Что означает сублимация в науке?

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.

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.)

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.

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.

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).

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.