Ορισμός κατάθεσης στην επιστήμη
Η εναπόθεση, εξ ορισμού στη χημεία, αναφέρεται σε μια μετάβαση φάσης κατά την οποία η ύλη μεταβαίνει απευθείας από μια αέρια κατάσταση σε μια στερεή κατάσταση χωρίς να διέρχεται από μια ενδιάμεση υγρή φάση. Η εναπόθεση είναι το αντίθετο της εξάχνωσης, μια μετάβαση φάσης κατά την οποία ένα στερεό μεταβαίνει απευθείας σε αέριο.
Η εναπόθεση και η εξάχνωση είναι 2 από τις 6 μεταβάσεις φάσης πρώτης τάξης, οι άλλες 4 είναι:κατάψυξη (υγρό σε στερεό), τήξη (στερεό σε υγρό), εξάτμιση (υγρό σε αέριο) και συμπύκνωση (αέριο σε υγρό).
Για να συμβεί εναπόθεση, το χημικό σύστημα πρέπει να απελευθερώσει ενέργεια στο περιβάλλον. Αυτό καθιστά την εναπόθεση εξώθερμη αντίδραση, καθώς περιλαμβάνει την απελευθέρωση θερμότητας στο περιβάλλον. Μερικά κοινά παραδείγματα εναπόθεσης περιλαμβάνουν το σχηματισμό παγετού σε μια κρύα επιφάνεια και το σχηματισμό κρυστάλλων πάγου στα σύννεφα. Και στις δύο περιπτώσεις, οι υδρατμοί μετατρέπονται από μια αέρια κατάσταση απευθείας σε στερεό πάγο νερού χωρίς να διέρχονται από υγρή φάση.
Μεταβάσεις φάσης και αλλαγές κατάστασης
Η κατάθεση είναι μια μετάβαση φάσης . Η μετάβαση φάσης αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία μια ουσία αλλάζει από μια κατάσταση ύλης σε μια άλλη:στερεή, υγρή ή αέρια. Κάθε ουσία μπορεί να υποστεί μια μετάβαση φάσης και η κατάσταση της ύλης που παίρνει μια ουσία εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση του περιβάλλοντος. Οι μεταβάσεις φάσεων είναι φυσικές αντιδράσεις, όχι χημικές αντιδράσεις, καθώς δεν περιλαμβάνουν το σπάσιμο και το σχηματισμό χημικών δεσμών. Το διάγραμμα φάσεων μιας ουσίας είναι μια γραφική αναπαράσταση των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων μιας ουσίας και δείχνει τις θερμοκρασίες και τις πιέσεις στις οποίες υπάρχει αυτή η ουσία σε μία από τις τρεις κλασικές καταστάσεις της ύλης.
Για παράδειγμα, εξετάστε ένα διάγραμμα φάσης για το νερό. Το νερό είναι μια καλή δοκιμαστική περίπτωση για την κατανόηση των μεταπτώσεων φάσης, καθώς το νερό φαίνεται να είναι η μόνη γνωστή ουσία που υπάρχει φυσικά και στις τρεις κλασικές καταστάσεις της ύλης στη Γη. Οι 3 περιοχές S, L και V αντιπροσωπεύουν τη θερμοκρασία και την πίεση στην οποία το νερό υπάρχει σε στερεή, υγρή ή αέρια κατάσταση, αντίστοιχα. Το σημείο TP αντιπροσωπεύει το τριπλό σημείο που είναι η θερμοκρασία και η πίεση στην οποία μια ουσία βρίσκεται σε ισορροπία και στις 3 καταστάσεις της ύλης. Οι γραμμές που διαιρούν αυτές τις περιοχές αντιπροσωπεύουν το όριο φάσης; η θερμοκρασία και η πίεση στην οποία το νερό μεταβαίνει από τη μια κατάσταση στην άλλη. Το σημείο CP σημαίνει κρίσιμο σημείο , η θερμοκρασία και η πίεση στην οποία το νερό αρχίζει να υπάρχει σε μια υγρή/αέρια υβριδική κατάσταση που ονομάζεται υπερκρίσιμο ρευστό. Για λόγους ευκολίας, οι μεταβάσεις φάσης περιγράφονται συνήθως σε τυπικές πιέσεις 1 atm ή στη μέση πίεση της ατμόσφαιρας της Γης.
Κάθε μετάβαση φάσης, εξάτμιση, τήξη, βρασμός κ.λπ. απαιτεί είτε την εισαγωγή είτε την απελευθέρωση λανθάνουσας θερμότητας από ένα σύστημα. Για παράδειγμα, η λανθάνουσα θερμότητα που απαιτείται για την εξάτμιση του υγρού νερού σε ατμό είναι 697,3 cal/g. Απαιτεί εισροή 697,3 θερμίδων θερμικής ενέργειας για να εξατμιστεί 1 γραμμάριο νερού. Εάν η τιμή λανθάνουσας θερμότητας είναι θετική, η αντίδραση είναι ενδόθερμη, γιατί πρέπει να απορροφήσει θερμότητα από το περιβάλλον. Εάν η τιμή είναι αρνητική, η αντίδραση είναι εξώθερμη καθώς το σύστημα πρέπει να απελευθερώσει τόση ενέργεια για να αλλάξει κατάσταση.
Έτσι, σύμφωνα με ένα διάγραμμα φάσης, η εναπόθεση μπορεί να γίνει κατανοητή ως μια φυσική αλλαγή κατά την οποία η κατάσταση ενός συστήματος διασχίζει τη γραμμή που χωρίζει τις περιοχές S και V χωρίς να διέρχεται από την περιοχή L. Για να συμβεί εναπόθεση, ένα σύστημα πρέπει να απελευθερώσει λανθάνουσα θερμότητα στο περιβάλλον. Η απομάκρυνση της θερμότητας από τους υδρατμούς αναγκάζει τα ακανόνιστα διατεταγμένα αέρια μόρια να λάβουν συγκεκριμένο σχήμα και δομή. Η λανθάνουσα θερμότητα που απαιτείται για τη μετάβαση των υδρατμών σε στερεό πάγο είναι -677,0 θερμίδες/γραμμάριο. Επομένως, η εναπόθεση είναι μια εξώθερμη αντίδραση, καθώς απαιτεί την απελευθέρωση 677 θερμίδων θερμότητας για την απόθεση ενός γραμμαρίου υδρατμών σε ένα γραμμάριο πάγου.
Παραδείγματα κατάθεσης
Το πιο προφανές παράδειγμα εναπόθεσης είναι ο σχηματισμός χιονιού στα σύννεφα από υδρατμούς. Το νερό από υγρές πηγές στη Γη εξατμίζεται στην ατμόσφαιρα της Γης. Οι χαμηλές θερμοκρασίες στην ατμόσφαιρα προκαλούν την απόθεση των υδρατμών απευθείας σε κρυστάλλους πάγου, οι οποίοι στη συνέχεια κατακρημνίζονται στη Γη. Αυτός είναι επίσης ο ίδιος μηχανισμός με τον οποίο σχηματίζεται παγετός απευθείας σε κρύες επιφάνειες, όπως παράθυρα ή μέταλλα. Οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα έρχονται σε επαφή με μια ψυχρή επιφάνεια. Η θερμότητα στους υδρατμούς απορροφάται από την ψυχρή επιφάνεια και σχηματίζεται παγετός.
Διάφοροι χημικοί ατμοί μπορούν επίσης να αποτεθούν για να σχηματίσουν φιλμ στις επιφάνειες. Για παράδειγμα, οι βόμβες που χρησιμοποιούνται για να απαλλάξουν τα σπίτια από παράσιτα απελευθερώνουν ένα αέριο φυτοφάρμακο στο σπίτι. Το φυτοφάρμακο έρχεται σε επαφή με οικιακές επιφάνειες και αποτίθεται σε μια κολλώδη μεμβράνη που παγιδεύει και σκοτώνει τα παράσιτα. Η ίδια λογική βρίσκεται πίσω από διάφορες βιομηχανικές χημικές διαδικασίες επίστρωσης. Η ουσία επικάλυψης τοποθετείται σε ένα θάλαμο ως στερεό και θερμαίνεται σε αέρια κατάσταση. Τα αέρια μόρια έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια που πρόκειται να επικαλυφθεί και αποτίθενται σε ένα ομοιόμορφο στρώμα. Η ίδια διαδικασία χρησιμοποιείται συνήθως για τον καθαρισμό χημικών υλικών για το εργαστήριο. Η εναπόθεση μιας ένωσης χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό της ένωσης σε καθαρά δείγματα των χημικών συστατικών της.
Η εναπόθεση χρησιμοποιείται επίσης για το σχηματισμό ξηρού πάγου από διοξείδιο του άνθρακα. Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα τοποθετείται σε ένα θάλαμο και οι θερμοκρασίες και η πίεση τροποποιούνται. Το αέριο διοξείδιο του άνθρακα θα αποτεθεί σε ένα στερεό σε περίπου 5,1 atm και -79°C. Η εξάχνωση του διοξειδίου του άνθρακα πίσω σε αέριο παράγει το χαρακτηριστικό φαινόμενο ομίχλης του ξηρού πάγου.
Η εναπόθεση είναι επίσης ο κύριος μηχανισμός που ευθύνεται για την απόφραξη των πνευμόνων που προκύπτει από εισπνεόμενους ρύπους. Η εναπόθεση καπνού του τσιγάρου, για παράδειγμα, σχηματίζει το υπόλειμμα που μοιάζει με πίσσα που βρίσκεται στους πνεύμονες ασθενών με ΧΑΠ. Ορισμένες νέες θεραπείες ΧΑΠ επιδιώκουν να κάνουν χρήση της διαδικασίας εναπόθεσης δημιουργούν φάρμακα που μπορούν να χορηγηθούν απευθείας μέσω των πνευμόνων.
