סובלימציה: ממוצק ישיר לגז

סובלימציה היא המונח למתי משנה עובר מעבר שלב ישירות ממוצק ל- צורת גזים, או אדים, בלי לעבור לשלב הנוזל הנפוץ יותר בין השניים. זהו מקרה ספציפי של אידוי. סובלימציה מתייחסת לשינויים פיזיים של מעבר, ולא למקרים בהם מוצקים הופכים לגז עקב תגובה כימית. מכיוון שהשינוי הפיזי ממוצק לגז דורש הוספת אנרגיה לחומר, הוא דוגמא לשינוי אנדותרמי.

מעברי שלב תלויים בטמפרטורה ולחץ של החומר המדובר. בתנאים רגילים, כפי שתואר בדרך כלל על ידי תיאוריה קינטית, הוספת חום גורמת לאטומים בתוך מוצק לצבור אנרגיה ולהיות פחות קשורים זה לזה. בהתאם למבנה הפיזי, הדבר בדרך כלל גורם להמיס המוצק לצורה נוזלית.

אם אתה מסתכל על דיאגרמות שלב, שהוא גרף המתאר את מצבי החומר עבור לחצים ונפחים שונים. "נקודת המשולש" בתרשים זה מייצגת את הלחץ המינימלי שעבורו החומר יכול לקחת את שלב הנוזל. מתחת ללחץ זה, כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת לרמה של שלב המוצק, הוא עובר ישירות לשלב הגז.

התוצאה של זה היא שאם נקודת המשולש נמצאת בלחץ גבוה, כמו במקרה של פחמן דו חמצני מוצק (או קרח יבש), אז למעשה, הסובלימציה קלה יותר מאשר להמיס את החומר מכיוון שהלחצים הגבוהים הדרושים כדי להפוך אותם לנוזלים הם בדרך כלל אתגר ליצור.

אחת הדרכים לחשוב על זה היא שאם אתה רוצה לעבור סובלימציה, אתה צריך להביא את החומר מתחת לנקודה המשולשת על ידי הורדת הלחץ. שיטה שלעתים משתמשים בכימאים היא הצבת החומר בוואקום ומריחת חום, במכשיר שנקרא מכשיר סובלימציה. הוואקום פירושו שהלחץ נמוך מאוד, כך שגם חומר שבדרך כלל נמס לצורת נוזל יעבור ישירות לאדים בתוספת החום.

זוהי שיטה המשמשת כימאים לטיהור תרכובות והיא פותחה בימי הכימיה לפני הכימיה כאמצעי ליצירת אדים מטוהרים של אלמנטים. לאחר מכן, גזים מטוהרים אלו יכולים לעבור תהליך של עיבוי, והתוצאה הסופית היא מוצקה מטוהרת, מכיוון שאף אחד מהם טמפרטורת הסובלימציה או טמפרטורת העיבוי יהיו שונה עבור הזיהומים מאשר עבור הרצוי מוצק.

הערה אחת של התחשבות בדברים שתיארתי לעיל: עיבוי יביא למעשה את הגז לנוזל, ואז יקפיא חזרה למוצק. ניתן יהיה גם להפחית את הטמפרטורה תוך שמירה על הלחץ הנמוך, לשמור על המערכת כולה מתחת לנקודה המשולשת, וזה יביא למעבר ישירות מגז למוצק. תהליך זה נקרא הדחה.