Какво означава сублимация в науката?

Понякога е лесно да се разбере значението на думите в науката, защото те споделят някакъв аспект от техните значения с ежедневния английски. Научните понятия като енергия, сила и дори естествен подбор са предимно разширения на нашето общо разбиране и техните разговорни значения. Не е така за сублимацията. Дори да знаете ненаучното значение на думата, това знание няма да ви помогне, когато става въпрос за значението му в науката. В науката сублимацията е свързана с раздела на физиката и химията, наречен термодинамика.

Повечето ежедневни материи съществуват в една от трите основни фази или състояния: твърда, течна или газова. Материята може да променя състоянията, без да променя своята идентичност. Например, ледът, водата и парата са H2O; ледът е твърда фаза H2O, водата е течна фаза H2O, а парата е газова фаза H2O. (Обърнете внимание, че 2 в H2O трябва да е индекс.)

Вече сме запознати с много фазови промени: топенето е промяната от твърдо вещество в течност; кипенето е преминаването от течност към газ; а сублимацията е просто промяната от твърдо вещество в газ.

Как се променя твърдо вещество на газ? Преминава ли много бързо през течната фаза? Транспортира ли се до някакво по-висше измерение? Една проста фазова диаграма показва, че процесът на сублимация е много по-малко сложен. При определени температури (нарастващи по оста x) и налягания (увеличаващи се по оста y), всяко вещество ще съществува или в твърда, и в течна, или в газова фаза. За да смените твърдото вещество с газ чрез сублимация, без да преминавате през топене и кипене, налягането трябва да бъде понижено. Тогава е възможно да се премине единичната линия между твърдо вещество и газ.

Когато добавите топлина към твърдо вещество, температурата ще се повишава, докато достигне линия на фазовата диаграма. След това, вместо повишаването на температурата, цялата топлина се използва за промяна на фазата на веществото. Топлината, използвана в този процес, се нарича латентна топлина на трансформация. Топлината, използвана за промяна на веществото от твърдо вещество в газ, се нарича латентна топлина на сублимация. Топлината се абсорбира при промяната от твърдо вещество в газ и (за една и съща маса на същото вещество) същото количество топлина се освобождава при промяната обратно от газ в твърдо вещество (процес, наречен отлагане).

Може би най-известният пример за сублимация е сухият лед. Сухият лед е твърд въглероден диоксид, който се сублимира до въглероден диоксид в газова фаза при стайна температура. Йодът може да възвишава (въпреки че може да съществува и като течност при стайна температура), както и нафталенът, органично съединение, използвано в нафтали. Сублимацията също е принципът на сушенето чрез замразяване.