Sublimatie met mottenballen

Datum: augustus 2002

Principe:

P-dichloorbenzeen is uitermate geschikt om sublimatie zichtbaar te maken.

Materiaal:

  • mottenballen (p-dichloorbenzeen)
  • ijs
  • petrischaaltjes of andere potjes met deksel
  • microscoop

Uitvoering:
  • Leg wat mottenballen brokjes op de bodem van het potje. 
  • Doe de deksel erop.
  • Plaats daarbovenop een andere deksel en leg er een ijsklontje op.
  • Door sublimatie ontstaan kristallen op het deksel. 
  • Je kunt deze kristallen met de microscoop bestuderen.

Resultaat:

Binnen het uur kan men de vorming van kristallen op het deksel waarnemen, vooral onder dat deel dat onder het ijsklontje ligt. De kristallen manifesteren zich in twee vormen naalden en vlakke plaatjes met bladachtige strukturen.

Onder de polarisatiemicroscoop (De QX3, enigszins omgebouwd) krijgen we alleen maar zwart-wit verkleuring te zien.
 
zonder polarisatie 10x met polarisatiefilter 10x
met polarisatiefilter 60x met polarisatiefilter 60x
met polarisatiefilter 60x met polarisator + mica 60x

Discussie en conclusie:

Het smeltpunt van p-dichoorbenzeen is 53 °C. een temperatuur die we gedurende dit experiment niet bereikt hebben. Desalniettemin worden er kristallen gevormd op aan de top. Dit wordt veroorzaakt door sublimatie.

Sublimatie is het natuurkundige verschijnsel dat bepaalde stoffen onder bepaalde omstandigheden (temperatuur) van een gasvormige toestand direct over gaan tot vaste stof of visa-versa. De vloeibare fase wordt dus overgeslagen.
 
Er zijn meer stoffen die bij verwarming direct vanuit de vaste stof in dampvorm overgaan. In contact met een koud voorwerp slaan dergelijke stoffen in kristallijne vorm daarop neer. Zwavel, jodium, kamfer, coffeïne, sorbinezuur en benzoëzuur zijn enkele willekeurig gekozen voorbeelden van dergelijke stoffen. Indien een monster dat dergelijke stoffen bevat in een reageerbuis voorzichtig verwarmd wordt, dan ziet men de betreffende stoffen vaak in het koude gedeelte van de reageerbuis in kristallijne vorm neerslaan. Sublimatie kan men ook gebruiken om dergelijke stoffen te zuiveren.

Dit wordt geïllustreerd met het fase diagram van water. Via de sublimatielijn gaat water over van vast (S) naar gas (G) vice -versa. De vloeistoffase (L) wordt overgeslagen.
kaft van het boek
Fase-overgangen:
Verschillende fases kunnen naast elkaar bestaan in een systeem. Welke dat zijn is afhankelijk van temperatuur, druk en samenstelling van de diverse fases. Via de grensvlakken tussen de fasen worden voortdurend moleculen uitgewisseld. Als een systeem in (een dynamisch) evenwicht is dan vindt er netto gezien geen stoftransport plaats (gemiddeld in de tijd gezien gaat er evenveel van de ene fase naar de andere fase). Als er geen evenwicht heerst, treedt er net zolang stoftransport op totdat er een stabiele toestand wordt bereikt. Hiermee veranderen dus hoeveelheden en samenstelling van de fases. Als een systeem in een stabiele toestand verkeert, is het aantal fases af te leiden uit de fasenregel van Gibbs:
Het aantal vrijheidsgraden wordt gegeven door: F = 2 + C - P
(2 wordt gegeven door T en P, C is het aantal componenten en P het aantal fasen).
Voor een een componentsysteem (unair) is F dan maximaal 2 en voor een twee componenten systeem is F dan maximaal 3.
Zo is dus het driefasesysteem ijs/water/damp alleen dan stabiel als dampdruk en temperatuur een bepaalde waarde hebben omdat F gelijk is aan 0.  --> F = 2 + 1 - 3 = 0.
Een faseovergang gaat altijd gepaard met veranderingen in een van de toestandsgrootheden van het systeem.


De afleiding voor de vergelijking van een fase lijn hebben we behandeld in het experiment waar we het smeltpunt bepalen.

Opmerkingen:

  • De mottenballen zijn giftig dus niet opeten en niet met de blote huid aanraken.

  • Bij gebruik van bv. een jampotje plaats je de mottenballen op de deksel, zet het geheel op zijn kop en leg de ijsklontjes op de bodem van het potje. 

  • Het proces kan versneld worden door lichte verwarming, bv met warm water.

Literatuur:

  • John J. Vollmer; Out of 'Thin Air': Exploring Phase Changes (JCE Classroom Activity # 26); J. Chem. Educ. 2000 77; p. 488A-488B.
  • John J. Vollmer; Crystals Out of 'Thin Air'; J. Chem. Educ. 2000 77; p. 486-488.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Eigenschappen p-dichloorbenzeen
Synoniemen 1,4-Dichloorbenzeen
Molecuul formule C6 H4 Cl2 
Structuur formule
Mol massa 147

Eigenschappen
Kleur: Witte kristallen
Relatieve dichtheid 1.3048(20/4)
Smeltpunt 53 °C
Kookpunt 174 °C
Damp druk:   0.4 mm Hg bij 20 °C
vluchtig, sublimeert gemakkelijk
Oplosbaarheid:
  0.008 g/100 g water bij 20 °C :
oplosbaar in ethanol, ethylether en vele anders solvents.

17-01-2017