א הַאֲצָלָה זהו שינוי במצב הפיזיקלי של החומר המאופיין במעבר ישיר מהשלב המוצק לשלב הגזי, מבלי לעבור דרך השלב הנוזלי. למהדרין, כל חומר יכול לעבור סובלימציה, אבל בתנאים ספציפיים של לחץ וטמפרטורה. סובלימציה נמצאת בקורלציה עם לחץ האדים בשלב המוצק, כמו גם עם האינטראקציות הבין-מולקולריות שמפעילים המוצקים.
תהליך זה ניתן להבחין בקלות בפיסת קרח יבשה, המורכבת מפחמן דו חמצני מוצק. פחמן דו חמצני עובר סובלימציה בלחץ ובטמפרטורת החדר. התהליך ההפוך לסובלימציה יכול להיקרא מחדש סובלימציה או שקיעה. כדי שתתרחש סובלימציה, החומר חייב לספוג אנרגיה, ולכן זה נחשב לתהליך אנדותרמי.
קראו גם: מהם המצבים הפיזיים של החומר?
נושאי מאמר זה
- 1 - סיכום על סובלימציה
- 2 - מהי סובלימציה?
-
3 - פעולת סובלימציה
- מהו לחץ אדים?
- לחץ אדים וסובלימציה
- דיאגרמת שלבים
- 4 - דוגמאות לסובלימציה
- 5 - פתרו תרגילים בנושא סובלימציה
סיכום על סובלימציה
סובלימציה היא המעבר הישיר מהשלב המוצק לשלב הגזי, מבלי לעבור את השלב הנוזלי.
תנאים ספציפיים של לחץ וטמפרטורה נחוצים כדי לצפות בסובלימציה של חומר.
סובלימציה מושפעת מהיבטים תרמודינמיים, כגון לחץ אדים בשלב המוצק ואינטראקציות בין-מולקולריות.
סובלימציה היא תהליך אנדותרמי.
דוגמה לסובלימציה היא מה שמתרחש בקרח יבש, המורכב מפחמן דו חמצני מוצק.
מהי סובלימציה?
סובלימציה היא המעבר הישיר מהשלב המוצק לשלב הגז, מבלי לעבור את השלב הנוזלי. זה מתרחש בתנאים ספציפיים של טמפרטורה ולחץ עבור כמה מוצקים. המעבר הזה הוא תהליך פיזיקלי של שינוי מצב, שאינו כולל תגובות כימיות.
התהליך ההפוך, כלומר המעבר הישיר מהשלב הגזי לשלב המוצק, נקרא באופן שונה. חלק מהכותבים שומרים על המילה סובלימציה לשינוי שלב זה, בעוד שאחרים משתמשים ב"סובלימציה מחדש" ואפילו "תצהיר".
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)
איך סובלימציה עובדת
ניתן לערוך הקבלה בין סובלימציה לאידוי. בשני המקרים, נקודת הסיום היא שלב גז. ההבדל, כמובן, הוא בשלב ההתחלתי: מוצק לסובלימציה ונוזל לאידוי.
בשני המקרים, יש השפעה של לחץ אידוי וגם היבטים תרמודינמיים, הכוללים חום ואינטראקציות בין-מולקולריות.
מהו לחץ אדים?
במיכל סגור המכיל נוזל, ניתן להבחין בשיווי משקל בין שלב הנוזל לשלב האדים. זה קורה מכיוון שגם מתחת לטמפרטורת הרתיחה, האנרגיה הקיימת מספיקה לחלק מהמולקולות של הנוזל להתנתק ולעבור לאדים. עם זאת, חלק ממולקולות האדים יכולות גם להתעבות שוב ולחזור לשלב הנוזלי, מה שמדגים את הפיכות התהליך.
האד הזה, שעשוי ממנו חומר (יש לו מסה ונפח), תרגילים לחץ על פני הנוזל, המכונה לחץ אדים. זה לא תלוי בכמות הנוזל, אלא בטמפרטורה, כי ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המולקולות מתנתקות בקלות רבה יותר מהפאזה הנוזלית.
נוזלים בעלי לחץ אדים גבוה בטמפרטורות רגילות נקראים נדיפים. לדוגמה, ב-25 מעלות צלזיוס, לאתר אתיל יש לחץ אדים של 0.58 אטמוספירה, לאצטון (פרופנון) יש לחץ אדים של 0.29 אטם, בעוד למים יש לחץ אדים של 0.023 אטם. אגב, כאשר לחץ האדים זהה ללחץ האטמוספרי, הנוזל רותח. למידע נוסף על לחץ אדים, לחץ כאן.
לחץ אדים וסובלימציה
אם כי במידה פחותה, למוצקים יש גם לחץ אדים, אבל הרבה יותר נמוך מזה של נוזלים. לדוגמה, אפילו בטמפרטורה של 1000 K, לחץ האדים של ברזל הוא רק 9.21 על 10-20 כַּספּוֹמָט. עם זאת, חלק מהמוצקים מצליחים לעבור סובלימציה, כגון יוד, המציגים לחץ אדים גבוה יותר בטמפרטורות רגילות (4 x 10-4 כַּספּוֹמָט).
זה אפשרי רק עם מעבר של מולקולות מהמצב המוצק ישירות למצב הגזי. כדי שזה יקרה, ה מולקולות של המוצק חייבות להופיע אינטראקציות בין מולקולריות חלש (ביוד, למשל, הם מסוג דיפול המושרה בדיפול).
רואים גם את זה תהליך הסובלימציה הוא אנדותרמיכלומר, יש צורך שהמולקולות של המוצק יספגו אנרגיה בצורת חום כדי שיוכלו לשבור את האינטראקציות הבין-מולקולריות ולעבור למצב אדים. ניתן למדוד את כמות החום המעורבת על ידי כמות תרמודינמית המכונה אנטלפיה של סובלימציה.
דיאגרמת שלבים
ל לדעת באיזה טווח לחץ וטמפרטורה תתרחש סובלימציה של מוצק, עליך להעריך את דיאגרמת השלב שלך. בואו נסתכל על המקרה של פחמן דו חמצני, CO2.
בדיאגרמת פאזות, קווי הגבול בין מצבים (מוצק, נוזל וגז) מפגישים את ערכי הלחץ והטמפרטורה עבור מתרחש שינוי מצב. כאשר מתבוננים במקרה של CO2, ניתן לשים לב שבאטמוספרה אחת של לחץ, הפאזה המוצקה עוברת ישירות לשלב האדים בטמפרטורה של -78.5 מעלות צלזיוס, המאפיינת סובלימציה.
לפחמן דו חמצני יש רק פאזה נוזלית בלחצים מעל 5.11 אטמוספרות, ומעבר ללחץ הזה, סובלימציה כבר לא אפשרית. למידע נוסף על דיאגרמת השלב, לחץ כאן.
דוגמאות של סובלימציה
קרח יבש: קרח יבש, המשמש לעתים קרובות לייצור אפקטים של ערפל במסיבות ואירועים, הוא למעשה פחמן דו חמצני במצב מוצק.
נפטלין: כדורי הנפטלין עשויים מנפטלין, תרכובת אורגנית ארומטית. הוא מיושם כדי להסיר ריחות רעים וגם להפחיד עש, ג'וקים ושאר בעלי חיים ארסיים, ולכן מקובל להשתמש בהם בארונות או אפילו משתנות.
קַמפוֹר: עם ריח אופייני, חלוקי קמפור יכולים לעבור גם סובלימציה. הם גם משמשים להפחיד יתושים ולמנוע עובש.
יוֹד: הלא-מתכת השייכת להלוגנים עוברת גם כן סובלימציה.
עם זאת, בין החומרים המוצגים, רק פחמן דו חמצני עובר סובלימציה בתנאי סביבה. האחרים, אפילו עם סובלימציה, יכולים לעבור היתוך רגיל תחת הלחץ שבו אנו חיים.
קראו גם: פלזמה - המצב הרביעי של החומר
פתרו תרגילים בנושא סובלימציה
שאלה 1
(Fuvest 2020) בסופרמרקטים מקובל למצוא מזון מיובש בהקפאה, כמו פירות, ירקות ובשר. מזון מיובש בהקפאה עדיין מתאים לצריכה לאחר זמן רב, גם ללא קירור. המונח "ליופיליזציה" במזונות אלה מתייחס לתהליך ההקפאה והתייבשות לאחר מכן על ידי סובלימציה של מים. כדי להתרחש סובלימציה של מים, נדרש שילוב של תנאים, כפי שמוצג בגרף הלחץ-טמפרטורת המים, כאשר הקווים מייצגים מעברי פאזה.
למרות היותו תהליך הדורש, מבחינה תעשייתית, שימוש בטכנולוגיה מסוימת, יש עדויות לכך שעמים פרה-קולומביאנים שחיו באזורים הגבוהים ביותר של האנדים הצליחו להקפיא ולייבש מזון, מה שאיפשר לאחסן אותו עבור יותר זמן. בדוק את החלופה שמסבירה כיצד התרחש תהליך הייבוש בהקפאה הטבעי:
א) סובלימציה של מים התרחשה עקב טמפרטורות נמוכות ולחץ אטמוספרי גבוה בהרים.
ב) מזון, לאחר שהוקפא באופן טבעי בתקופות קרות, נלקח לחלק הנמוך ביותר של ההרים, שם הלחץ האטמוספרי היה נמוך יותר, מה שאיפשר סובלימציה.
ג) המזון נחשף לשמש כדי להעלות את הטמפרטורה, והלחץ האטמוספרי המקומי הנמוך העדיף התמצקות.
ד) הטמפרטורות היו נמוכות מספיק בתקופות הקרות כדי להקפיא מזון, והלחץ האטמוספרי הנמוך בהרים הגבוהים איפשר סובלימציה.
ה) המאכלים, לאחר שהוקפאו באופן טבעי, נלחצו כדי להגביר את הלחץ, כך שיכולה להתרחש סובלימציה.
תְגוּבָה: אות ד.
בליאופיליזציה ישנה הקפאת מים עם סובלימציה לאחר מכן. עמים פרה-קולומביאנים יכולים לבצע תהליך כזה, שכן בחורף המים עלולים לקפוא (חץ 1) ועם הלחצים הנמוכים (חץ 2) של האזורים הגבוהים ביותר של האנדים, הוא יכול לעבור סובלימציה (חץ 3).
שאלה 2
(Uerj 2005) קרח יבש, או פחמן דו חמצני מוצק, בשימוש נרחב בתהליכי קירור, עובר סובלימציה בתנאי סביבה. במהלך טרנספורמציה זו, מתרחשות, בין היתר, תופעות של שונות אנרגטית ושיבוש של אינטראקציות.
תופעות אלו מסווגות, בהתאמה, כ:
א) אקסותרמי - אינטריוני
ב) אקסותרמית - פנימית
ג) איזותרמי - אינטראטומי
ד) אנדותרמי - אינטרמולקולרי
תְגוּבָה: אות ד.
סובלימציה היא תהליך אנדותרמי, שכן הוא דורש ספיגת חום כדי לשבש את האינטראקציות השומרות על מולקולות הפאזה המוצקה קומפקטית. אינטראקציות אלו הן מהסוג הבין-מולקולרי.
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה
למד יותר לעומק על תופעה זו.
התשובה טמונה בשינויי לחץ וטמפרטורה.
למד על המצבים הפיזיים של החומר וראה מה הם. למד גם מהו Bose-Instein והיכן אנו יכולים למצוא חומר במצב הפלזמה.
כוחות דיפול המושרים על ידי דיפול הם הכוחות הבין מולקולריים החלשים ביותר המתרחשים בין מולקולות לא קוטביות.
ראה כיצד לזהות אם לחומר יש נקודת רתיחה גבוהה יותר משל חומר אחר לפי הקשר בין כוחות בין-מולקולריים לנקודת רתיחה.
