¿Qué es la sublimación química?
La sublimación química es la transición que una sustancia sufre al pasar directamente del estado sólido al gaseoso, sin atravesar el estado líquido. Algunos ejemplos son los procesos que experimentan el agua, el dióxido de carbono, el yodo, el arsénico o el azufre. En ellos se observa el cambio de fase directo de un sólido a gas sin la transición previa a la fase líquida.
Los ejemplos clásicos de la sublimación lo establecen el hielo seco, que consiste en dióxido de carbono congelado, y el yodo, con sus cristales morados. Para saber si un compuesto puede sublimar o no hay que acudir a su diagrama de fase en función de la presión y temperatura (P-V).
En estos diagramas de fase se observa un punto donde se unen (y coexisten al mismo tiempo) las tres líneas que separan las fases sólida, líquida y gaseosa: el punto triple. Debajo de este punto se hallan dos zonas en equilibrio: una para la sólida y otra para la gaseosa. Es así que manipulando la presión se logra la transición directa sólido-gas.
Por eso, muchos otros compuestos sólidos son capaces de sublimar si se les calientan, disminuyendo la presión o aplicando vacío.
Ejemplos de sublimación
Hielo seco
El hielo seco, o CO₂ sólido, es el ejemplo más representativo de una sublimación. Se le dice seco porque no deja rastro de humedad, es frío, y desprende el humo blanco que suele utilizarse en obras de teatro.
Apenas se fabrica (a -78,5 °C) comienza a sublimar a cualquier temperatura. Basta con exponerlo al sol para que sublime de inmediato. Se puede observar en la siguiente imagen:
Yodo
Tanto el hielo seco como el yodo son sólidos moleculares. El yodo está formado por moléculas I2 que se acoplan para establecer cristales morados. Debido a que sus fuerzas intermoleculares son débiles, una parte importante de estos cristales subliman en vez de fundirse cuando se les calientan. Lo anterior explica por qué del yodo emanan vapores de color morado.
Hielo y nieve
En las alturas de los picos nevados, la nieve puede sublimarse por la menor presión que experimentan sus cristales. Sin embargo, dicha sublimación es sumamente lenta comparada con la del hielo seco y el yodo. La presión de vapor del hielo y de la nieve es mucho más baja y, por lo tanto, no sublima con la misma rapidez.
Si a esta lenta sublimación se le agrega el factor viento, que arrastra las moléculas de la superficie del hielo y la nieve erosionando su superficie, entonces las masas congeladas terminan sufriendo ablación, es decir, se reducen de tamaño a la vez que diseminan o esparcen colinas (morrenas) de nieve. En la siguiente imagen se ve la sublimación del hielo:
Mentol
A partir del mentol se puede evidenciar una cualidad que comparten todos los sólidos capaces de sublimar bajo condiciones específicas de presión o temperatura: son compuestos fragrantes.
El que un sólido sea oloroso, significa que su presión de vapor es lo suficientemente alta para que se perciban sus moléculas con el olfato. Es así que los cristales de mentol pueden sublimar si se les calienta al vacío. Si los vapores entran en contacto con una superficie fría, se depositarán en un conjunto de cristales brillantes y purificados.
Por lo tanto, la sublimación es una técnica que permite la purificación de los sólidos volátiles.
Zinc
El zinc tiene un punto de ebullición considerablemente bajo (419,5 °C), comparado al de otros metales. Si además se le calienta aplicando vacío, sus cristales terminarán sublimándose.
Arsénico
El caso del arsénico es más notorio que el del zinc: ni siquiera necesita que la presión disminuya para que sublime a 615 °C, temperatura a la cual se forman vapores demasiado tóxicos de arsénico. Para que funda o se derrita, hay que calentarlo a altas presiones.
Compuestos organometálicos
Aunque no todos los compuestos organometálicos pueden sublimar, un amplio repertorio de ellos, conformados por los metalocenos, M(C5H5)2, y carbonilos metálicos, con enlaces coordinados M-CO, sí subliman por sus débiles interacciones intermoleculares.
Por ejemplo, los metalocenos, entre ellos el niqueloceno (verde) y el vanadoceno (morado), subliman para luego depositar sus cristales en atractivas y brillantes geometrías. De modo menos resaltante ocurre lo mismo con los carbonilos metálicos.
Fullerenos
Los balones C60 y C70 interaccionan entre sí mediante fuerzas de dispersión de London, diferenciándose únicamente por sus masas moleculares. La relativa “debilidad” de tales interacciones le confiere a los fullerenos una presión de vapor capaz de igualarse a la atmosférica a 1796 °C; y en el proceso, subliman sus cristales negros.
Cafeína
La cafeína extraída del té o los granos de café puede purificarse si se calienta a 160 °C, pues en lugar de fundirse sublima de una vez. Este método se utiliza para purificar muestras de cafeína, aunque se pierde parte de su contenido si los vapores escapan.
Teobromina
La teobromina proveniente de los chocolates o de los granos de cacao, se purifica por sublimación a 290 °C una vez extraída. El proceso se facilita si se aplica vacío.
Sacarina
Los cristales de sacarina subliman y se purifican por acción del vacío.
Morfina
La morfina sintetizada para ser utilizada como analgésico se purifica, nuevamente, mediante sublimación a 110 °C y aplicando vacío. Tanto la morfina como la cafeína constan de moléculas grandes, pero con fuerzas intermoleculares relativamente débiles en relación con sus masas.
Alcanfor
El alcanfor es un sólido fragrante, que sublima vapores blancos si se le calienta apropiadamente.
1,4-diclorobenceno
El 1,4-diclorobenceno es un sólido muy fragrante, con un olor parecido a la naftalina, y que funde además a los 53 °C. Por esto es de suponerse, acertadamente, que puede sublimar, incluso a un grado apreciable sin ni siquiera calentársele y por espacio de un mes.
Benzoína
Como el alcanfor, la benzoína, con un olor parecido a este, se purifica por sublimación.
Purina
La purina y las otras bases nitrogenadas pueden sublimar a temperaturas mayores de 150 °C y aplicando vacío a partir de células bacterianas.
Arsénico
A la temperatura de 615 °C, el arsénico sublima. Esto representa un peligro dada la toxicidad del elemento.
Azufre
Este elemento sublima entre 25 y 50 °C provocando gases tóxicos y sofocantes.
Aluminio
Este metal se hace sublimar a temperaturas mayores a 1000 °C para ciertos procesos industriales.
Metalurgia
Ciertas aleaciones se purifican mediante métodos de sublimación. De esa forma, se separan los compuestos que conforman la aleación, obteniéndose los productos purificados
Impresión por sublimación
La sublimación se utiliza también para imprimir imágenes en objetos o superficies de poliéster o polietileno. Una imagen hecha con pigmentos sólidos sublimables se calienta sobre el objeto para imprimirla permanentemente sobre él. El calor aplicado ayuda además a que se abran los poros del material y que los gases coloridos los atraviesen.
Estelas de los cometas
Las estelas de los cometas son el resultado de la sublimación de su contenido de hielo y otros gases congelados. Al ser prácticamente inexistente la presión en el cosmos, cuando estas rocas rodean una estrella, su calor calienta su superficie y provoca que desprendan un halo de partículas gaseosas que reflejan la luz irradiada sobre ellas.
Sublimación artística
Aunque se salga de los ámbitos químicos o físicos, la palabra ‘sublime’ se aplica también a aquello que sobrepasa lo convencional; una belleza, ternura y profundidad inconcebibles. De lo simple o llano (sólido), una obra artística o cualquier otro elemento puede ascender (gas) para transformarse en algo sublime.
Tintas de impresión
Las impresoras de sublimación en seco utilizan el proceso de sublimación para imprimir imágenes de calidad fotográfica. El proceso comienza cuando hay películas especiales que contienen pigmentos sólidos que cuando se calientan, se subliman y se recapturan posteriormente.
Las imágenes se pueden imprimir en camisas de poliéster, vasijas o láminas de aluminio o cromo.
Aromatizantes
Los ambientadores de aire sólidos también subliman. Estos compuestos son por lo general esteres, incluyendo los que cuelgan en el inodoro. Esta es la forma en que los productos químicos se ponen directamente en el aire y hacen que el olor sea fresco.
Cadmio
Otro elemento que sublima a baja presión. Esto es especialmente problemático en situaciones en las que se trabaja en alto vacío.
Grafito
Este material se sublima haciendo pasar una corriente eléctrica de alto amperaje en un alto vacío. Este procedimiento se usa en la microscopía electrónica de transmisión para ser conductora de las muestras y que haya mayor resolución.
Oro
La sublimación de oro se usa para fabricar medallas de bajo costo y joyería de “baño de oro”. También se usa para el tratamiento de muestras de microscopía electrónica de barrido.
Antraceno
Sólido blanco que sublima fácilmente. Por lo general, se usa este método para su purificación.
Ácido salicílico
Se usa como ungüento para aliviar la fiebre dado que sublima fácilmente. También se usa para su purificación.
Referencias
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning.
- Helmenstine, A.M. Sublimation Definition (Phase Transition in Chemistry). Recuperado de thoughtco.com.
- Morrissey, S. What is Sublimation in Chemistry? – Definition, Process & Examples. Recuperado de study.com.
- Schaller, C. Sublimation. Recuperado de employees.csbsju.edu.
- Taking the Caffeine Out of Tea. Recuperado de open.edu.