Иногда в науке легко распознать значение слов, потому что они имеют некоторые аспекты своего значения с обычным английским языком. Научные концепции, такие как энергия, сила и даже естественный отбор, в основном являются расширением нашего общего понимания и их разговорных значений. Не так для сублимации. Даже если вы знаете ненаучное значение этого слова, это знание не поможет вам, когда дело доходит до его значения в науке. В науке сублимация связана с разделом физики и химии, называемым термодинамикой.
Состояния вещества
Большинство повседневных вещей существует в одной из трех основных фаз или состояний: твердое, жидкое или газообразное. Материя может изменять состояния, не меняя своей идентичности. Например, лед, вода и пар - все это H2O; лед - твердая фаза H2O, вода - жидкая фаза H2O, а пар - газовая фаза H2O. (Обратите внимание, что цифра 2 в H2O должна быть нижним индексом.)
Смена фаз
Мы уже знакомы со многими фазовыми переходами: плавление - это переход от твердого тела к жидкости; кипение - это переход от жидкости к газу; а сублимация - это просто превращение твердого вещества в газ.
Фазовая диаграмма
Как твердое тело превращается в газ? Очень быстро проходит через жидкую фазу? Переносится ли он в какое-то более высокое измерение? Простая фазовая диаграмма показывает, что процесс сублимации намного проще. При определенных температурах (увеличивающихся по оси x) и давлениях (увеличивающихся по оси y) каждое вещество будет существовать либо в твердой, либо в жидкой, либо в газовой фазе. Чтобы преобразовать твердое вещество в газ путем сублимации без плавления и кипения, необходимо снизить давление. Тогда можно перейти единственную черту между твердым телом и газом.
Скрытая теплота трансформации
Когда вы добавляете тепло твердому телу, температура будет расти, пока не достигнет линии на фазовой диаграмме. Тогда вместо повышения температуры все тепло уходит на изменение фазы вещества. Тепло, используемое в этом процессе, называется скрытой теплотой трансформации. Тепло, используемое для превращения вещества из твердого в газ, называется скрытой теплотой сублимации. Тепло поглощается при переходе от твердого тела к газу, и (для той же массы того же вещества) такое же количество тепла выделяется при переходе от газа к твердому телу (процесс, называемый осаждением).
Примеры сублимации
Пожалуй, самый известный пример сублимации - сухой лед. Сухой лед - это твердый диоксид углерода, который при комнатной температуре сублимируется в диоксид углерода в газовой фазе. Йод может сублимироваться (хотя он также может существовать в виде жидкости при комнатной температуре), как и нафталин, органическое соединение, используемое в нафталиновых шариках. Сублимация также является принципом сублимационной сушки пищевых продуктов.