სუბლიმაცია: რა არის ეს და მაგალითები

ა სუბლიმაცია ეს არის მატერიის ფიზიკური მდგომარეობის ცვლილება, რომელიც ხასიათდება მყარი ფაზიდან აირისებრ ფაზაში პირდაპირი გადასვლით, თხევადი ფაზაში გავლის გარეშე. მკაცრად რომ ვთქვათ, ნებისმიერ ნივთიერებას შეუძლია განიცადოს სუბლიმაცია, მაგრამ ზეწოლისა და ტემპერატურის სპეციფიკურ პირობებში. სუბლიმაცია დაკავშირებულია ორთქლის წნევასთან მყარ ფაზაში, ისევე როგორც მყარი ნივთიერებების მიერ განხორციელებულ მოლეკულურ ურთიერთქმედებებთან.

ეს პროცესი ადვილად შეიძლება შეინიშნოს მშრალ ყინულში, რომელიც შედგება მყარი ნახშირორჟანგისაგან. ნახშირორჟანგი სუბლიმირებულია წნევის ქვეშ და ოთახის ტემპერატურაზე. სუბლიმაციის საპირისპირო პროცესს შეიძლება ეწოდოს რეზუბლიმაცია ან დეპონირება. იმისათვის, რომ სუბლიმაცია მოხდეს, მატერიამ უნდა შთანთქას ენერგია, ამიტომ იგი ითვლება ენდოთერმულ პროცესად.

წაიკითხეთ ასევე: როგორია მატერიის ფიზიკური მდგომარეობა?

ამ სტატიის თემები

• 1 - რეზიუმე სუბლიმაციის შესახებ
• 2 - რა არის სუბლიმაცია?
• 3 - სუბლიმაციის ოპერაცია
  • რა არის ორთქლის წნევა?
  • ორთქლის წნევა და სუბლიმაცია
  • ფაზების დიაგრამა
• 4 - სუბლიმაციის მაგალითები
• 5 - ამოხსნილი სავარჯიშოები სუბლიმაციაზე

რეზიუმე სუბლიმაციის შესახებ

• სუბლიმაცია არის პირდაპირი გადასვლა მყარი ფაზიდან აირისებურ ფაზაში, თხევადი ფაზის გავლის გარეშე.

• ნივთიერების სუბლიმაციის დასაკვირვებლად საჭიროა წნევისა და ტემპერატურის სპეციფიკური პირობები.

• სუბლიმაციაზე გავლენას ახდენს თერმოდინამიკური ასპექტები, როგორიცაა ორთქლის წნევა მყარ ფაზაში და ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედებები.

• სუბლიმაცია არის ენდოთერმული პროცესი.

• სუბლიმაციის მაგალითია ის, რაც ხდება მშრალ ყინულში, რომელიც შედგება მყარი ნახშირორჟანგისაგან.

რა არის სუბლიმაცია?

სუბლიმაცია არის პირდაპირი გადასვლა მყარი ფაზიდან აირის ფაზაზე, თხევადი ფაზის გავლის გარეშე. ეს ხდება ტემპერატურისა და წნევის სპეციფიკურ პირობებში ზოგიერთი მყარისთვის. ეს გადასვლა არის მდგომარეობის ცვლილების ფიზიკური პროცესი, რომელიც არ მოიცავს ქიმიურ რეაქციებს.

საპირისპირო პროცესს, ანუ პირდაპირ გადასვლას აირისებრი ფაზიდან მყარ ფაზაში, სხვადასხვანაირად უწოდებენ. ზოგიერთი ავტორი ინახავს სიტყვას სუბლიმაციას ამ ფაზის ცვლილებისთვის, ზოგი კი იყენებს "ხელახალი სუბლიმაციას" და თუნდაც "დეპონირებას".

არ გაჩერდე ახლა... საჯაროობის შემდეგ კიდევ არის ;)

როგორ მუშაობს სუბლიმაცია

პარალელის გავლება შეიძლება სუბლიმაციასა და აორთქლებას შორის. ორივე შემთხვევაში, საბოლოო წერტილი არის გაზის ფაზა. განსხვავება, ცხადია, საწყის ფაზაშია: მყარი სუბლიმაციისთვის და თხევადი აორთქლებისთვის.

Ორივე შემთხვევაში, არის წნევის გავლენა აორთქლება და ასევე თერმოდინამიკური ასპექტები, რომლებიც მოიცავს სითბოს და ინტერმოლეკულურ ურთიერთქმედებებს.

• რა არის ორთქლის წნევა?

დახურულ ჭურჭელში, რომელიც შეიცავს სითხეს, შესაძლებელია იმის აღქმა, რომ არსებობს წონასწორობა თხევადი ფაზასა და ორთქლის ფაზას შორის. ეს ხდება იმის გამო, რომ დუღილის ტემპერატურაზე დაბლაც კი, არსებული ენერგია საკმარისია სითხის ზოგიერთი მოლეკულისთვის, რომ დაშორდეს და გადავიდეს ორთქლში. თუმცა, ზოგიერთ ორთქლის მოლეკულას ასევე შეუძლია ხელახლა კონდენსაცია და დაბრუნდეს თხევად ფაზაში, რაც აჩვენებს პროცესის შექცევადობას.

ამ ორთქლისგან მზადდება მატერია (აქვს მასა და მოცულობა), სავარჯიშოები ზეწოლა სითხის ზედაპირზე, ცნობილია როგორც ორთქლის წნევა. ეს დამოკიდებულია არა სითხის რაოდენობაზე, არამედ ტემპერატურაზე, რადგან რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო ადვილად იშლება მოლეკულები თხევადი ფაზიდან.

ორთქლის ფაზაში მყოფი მოლეკულები ახდენენ ზეწოლას სითხის ზედაპირზე. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტია ეს წნევა.

სითხეებს, რომლებსაც აქვთ მაღალი ორთქლის წნევა ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, ეწოდება არასტაბილური. მაგალითად, 25°C ტემპერატურაზე ეთილის ეთერს აქვს ორთქლის წნევა 0,58 ატმ, აცეტონს (პროპანონს) აქვს ორთქლის წნევა 0,29 ატმ, ხოლო წყალს აქვს ორთქლის წნევა 0,023 ატმ. სხვათა შორის, როდესაც ორთქლის წნევა ატმოსფერული წნევის იდენტურია, სითხე დუღს. ორთქლის წნევის შესახებ მეტის გასაგებად დააწკაპუნეთ აქ.

• ორთქლის წნევა და სუბლიმაცია

მიუხედავად იმისა, რომ ნაკლებად, მყარ ნივთიერებებს ასევე აქვთ ორთქლის წნევა, მაგრამ გაცილებით დაბალია ვიდრე სითხეები. მაგალითად, თუნდაც 1000 K ტემპერატურაზე, რკინის ორთქლის წნევა არის მხოლოდ 9.21 x 10.^-20 ბანკომატი თუმცა, ზოგიერთი მყარი ახერხებს გაიაროს სუბლიმაცია, მაგალითად, იოდი, რომელიც აჩვენებს ორთქლის უფრო მაღალ წნევას ნორმალურ ტემპერატურაზე (4 x 10^-4 ბანკომატი).

ეს შესაძლებელია მხოლოდ მოლეკულების მყარი მდგომარეობიდან პირდაპირ აირის მდგომარეობაში გადასვლისას. იმისათვის, რომ ეს მოხდეს, მყარის მოლეკულები უნდა იყოს წარმოდგენილი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედებები სუსტი (იოდში, მაგალითად, ისინი ინდუცირებული დიპოლებით გამოწვეული დიპოლური ტიპისაა).

ისიც ჩანს, რომ სუბლიმაციის პროცესი ენდოთერმულიაანუ საჭიროა, რომ მყარი ნივთიერების მოლეკულებმა აითვისონ ენერგია სითბოს სახით, რათა მათ შეძლონ მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების დარღვევა და ორთქლის მდგომარეობაში გადასვლა. ჩართული სითბოს რაოდენობა შეიძლება გაიზომოს თერმოდინამიკური რაოდენობით, რომელიც ცნობილია როგორც სუბლიმაციის ენთალპია.

• ფაზების დიაგრამა

რომ იმის ცოდნა, თუ რომელ წნევისა და ტემპერატურის დიაპაზონში მოხდება მყარი ნივთიერების სუბლიმაცია, თქვენ უნდა შეაფასოთ თქვენი ფაზის დიაგრამა. მოდით შევხედოთ ნახშირორჟანგის შემთხვევას, CO₂.

CO ფაზის დიაგრამა₂.

ფაზურ დიაგრამაში მდგომარეობებს შორის სასაზღვრო ხაზები (მყარი, თხევადი და აირი) აერთიანებს წნევისა და ტემპერატურის მნიშვნელობებს ხდება მდგომარეობის ცვლილება. CO2-ის შემთხვევის დაკვირვებისას შეიმჩნევა, რომ წნევის 1 ატმოსფეროში მყარი ფაზა პირდაპირ ორთქლის ფაზაში გადადის -78,5 °C ტემპერატურაზე, რაც ახასიათებს სუბლიმაციას.

ნახშირორჟანგს აქვს მხოლოდ თხევადი ფაზა 5,11 ატმოსფეროზე მაღალი წნევის დროს და ამ წნევის მიღმა სუბლიმაცია აღარ არის შესაძლებელი. ფაზის დიაგრამის შესახებ მეტის გასაგებად დააწკაპუნეთ აქ.

სუბლიმაციის მაგალითები

• მშრალი ყინული: მშრალი ყინული, რომელიც ხშირად გამოიყენება წვეულებებზე და ღონისძიებებზე ნისლის ეფექტის შესაქმნელად, სინამდვილეში არის ნახშირორჟანგი მყარ მდგომარეობაში.

 მშრალი ყინულის სუბლიმაცია, ნივთიერების მაგალითი, რომელიც განიცდის სუბლიმაციას.

• თეფშები: თოფები მზადდება ნაფთალინისგან, არომატული ორგანული ნაერთისგან. გამოიყენება უსიამოვნო სუნის მოსაშორებლად და ასევე თითების, ტარაკნების და სხვა შხამიანი ცხოველების დასაშინებლად, რის გამოც ხშირია მათი გამოყენება კარადებში ან თუნდაც შარდსადენებში.

Mothballs, ნივთიერების მაგალითი, რომელიც განიცდის სუბლიმაციას.

• კამფორი: დამახასიათებელი სუნით, ქაფურის კენჭებს შეუძლიათ სუბლიმაციაც გაიარონ. ისინი ასევე ემსახურებიან კოღოების დაშინებას და ობის თავიდან ასაცილებლად.

კამფორის კენჭები, ნივთიერების მაგალითი, რომელიც განიცდის სუბლიმაციას.

• იოდი: ჰალოგენების კუთვნილი არალითონი ასევე განიცდის სუბლიმაციას.

იოდის კრისტალები, ნივთიერების მაგალითი, რომელიც განიცდის სუბლიმაციას.

თუმცა, წარმოდგენილ ნივთიერებებს შორის, მხოლოდ ნახშირორჟანგი განიცდის სუბლიმაციას გარემო პირობებში. დანარჩენებს, სუბლიმაციის დროსაც კი, შეუძლიათ გაიარონ ნორმალური შერწყმა იმ წნევის ქვეშ, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ.

წაიკითხეთ ასევე: პლაზმა - მატერიის მეოთხე მდგომარეობა

ამოხსნილი სავარჯიშოები სუბლიმაციაზე

კითხვა 1

(Fuvest 2020) სუპერმარკეტებში ხშირია ეგრეთ წოდებული ყინვაში გამხმარი საკვების პოვნა, როგორიცაა ხილი, ბოსტნეული და ხორცი. ყინვაში გამომშრალი საკვები კვლავ ვარგისია მოხმარებისთვის დიდი ხნის შემდეგ, თუნდაც მაცივრის გარეშე. ტერმინი „ლიოფილიზებული“ ამ საკვებში აღნიშნავს გაყინვის პროცესს და შემდგომ გაუწყლოებას წყლის სუბლიმაციის გზით. იმისათვის, რომ მოხდეს წყლის სუბლიმაცია, საჭიროა პირობების ერთობლიობა, როგორც ეს ნაჩვენებია წნევა-ტემპერატურის გრაფიკზე, სადაც ხაზები წარმოადგენს ფაზურ გადასვლებს.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს პროცესია, რომელიც მოითხოვს, ინდუსტრიულად, გარკვეული ტექნოლოგიის გამოყენებას, არსებობს მტკიცებულება, რომ ხალხები პრეკოლუმბიელებმა, რომლებიც ცხოვრობდნენ ანდების უმაღლეს რაიონებში, შეძლეს საკვების გაყინვაში გაშრობა, რაც შესაძლებელს გახდის მისი შენახვა მეტი დრო. შეამოწმეთ ალტერნატივა, რომელიც განმარტავს, თუ როგორ მოხდა ბუნებრივი გაყინვის პროცესი:

ა) წყლის სუბლიმაცია მოხდა მთებში დაბალი ტემპერატურისა და მაღალი ატმოსფერული წნევის გამო.

ბ) საკვები ცივ პერიოდში ბუნებრივად გაყინვის შემდეგ მიჰქონდათ მთების ყველაზე დაბალ ნაწილში, სადაც დაბალი იყო ატმოსფერული წნევა, რამაც შესაძლებელი გახადა სუბლიმაცია.

გ) საკვები ექვემდებარებოდა მზეს ტემპერატურის გასაზრდელად, ხოლო დაბალი ადგილობრივი ატმოსფერული წნევა ხელს უწყობს გამაგრებას.

დ) ცივ პერიოდებში საკმარისად დაბალი ტემპერატურა იყო საკვების გაყინვისთვის, ხოლო მაღალ მთებში დაბალი ატმოსფერული წნევა სუბლიმაციას აძლევდა შესაძლებელი.

ე) საკვები ბუნებრივად გაყინვის შემდეგ დაწნეხდნენ წნევის გასაზრდელად, რათა მოხდეს სუბლიმაცია.

პასუხი: ასო D.

ლიოფილიზაციისას ხდება წყლის გაყინვა მისი შემდგომი სუბლიმაციასთან ერთად. პრეკოლუმბიელ ხალხს შეეძლო ასეთი პროცესის განხორციელება, რადგან ზამთარში წყალი შეიძლება გაიყინოს (ისარი 1) და ანდების უმაღლესი რეგიონების დაბალი წნევით (ისარი 2), მას შეეძლო დაექვემდებაროს სუბლიმაცია (ისარი 3).

კითხვა 2

(Uerj 2005) მშრალი ყინული, ან გამაგრებული ნახშირორჟანგი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება სამაცივრო პროცესებში, განიცდის სუბლიმაციას გარემო პირობებში. ამ ტრანსფორმაციის დროს, სხვათა შორის, ხდება ენერგიის ცვალებადობის და ურთიერთქმედების დარღვევის ფენომენი.

ეს ფენომენი კლასიფიცირდება, შესაბამისად, შემდეგნაირად:

ა) ეგზოთერმული – ინტერიონური

ბ) ეგზოთერმული – ბირთვთაშორისი

გ) იზოთერმული – ინტერატომური

დ) ენდოთერმული – ინტერმოლეკულური

პასუხი: ასო D.

სუბლიმაცია არის ენდოთერმული პროცესი, რადგან ის მოითხოვს სითბოს შთანთქმას, რათა დაირღვეს ურთიერთქმედება, რომელიც ინარჩუნებს მყარი ფაზის მოლეკულებს კომპაქტურად. ეს ურთიერთქმედება ინტერმოლეკულური ტიპისაა.

სტეფანო არაუჯო ნოვაისის მიერ
ქიმიის მასწავლებელი

შეიტყვეთ უფრო ღრმად ამ ფენომენის შესახებ.

პასუხი მდგომარეობს წნევისა და ტემპერატურის ცვლილებებში.

შეიტყვეთ მატერიის ფიზიკური მდგომარეობების შესახებ და ნახეთ რა არის ისინი. ასევე გაიგეთ რა არის ბოზე-აინშტაინი და სად შეგვიძლია ვიპოვოთ მატერია პლაზმურ მდგომარეობაში.

ინდუცირებული დიპოლებით გამოწვეული დიპოლური ძალები არის ყველაზე სუსტი ინტერმოლეკულური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება არაპოლარულ მოლეკულებს შორის.

იხილეთ, როგორ ამოიცნოთ, აქვს თუ არა ნივთიერებას დუღილის წერტილი სხვაზე მაღალი მოლეკულური ძალებისა და დუღილის წერტილის ურთიერთმიმართებით.