Cosa significa sublimazione nella scienza?

A volte, è facile discernere il significato delle parole nella scienza perché condividono alcuni aspetti del loro significato con l'inglese di tutti i giorni. Concetti scientifici come energia, forza e persino selezione naturale sono per lo più estensioni della nostra comprensione comune e dei loro significati colloquiali. Non così per la sublimazione. Anche se conosci il significato non scientifico della parola, quella conoscenza non ti aiuterà quando si tratta del suo significato nella scienza. Nella scienza, la sublimazione ha a che fare con il ramo della fisica e della chimica chiamato termodinamica.

La maggior parte della materia quotidiana esiste in una delle tre fasi o stati principali: solido, liquido o gassoso. La materia può cambiare stato senza cambiare identità. Ad esempio, ghiaccio, acqua e vapore sono tutti H2O; il ghiaccio è H2O in fase solida, l'acqua è H2O in fase liquida e il vapore è H2O in fase gassosa. (Nota che il 2 in H2O dovrebbe essere un pedice.)

Conosciamo già molti cambiamenti di fase: la fusione è il passaggio da un solido a un liquido; l'ebollizione è il passaggio da liquido a gas; e la sublimazione è semplicemente il passaggio da solido a gas.

Come si trasforma un solido in un gas? Passa molto velocemente attraverso la fase liquida? Si trasporta in una sorta di dimensione superiore? Un semplice diagramma di fase mostra che il processo di sublimazione è molto meno complicato. A determinate temperature (in aumento lungo l'asse x) e pressioni (in aumento lungo l'asse y), ogni sostanza esisterà in una fase solida, liquida o gassosa. Per trasformare un solido in un gas attraverso la sublimazione senza passare attraverso la fusione e l'ebollizione, la pressione deve essere abbassata. Allora è possibile attraversare l'unica linea tra solido e gas.

Quando aggiungi calore a un solido, la temperatura aumenterà fino a raggiungere una linea sul diagramma di fase. Quindi, invece dell'innalzamento della temperatura, tutto il calore viene utilizzato per cambiare la fase della sostanza. Il calore utilizzato in tale processo è chiamato calore latente di trasformazione. Il calore utilizzato per trasformare una sostanza da solido a gas è chiamato calore latente di sublimazione. Il calore viene assorbito nel passaggio da solido a gas e (per la stessa massa della stessa sostanza) la stessa quantità di calore viene rilasciata nel passaggio da gas a solido (un processo chiamato deposizione).

Forse l'esempio più famoso di sublimazione è il ghiaccio secco. Il ghiaccio secco è anidride carbonica solida che sublima in anidride carbonica in fase gassosa a temperatura ambiente. Lo iodio può sublimare (anche se può esistere anche come liquido a temperatura ambiente), così come il naftalene, un composto organico utilizzato nella naftalina. La sublimazione è anche il principio alla base della liofilizzazione degli alimenti.