Sublimieren: Chemie, Definition & Beispiel (2024)

Chemie ist eine umfangreiche und faszinierende Wissenschaft, die zahlreiche Prozesse und Phänomene hervorbringt. Ein solches Phänomen ist das Sublimieren, ein Begriff, der in der chemischen Fachsprache tief verwurzelt ist. In diesem Artikel wirst du mehr über das Sublimieren, seinen chemischen Prozess und seine Anwendungen erfahren. Zudem werden Unterschiede zwischen Sublimieren und Resublimieren erläutert und anschauliche Beispiele präsentiert. Eintauchen in die Intrigen des Begriffs Sublimieren, seine Etymologie und seine gegenüberliegenden Prozesse, Kondensation und Deposition, wird sicherlich spannend sein. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Rolle von Sublimieren in der analytischen Chemie. Kürzlich haben Forschung und Technik immer mehr Anwendungen dieser einzigartigen Form des Phasenwechsels hervorgebracht.

Was bedeutet Sublimieren in der Chemie?

Sublimieren ist ein grundlegender Begriff in der Chemie und bezieht sich auf den Prozess, bei dem eine Substanz direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne durch den flüssigen Zustand zu gehen. Das geschieht, wenn die Partikel von Festkörpern genügend Energie gewinnen, um in die Gasphase ohne flüssige Phase zu wechseln.

Sublimieren: Definition und chemischer Prozess

Sublimieren bezieht sich auf den Prozess, bei dem ein Stoff vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne durch den flüssigen Zustand zu gehen. Dieser Prozess ist normalerweise endotherm, was bedeutet, dass er Energie in Form von Wärme aufnimmt.

Sublimierung geschieht bei bestimmten Stoffen, wie Eis oder Iod, unter bestimmten Bedingungen direkt, also ohne dass eine flüssige Phase auftritt. Der Prozess ist abhängig von der Temperatur und dem Druck der Umgebung.Die mathematische Darstellung der Energiemenge, die für die Sublimation erforderlich ist, ist \( q = m \cdot \Delta H_{\text{sub}} \), wobei \( q \) die benötigte Wärmeenergie, \( m \) die Masse der Substanz und \( \Delta H_{\text{sub}} \) die Sublimationsenergie pro Masseneinheit ist.

Unterschied zwischen Sublimieren und Resublimieren

Es besteht manchmal Verwirrung zwischen den Begriffen "Sublimieren" und "Resublimieren".

Sublimieren ist der Prozess, bei dem ein Stoff aus dem festen Zustand direkt in den gasförmigen Zustand übergeht. Resublimieren ist der umgekehrte Prozess, bei dem ein Stoff direkt aus dem gasförmigen in den festen Zustand übergeht.

In anderen Worten, Resublimation ist die Kondensation von Gas direkt in den festen Zustand, ohne den Übergang durch den flüssigen Zustand. Es ist auch als Deposition bekannt.

Anwendungen von Sublimation in der Chemie

Ein weit verbreitetes Beispiel für Sublimation ist "Trockeneis", das festes Kohlendioxid ist. Wenn es der Luft ausgesetzt wird, sublimiert es direkt zu Kohlendioxidgas, ohne eine Flüssigphase zu durchlaufen.

- Verwendung von Sublimation in der Lebensmittelindustrie: In der Lebensmitteltechnologie verwendet man Sublimation, um gefriergetrocknete Produkte wie Instantkaffee oder Obst für Müsli zu erzeugen. - Anwendung in der Forensik: Sublimationsprozesse spielen eine entscheidende Rolle in der Forensik beim "Dampfentspannen". Dies ist eine Methode, um Fingerabdrücke auf Oberflächen zu enthüllen.- Verwendung in der Chemie: Sublimationsprozesse kommen auch in der chemischen Synthese und Aufreinigung zum Einsatz.

Wissenschaftler nutzen die Sublimation nicht nur zur Reinigung von Feststoffen, sondern auch zur Herstellung von nanopartikulären Strukturen für Anwendungen in der Pharmazie und Materialwissenschaft.

Anschauliche Beispiele für Sublimieren

In unserem täglichen Leben können wir viele Beispiele für die Sublimation finden. Die Fähigkeit der Stoffe, vom festen in den gasförmigen Zustand zu wechseln, ohne eine flüssige Phase zu durchlaufen, kann oft überraschend sein. Hier sind zwei sehr anschauliche und verständliche Beispiele.

Sublimieren von Wasser - ein alltägliches Phänomen

Ein Beispiel, das du wahrscheinlich selbst erlebt hast, ist das Sublimieren von Eis direkt zu Wasser in der Gasphase unter bestimmten Bedingungen. Man kann diesen Prozess beobachten, wenn man zum Beispiel Eiswürfel für eine längere Zeit in einem Gefrierschrank liegen lässt. Nach einiger Zeit wirst du feststellen, dass das Eis kleiner geworden ist, ohne dass offensichtlich Wasser aus dem Gefrierschrank ausgetreten ist.

Sublimationspunkt: Das ist die Temperatur, bei der ein Stoff unter Normaldruck sublimiert. Für Wasser liegt dieser Punkt bei etwa -20 Grad Celsius.

Um diesen Vorgang zu verstehen, muss man wissen, dass die Teilchen eines Stoffes in der festen Phase in geometrischen Strukturen angeordnet sind, die durch van der Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Bei tiefen Temperaturen haben diese Teilchen nicht genug Energie, um diese Kräfte zu überwinden und in die flüssige Phase überzugehen. Jedoch absorbieren sie dennoch Energie aus der Umgebung. Sobald sie genug Energie aufgenommen haben, können sie direkt in die gasförmige Phase wechseln. Das ist der Prozess des Sublimierens.Dieses Phänomen ist nicht nur von theoretischem Interesse für Chemiker, sondern auch von praktischer Bedeutung, zum Beispiel in der Herstellung gefriergetrockneter Lebensmittel oder in der Kältetechnik.

Sublimieren auf Holz - Anwendung im Alltag

Ein weiteres alltägliches Beispiel, das die Faszination von Sublimationsprozessen verdeutlicht, ist das Sublimieren von Weihrauch und Myrrhe auf brennendem Kohlenstoff oder Holz.

Legt man Weihrauch oder Myrrhe auf ein Räucherstövchen mit glühender Holzkohle, so sublimieren diese Harze und verbreiten ihren charakteristischen Duft. Hierbei sind es vor allem die ätherischen Öle im Weihrauch und in der Myrrhe, die sublimieren.

Ätherische Öle sind flüchtige und duftende Substanzen, die aus Pflanzen extrahiert werden. Einige Bestandteile ätherischer Öle, wie z.B. Terpene, können bei ausreichend hoher Temperatur direkt sublimieren.

Die Anwendung dieses Phänomens ist nicht neu, sondern hat eine lange Geschichte. Schon vor tausenden von Jahren haben Menschen Weihrauch und Myrrhe zur spirituellen Reinigung und Meditation verwendet. Dabei wurden die Harze auf glühende Kohle gelegt, die die Harze zum Sublimieren brachte. Der entstehende Rauch wurde dann als Medium zur Kommunikation mit den Göttern oder zur Reinigung des Energiefeldes des Raumes verwendet.Ein interessantes Detail dabei ist, dass die Temperatur der glühenden Kohle deutlich über dem Schmelzpunkt der Harze liegt. Würde man also die Harze einfach erhitzen, so würden sie schmelzen und verbrennen, aber nicht sublimieren. Durch die schnelle Erhitzung auf der heißen Kohle wird jedoch die Energiezufuhr so stark erhöht, dass die Harze direkt sublimieren können.Unabhängig davon, ob man an die spirituellen Aspekte glaubt oder nicht, ist dieses Phänomen ein schönes Beispiel dafür, wie die Sublimation in unserem Alltag vorkommen kann. Damit zeigt sich, dass die Physik und die Chemie überall um uns herum wirken und unseren Alltag beeinflussen.

Die Bedeutung des Begriffs Sublimieren

Zweifellos ist der Prozess der Sublimation ein fundamentales Konzept in der Chemie und Physik, das oft unterschätzt oder missverstanden wird. Dabei handelt es sich um den Übergang einer Substanz vom festen in den gasförmigen Zustand, ohne dabei den flüssigen Zustand zu durchlaufen.

Ursprung und Etymologie des Begriffs

Der Begriff "Sublimation" leitet sich von den lateinischen Wörtern "sublimare" und "sublimis" ab, was so viel wie "hinaufheben", "erhöhen" oder "exquisit" bedeutet. Im chemischen Kontext wurde das Wort erstmals im Mittelalter eingeführt, als Alchemisten den Prozess der Stoffüberführung vom festen direkt in den gasförmigen Zustand beschrieben, um Stoffe zu reinigen und zu veredeln.So findet der Ausdruck "Sublimation" heute in verschiedensten wissenschaftlichen Disziplinen Anwendung, behält jedoch im Kern immer die Bedeutung einer Veränderung oder Veredelung von Zuständen bei. So etwa auch in der Psychologie, wo Sublimierung den Prozess beschreibt, bei dem unbewusste Inhalte in akzeptable Formen umgewandelt werden.

Gegenteil von Sublimieren - Kondensation und Deposition

Wenn eine Substanz direkt vom gasförmigen in den festen Zustand übergeht, ohne durch eine flüssige Phase zu gehen, nennt man diesen Prozess Deposition oder Resublimation. Deposition ist das exakte Gegenteil von Sublimation und spielt in der Natur eine wichtige Rolle, zum Beispiel bei der Entstehung von Reif oder Frost. Ein anderes wichtiges Konzept, das im Kontext von Phasenübergängen von Bedeutung ist, ist die Kondensation. Sie ist der Übergang von der gasförmigen in die flüssige Phase unter Abgabe von Energie in Form von Wärme.Während diese Prozesse gegensätzlich zur Sublimation sind, stellen sie die gleichen grundlegenden physikalischen und chemischen Prinzipien dar. Sie werden von Temperatur, Druck und Substanzeigenschaften wie z.B. der molekularen Struktur und den intermolekularen Kräften beeinflusst.

Rolle der Sublimation in der analytischen Chemie

In der analytischen Chemie ist die Sublimation ein wertvolles Werkzeug für die Reinigung und Trennung von Stoffen. Sublimation ermöglicht es, eine Substanz von Verunreinigungen zu befreien, die nicht sublimieren. Hierbei nutzen Chemiker gezielt die unterschiedlichen Sublimationspunkte einzelner Stoffe, um Mischungen zu trennen.Zum Beispiel, während der Kristallisation, einer weit verbreiteten Methode zur Reinigung von Feststoffen, kann Sublimation eingesetzt werden, um das Kristallisationsverfahren zu verfeinern. Einige Substanzen neigen dazu, Verunreinigungen in den wachsenden Kristallen einzubauen, was die Reinheit der Kristalle beeinträchtigt. Durch Sublimation können solche Verunreinigungen effektiv entfernt werden.Ein weiterer Einsatzbereich liegt in der dünnschichtchromatographischen Analyse, bei der Sublimationsprozesse helfen, die zu analysierenden Substanzen auf die Trägerplatte aufzubringen. Die Fähigkeit, Substanzen gezielt sublimieren zu lassen, ist in der analytischen Chemie also unverzichtbar für Reinigungsprozesse, die Trennung von Stoffgemischen und detaillierte stoffspezifische Analysen.