Wat betekent sublimatie in de wetenschap?

Soms is het gemakkelijk om de betekenis van woorden in de wetenschap te onderscheiden, omdat ze een bepaald aspect van hun betekenis delen met het gewone Engels. Wetenschappelijke concepten zoals energie, kracht en zelfs natuurlijke selectie zijn meestal uitbreidingen van ons gemeenschappelijk begrip en hun alledaagse betekenissen. Niet zo voor sublimatie. Zelfs als je de niet-wetenschappelijke betekenis van het woord kent, zal die kennis je niet helpen als het gaat om de betekenis ervan in de wetenschap. In de wetenschap heeft sublimatie te maken met de tak van natuurkunde en scheikunde die thermodynamica wordt genoemd.

De meeste alledaagse materie bestaat in een van de drie hoofdfasen of toestanden: vast, vloeibaar of gas. Materie kan van toestand veranderen zonder haar identiteit te veranderen. IJs, water en stoom zijn bijvoorbeeld allemaal H2O; ijs is vaste fase H2O, water is vloeibare fase H2O en stoom is gasfase H2O. (Merk op dat de 2 in H2O een subscript moet zijn.)

We kennen al veel faseveranderingen: smelten is de verandering van een vaste stof naar een vloeistof; koken is de verandering van een vloeistof naar een gas; en sublimatie is gewoon de verandering van een vaste stof naar een gas.

Hoe verandert een vaste stof in een gas? Gaat het heel snel door de vloeibare fase? Transporteert het naar een soort hogere dimensie? Een eenvoudig fasediagram laat zien dat het proces van sublimatie veel minder gecompliceerd is. Bij bepaalde temperaturen (toenemend langs de x-as) en drukken (toenemend langs de y-as), zal elke stof bestaan ​​in een vaste, vloeibare of gasfase. Om een ​​vaste stof door sublimatie in een gas te veranderen zonder door smelten en koken te gaan, moet de druk worden verlaagd. Dan is het mogelijk om de enkele lijn tussen vast en gas over te steken.

Wanneer u warmte toevoegt aan een vaste stof, zal de temperatuur stijgen totdat deze een lijn op het fasediagram bereikt. In plaats van dat de temperatuur stijgt, wordt dan alle warmte gebruikt om de fase van de stof te veranderen. De warmte die daarbij wordt gebruikt, wordt de latente transformatiewarmte genoemd. De warmte die wordt gebruikt om een ​​stof van een vaste stof in een gas te veranderen, wordt de latente sublimatiewarmte genoemd. Bij de overgang van vast naar gas wordt warmte geabsorbeerd en (voor dezelfde massa van dezelfde stof) komt dezelfde hoeveelheid warmte vrij bij de overgang van gas naar vaste stof (een proces dat depositie wordt genoemd).

Misschien wel het bekendste voorbeeld van sublimatie is droogijs. Droogijs is vast koolstofdioxide dat bij kamertemperatuur sublimeert tot koolstofdioxide in de gasfase. Jodium kan subliem zijn (hoewel het bij kamertemperatuur ook als vloeistof kan bestaan), evenals naftaleen, een organische verbinding die in mottenballen wordt gebruikt. Sublimatie is ook het principe achter het vriesdrogen van voedsel.