern, para alkemis mengembangkan struktur teknik laboratorium, teori, terminologi, dan metode eksperimental dasar. Sublimasi digunakan untuk merujuk pada proses di mana suatu zat dipanaskan menjadi uap, kemudian segera terkumpul sebagai sedimen di bagian atas dan leher media pemanas (biasanya retort atau alembik), tetapi juga dapat digunakan untuk menggambarkan perubahan nonlaboratorium serupa lainnya. Ia disebutkan oleh penulis alkimia seperti Basil Valentine dan George Ripley, dan dalam Rosarium philosophorum, sebagai proses yang diperlukan untuk penyelesaian magnum opus. Di sini, kata sublimasi digunakan untuk menggambarkan pertukaran "benda" dan "roh" yang mirip dengan perubahan fase laboratorium antara padatan dan gas. Valentine, dalam karyanya yang berjudul Le char triomphal de l'antimoine (diterbitkan pada tahun 1646) membuat perbandingan dengan spagirik di mana sublimasi sayuran dapat digunakan untuk memisahkan roh dalam anggur dan bir. Ripley menggunakan bahasa yang lebih menunjukkan implikasi mistik dari sublimasi, yang menunjukkan bahwa proses tersebut memiliki aspek ganda dalam spiritualisasi tubuh dan korporalisasi jiwa. Dia menulis:

Dan Sublimasi kami buat karena tiga sebab,
Penyebab pertama adalah membuat tubuh menjadi spiritual.
Yang kedua adalah bahwa roh mungkin bersifat jasmani,
Dan menjadi tetap dengannya dan sehakikat.
Penyebab ketiga adalah dari asalnya yang kotor.
Ia bisa dibersihkan, dan rasa asinnya belerang
Dapat dikurangi di dalamnya, yang menular.

Prediksi sublimasi
Entalpi sublimasi umumnya telah diprediksi menggunakan teorema ekuipartisi. Jika energi kisi diasumsikan kira-kira setengah energi pengepakan, maka koreksi termodinamika berikut dapat diterapkan untuk memprediksi entalpi sublimasi. Dengan asumsi gas ideal 1 molar memberikan koreksi untuk lingkungan termodinamika (tekanan dan volume) di mana pV = RT, maka koreksi 1RT. Koreksi tambahan untuk getaran, rotasi dan translasi perlu diterapkan. Dari teorema ekuipartisi rotasi dan translasi gas berkontribusi masing-masing 1,5RT ke keadaan akhir, oleh karena itu koreksi +3RT. Getaran kristal dan rotasi masing-masing menyumbang 3RT ke keadaan awal, oleh karena itu −6RT. Menjumlahkan koreksi; −6RT + 3RT + RT = −2RT. Nilai ini mengarah ke pada perkiraan entalpi sublimasi berikut. Pendekatan serupa dapat ditemukan untuk suku entropi jika benda tegar diasumsikan.

Pencetakan sublimasi pewarna

Pencetakan sublimasi pewarna merupakan teknologi pencetakan digital menggunakan karya seni penuh warna yang bekerja dengan substrat poliester dan berlapis polimer. Juga disebut sebagai sublimasi digital, proses ini biasanya digunakan untuk mendekorasi pakaian, tanda dan spanduk, serta barang-barang baru seperti penutup ponsel, plakat, cangkir kopi, dan barang-barang lainnya dengan permukaan yang ramah-sublimasi. Proses ini menggunakan ilmu sublimasi, di mana panas dan tekanan diterapkan pada padatan, mengubahnya menjadi gas melalui reaksi endotermik tanpa melewati fase cair.

Dalam pencetakan sublimasi, pewarna sublimasi unik ditransfer ke lembaran kertas "transfer" melalui tinta gel cair melalui kepala cetak piezoelektrik. Tinta disimpan pada beberapa kertas jet tinta pelepasan tinggi ini, yang digunakan untuk langkah selanjutnya dari proses pencetakan sublimasi. Setelah desain digital dicetak ke lembar transfer sublimasi, ia ditempatkan pada mesin pres panas bersama dengan substrat yang akan disublimasikan.

Untuk mentransfer gambar dari kertas ke substrat, diperlukan proses pres panas yang merupakan kombinasi waktu, suhu dan tekanan. Pres panas menerapkan kombinasi khusus ini, yang dapat berubah tergantung pada substrat, untuk "mentransfer" pewarna sublimasi pada tingkat molekuler ke dalam substrat. Pewarna yang paling umum digunakan untuk sublimasi aktif pada suhu 350 derajat Fahrenheit. Namun, kisaran suhu 380 hingga 420 derajat Fahrenheit biasanya direkomendasikan untuk warna yang optimal.

Hasil akhir dari proses sublimasi adalah hasil cetak penuh warna yang hampir permanen dan memiliki resolusi tinggi. Karena pewarna dimasukkan ke dalam substrat pada tingkat molekuler, daripada diterapkan pada tingkat topikal (seperti dengan sablon dan langsung ke pencetakan garmen), cetakan tidak akan retak, pudar atau terkelupas dari substrat dalam kondisi normal.

Lihat pula
Ablasi
Diagram fase
Entalpi sublimasi
Pembakaran pembeku – proses umum yang melibatkan sublimasi
Pengeringan beku

Tabel

Referensi

Pranala luar
 

Proses alkimia
Termodinamika atmosfer
Proses kimia
Gas
Metode laboratorium
Perubahan fase
Proses pemisahan