סובלימציה כימית היא תהליך פיזיקלי שבו חומר מוצק עובר ישירות למצב גזי, תוך עקיפת מצב הנוזל הביניים. תופעה זו מתרחשת עקב תנאי לחץ וטמפרטורה ספציפיים אליהם החומר נתון. במאמר זה נציג 20 דוגמאות לסובלימציה כימית ומאפייניהן, תוך הדגמה של נפוץ וחשיבותו של תהליך זה בתחומים שונים של הכימיה.
להבין את תהליך הסובלימציה ולראות כיצד קרח הופך לאדים.
סובלימציה היא תהליך כימי שבו חומר עובר ישירות ממצב מוצק למצב גזי, תוך עקיפת מצב הנוזל הביניים. תופעה זו מתרחשת כאשר לחץ האדים של חומר מוצק גדול מלחץ אטמוספרי. דוגמה נפוצה לסובלימציה היא הפיכת קרח לאדי מים.
כאשר קרח נחשף לטמפרטורות מעל אפס מעלות צלזיוס, הוא מתחיל להתעבות, או לעבור ממצב מוצק ישירות למצב גזי. זה קורה מכיוון שלחץ אדי המים בקרח גדול מהלחץ האטמוספרי, מה שמאפשר למולקולות מים לברוח מפני השטח של הקרח ולהפוך לאדים.
תהליך הסובלימציה הזה מושפע מטמפרטורת הסביבה ולחץ הסביבה. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר והלחץ נמוך יותר, כך הסובלימציה מהירה יותר. לעומת זאת, בטמפרטורות נמוכות יותר ובלחצים גבוהים יותר, הסובלימציה תהיה איטית יותר.
20 דוגמאות לסובלימציה כימית ומאפייניה
סובלימציה היא תופעה נפוצה בחומרים כימיים שונים. להלן 20 דוגמאות לחומרים שעוברים תהליך סובלימציה ומאפייניהם:
1. נפתליןנפתלין הוא דוגמה קלאסית לסובלימציה, המשמש כדוחה חרקים.
2. יוֹדיוד מתמוסס בקלות בטמפרטורת החדר, ויוצר גבישים סגולים.
3. פחמן דו חמצניפחמן דו-חמצני, הידוע גם כקרח יבש, מתמוסס בטמפרטורות מתחת ל-78,5 מעלות צלזיוס-.
4. קַמפוֹרקמפור הוא חומר שמתחמם בטמפרטורות מעל 175 מעלות צלזיוס.
5. חומצה בנזואיתחומצה בנזואית מתמוססת בטמפרטורות מעל 121 מעלות צלזיוס.
6. אנהידריד אצטיתמתעבה בטמפרטורות מעל 139 מעלות צלזיוס.
7. חומצה אוקסליתמתעבה בטמפרטורות מעל 365 מעלות צלזיוס.
8. פרדיכלורובנזןמתעבה בטמפרטורות מעל 53 מעלות צלזיוס.
9. תחמוצת החנקןמתעבה בטמפרטורות מעל -163,6°C.
10. חומצה פורמיתמתעבה בטמפרטורות מעל 100,8 מעלות צלזיוס.
11. חומצה אצטיתמתעבה בטמפרטורות מעל 117,9 מעלות צלזיוס.
12. חומצה גופרתיתמתעבה בטמפרטורות מעל 337 מעלות צלזיוס.
13. סולפט נחושתמתעבה בטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס.
14. חומצת לימוןמתעבה בטמפרטורות מעל 153 מעלות צלזיוס.
15. חומצה טריכלורואצטיתמתעבה בטמפרטורות מעל 61,6 מעלות צלזיוס.
16. חומצה פורמיתמתעבה בטמפרטורות מעל 100,8 מעלות צלזיוס.
17. חומצה אצטיתמתעבה בטמפרטורות מעל 117,9 מעלות צלזיוס.
18. חומצה גופרתיתמתעבה בטמפרטורות מעל 337 מעלות צלזיוס.
19. סולפט נחושתמתעבה בטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס.
20. חומצת לימוןמתעבה בטמפרטורות מעל 153 מעלות צלזיוס.
אלו הן רק כמה דוגמאות לחומרים שעוברים תהליך של סובלימציה. סובלימציה היא תופעה מעניינת וחשובה בכימיה, עם יישומים רבים בתחומים שונים.
מאפיינים עיקריים של סובלימציה: הבנת תופעה פיזיקלית זו ותכונותיה הייחודיות.
סובלימציה היא תופעה פיזיקלית המתרחשת כאשר חומר עובר ישירות ממצב מוצק למצב גזי, תוך עקיפת המצב הנוזלי. תהליך זה מתרחש עקב המאפיינים הייחודיים של מולקולות החומר ותנאי הסביבה, כגון לחץ וטמפרטורה.
אחד המאפיינים העיקריים של סובלימציה הוא אנדותרמיה , כלומר, ספיגת חום במהלך המעבר ממוצק לגז. זה גורם לחומר לקרר את סביבתו, ואף עלול להקפיא חומרים סמוכים אחרים.
יתר על כן, סובלימציה היא תהליך הפיך , כלומר החומר יכול לעבור ממצב גזי למצב מוצק מבלי לעבור דרך מצב נוזלי. זוהי תופעה חשובה במספר תחומים, כגון תעשיות התרופות והמזון.
מאפיין מעניין נוסף של סובלימציה הוא היווצרות גבישים במהלך קירור הגז. לגבישים אלה יכולים להיות צורות וגדלים ייחודיים, בהתאם לחומר ולתנאי הסובלימציה.
כדי להבין טוב יותר את נושא הסובלימציה, נציג 20 דוגמאות לחומרים שעוברים תהליך כימי זה ואת המאפיינים הספציפיים שלהם.
להבין את תהליך הסובלימציה הכימית וכיצד הוא פועל בצורה פשוטה ומעשית.
סובלימציה כימית היא תהליך שבו חומר עובר ישירות ממצב מוצק למצב גזי, מבלי לעבור דרך מצב נוזלי. תופעה זו מתרחשת כאשר לחץ האדים של חומר מוצק גדול מלחץ אטמוספרי, מה שגורם למולקולות המוצק להתאדות מבלי להימס.
כדי להבין טוב יותר, דמיינו קוביית קרח במקפיא. אם נשאיר את הקרח למשך זמן רב, הוא יהפוך לסובלימטיבי - כלומר, יעבור ישירות ממצב מוצק למצב גזי, מבלי להימס. זה קורה מכיוון שלחץ אדי המים בקרח גדול מהלחץ האטמוספרי בתוך המקפיא.
בסובלימציה כימית, מולקולות של מוצק צוברות מספיק אנרגיה כדי לשבור את הכוחות הבין-מולקולריים המחזיקים אותן יחד במצב מוצק. מולקולות אלו מתפזרות באוויר ויוצרות גז. כאשר הגז מגיע לפני השטח הקרים יותר, המולקולות מתעבות שוב ויוצרות את המוצק ישירות מהאדים.
20 דוגמאות לסובלימציה כימית ומאפייניה
1. נפתלין: נפתלין הוא דוגמה קלאסית לחומר שעובר תהליך סובלימציה. הוא משמש כדוחה עש, וכאשר הוא נחשף לאוויר, הוא הופך לסובלימציה ישירות למצב גזי.
2. יוד: יוד הוא חומר נוסף שעובר סובלימציה בקלות. כאשר הם נחשפים לאוויר, גבישי יוד עוברים ישירות למצב גזי מבלי להימס.
3. חומצה בנזואית: חומצה בנזואית היא מוצק לבן אשר מתמוסס בטמפרטורות נמוכות יחסית. היא משמשת כחומר משמר במזונות ומתמוססת בחימום.
4. אנתרצן: אנתרצן הוא פחמימן ארומטי שמצטבר בטמפרטורות נמוכות. הוא משמש לייצור צבעים וחומרי נפץ.
5. חומצת לימון: חומצת לימון היא מוצק גבישי שמצטבר בטמפרטורות גבוהות. היא נמצאת בפירות הדר ומשמשת כחומר מחמצת במזונות.
6. מנטול: מנטול הוא חומר שמתעבה בקלות בטמפרטורת החדר. הוא נמצא בצמחים כמו נענע ומשמש בתרופות ובקוסמטיקה.
7. חומצה סליצילית: חומצה סליצילית היא מוצק גבישי שמטמיע תאים בטמפרטורות מתונות. היא משמשת לטיפול באקנה ובמצבי עור אחרים.
8. בנזואין: בנזואין הוא שרף שעובר סובלימציה בטמפרטורות גבוהות. הוא משמש לייצור בשמים וקטורת.
9. NaCl: נתרן כלורי, או מלח שולחן, מתאדה בטמפרטורות גבוהות. הוא משמש בבישול ובתעשייה הכימית.
10. חומצה אוקסלית: חומצה אוקסלית היא מוצק לבן שמתחמם בטמפרטורות מתונות. היא משמשת בתעשיית הטקסטיל ולניקוי מתכות.
11. פנול: פנול הוא נוזל שעובר סובלימציה בטמפרטורות נמוכות. הוא משמש לייצור פלסטיק ושרפים.
12. חומצה אסקורבית: חומצה אסקורבית, או ויטמין C, היא מוצקה שמטמיעה בטמפרטורות גבוהות. היא נמצאת בפירות הדר ומשמשת כתוסף ויטמינים.
13. נפתול: נפתול הוא מוצק לבן אשר מתאדה בטמפרטורות מתונות. הוא משמש לייצור צבעים ובתעשייה הכימית.
14. קמפור: קמפור הוא מוצק שמתעבה בקלות בטמפרטורת החדר. הוא משמש בתרופות ובמוצרי יופי.
15. חומצה טרפתלית: חומצה טרפתלית היא מוצק לבן שמתחמם בטמפרטורות גבוהות. היא משמשת לייצור פלסטיק ופולימרים.
16. סוכרוז: סוכרוז, או סוכר רגיל, מתאדה בטמפרטורות גבוהות. הוא משמש בבישול ובהכנת ממתקים.
17. חומצה בנזואית: חומצה בנזואית היא מוצק לבן אשר מתמוסס בטמפרטורות מתונות. היא משמשת כחומר משמר במזון ובקוסמטיקה.
גלו את 10 מצבי החומר השונים הקיימים בטבע ואת המאפיינים הייחודיים שלהם.
בטבע קיימים 10 מצבי חומר שונים, שלכל אחד מהם מאפיינים ייחודיים המייחדים אותם. מצבי החומר הם מוצק, נוזל, גז, פלזמה, עיבוי בוז-איינשטיין, עיבוי פרמיוני, עיבוי רידברג, עיבוי פוטונים, חומר קווארק-גלואון וחומר מנוון.
המצב המוצק מאופיין בחלקיקים קרובים זה לזה ובעלי צורה ונפח מוגדרים. במצב הנוזלי יש חלקיקים רופפים יותר, בעלי צורה מוגדרת אך נפח משתנה. במצב הגזי, החלקיקים מופרדים זה מזה באופן נרחב ואין להם צורה או נפח. פלזמה היא מצב חם ביותר שבו אטומים מאבדים את האלקטרונים שלהם. עיבוי בוז-איינשטיין מתרחש בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, כאשר חלקיקים מתנהגים כמו גלים. עיבוי פרמיוני נוצר על ידי פרמיונים בטמפרטורות נמוכות.
עיבוי רידברג הוא מצב אקזוטי הנוצר על ידי אטומים מעוררים. עיבוי פוטוני הוא מצב של אור עשיר בפוטונים. חומר קווארק-גלואון הוא מצב היפותטי שבו קווארקים וגלואונים אינם קשורים. לבסוף, חומר מנוון נמצא בכוכבי נויטרונים והוא צפוף וקומפקטי ביותר.
20 דוגמאות לסובלימציה כימית ומאפייניה
סובלימציה כימית היא תהליך שבו חומר עובר ישירות ממצב מוצק למצב גזי, תוך עקיפת המצב הנוזלי. תופעה זו מתרחשת במגוון מצבים, כגון כדורי נפטלין, יוד, פחמן דו-חמצני, חומצת לימון, חומצה בנזואית ואחרים. סובלימציה היא תהליך אנדותרמי, בו סופג חום מהסביבה כדי להתרחש.
כמה דוגמאות לסובלימציה כימית כוללות היווצרות גבישי קרח יבשים, ייבוש בגדים על חבל כביסה בימים קרים, שימור מזון קפוא וניקוי משטחים בעזרת סודה לשתייה, בין היתר. סובלימציה היא תהליך חשוב במספר תחומים, כגון התעשייה הכימית, ייצור תרופות ושימור מזון.
20 דוגמאות לסובלימציה כימית ומאפייניה
כמה דוגמאות לסובלימציה כימית הן התהליכים שבהם מים, פחמן דו-חמצני, יוד, ארסן או גופרית עוברים סובלימציה.
סובלימציה היא תהליך של מעבר ישיר ממצב מוצק למצב גזי, מבלי לעבור דרך פאזה נוזלית. זהו מעבר פאזה אנדותרמי המתרחש בטמפרטורות ולחצים מתחת לנקודה המשולשת של חומר, טמפרטורה ולחץ שבהם שלושת הפאזות מתקיימות יחד (סובלימציה (כימיה), 2008).
בטמפרטורה נתונה, רוב התרכובות והיסודות הכימיים יכולים להתקיים באחד משלושה מצבי חומר שונים בלחצים שונים. במקרים אלה, המעבר ממצב מוצק למצב גזי דורש מצב נוזלי ביניים.
בטמפרטורות מתחת לנקודה המשולשת, ירידה בלחץ תגרום למעבר פאזה ישיר ממוצק לגז. יתר על כן, בלחצים מתחת ללחץ בנקודה המשולשת , עלייה בטמפרטורה תגרום לכך שמוצק יהפוך לגז מבלי לעבור דרך אזור הנוזל (Boundless, SF).
עבור חומרים מסוימים, כמו פחמן וארסן, סובלימציה קלה הרבה יותר מאשר אידוי. הסיבה לכך היא שהלחץ של הנקודה המשולשת שלהם גבוה מאוד, מה שמקשה על קבלתם כנוזלים.
תהליך הסובלימציה דורש אנרגיה נוספת; זהו שינוי אנדותרמי. ניתן לחשב את אנתלפיית הסובלימציה (חום הסובלימציה) כסכום של אנתלפיית ההיתוך ואנתלפיית האידוי.
התהליך ההפוך, שבו גז עובר שינוי פאזה בצורה מוצקה, נקרא שקיעת גז או דה-סובלימציה (אן מארי הלמנסטין, 2016).
20 דוגמאות לסובלימציה
1- פחמן דו-חמצני
קרח יבש הוא פחמן דו-חמצני מוצק. בטמפרטורת החדר ובלחץ החדר, הוא מתעבה לאדי פחמן דו-חמצני (איור 2).
ניתן להשתמש בו ליצירת אפקט עישון או אפקט פחד מיוחד. בשל בטיחותו היחסית, קרח יבש הוא המוצק המועדף בהדגמות בכיתה.
2- מים
בתנאים מיוחדים, מים קפואים (קרח) יכולים לקפוץ מהפאזה הנוזלית ולהתעבות לאוויר. קשה לראות קרח מתעבה, אבל אפשר לראות את התוצאות.
פני השטח הדרומיים של הר האוורסט מתאפיינים בתנאים מושלמים לסובלימציה של שלג: טמפרטורות נמוכות, אור שמש עז, לחות יחסית נמוכה ורוחות יבשות (ואן ביורן, סן פרנסיסקו).
3- יוד
יוד בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס הופך מוצק לגז סגול רעיל. חומר זה משמש במדע הפורנזי ללכידת טביעות אצבעות.
4- ארסן
בטמפרטורה של 615 מעלות צלזיוס, ארסן מתמוסס. זה מהווה סכנה בהתחשב ברעילותו של היסוד.
5- גופרית
תרכובת זו מתחממת בטמפרטורות שבין 25 ל-50 מעלות צלזיוס, וגורמת לגזים רעילים וחונקים (טאקר, 1929).
6- דיו להדפסה
מדפסות סובלימציה יבשה משתמשות בתהליך הסובלימציה כדי להדפיס תמונות באיכות צילום.
התהליך מתחיל כאשר ישנם סרטים מיוחדים המכילים פיגמנטים מוצקים אשר, כאשר מחממים אותם, מתעבה ולאחר מכן לוכדים מחדש.
ניתן להדפיס תמונות על חולצות פוליאסטר, אגרטלים או יריעות אלומיניום או כרום (סובלימציה בצביעה מתכתית על אלומיניום, SF).
7- חומרי טעם וריח
מטהרי אוויר מוצקים גם עוברים סובלימציה. תרכובות אלו הן בדרך כלל אסטרים, כולל אלו המצויים באסלה. כך הכימיקלים משתחררים ישירות לאוויר, מה שגורם לו להריח רענן.
8- נפתלין
כדורי נפטלין עשויים מתרכובת זו אשר, באמצעות סובלימציה, מסירה עשים.
9- אבץ
תרכובת זו נוטה להתעבות בלחץ נמוך.
10- אלומיניום
מתכת זו עוברת סובלימציה בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס עבור תהליכים תעשייתיים מסוימים.
11- מטלורגיה
סגסוגות מסוימות עוברות טיהור באמצעות שיטות סובלימציה. שיטות אלו מפרידות את התרכובות המרכיבות את הסגסוגת, וכתוצאה מכך מתקבלים מוצרים מטוהרים.
12- קדמיום
תרכובת נוספת שעוברת סובלימציה בלחץ נמוך. זה בעייתי במיוחד במצבים שבהם עובדים תחת ואקום גבוה.
13- גרפיט
חומר זה עובר סובלימציה על ידי העברת זרם חשמלי בעל אמפר גבוה דרך ואקום גבוה. הליך זה משמש במיקרוסקופ אלקטרונים חודר כדי לייצר דגימות מוליכות ולהשיג רזולוציה גבוהה יותר.
14- זהב
סובלימציה של זהב משמשת לייצור מדליות ותכשיטים מצופים זהב במחיר נמוך. היא משמשת גם לטיפול בדגימות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.
15- קמפור
בטמפרטורה מסוימת, קמפור מתמוסס, ומשמש לטיהור או להשפעות טיפוליות.
16- מנטול
מנטול מתאדה בקלות רבה. כשמסתכלים על בקבוק של מנטול טהור, אפשר לראות מחטים דקות של מנטול. אלה גדלות באמצעות שקיעת חומר. משמעות הדבר היא שמנטול מוצק מתאדה.
17- אנתרצן
זהו מוצק לבן שמתחמם בקלות. שיטה זו משמשת בדרך כלל לטיהור.
18- חומצה בנזואית
זהו תוסף מזון שניתן בקלות לסובלימציה לצורך טיהור (Crampton, 2017).
19 - חומצה סליצילית
הוא משמש כמשחה להקלה על חום, מכיוון שהוא מתעבה בקלות. שיטה זו משמשת גם לטיהור (טיהור תרכובות אורגניות, SF).
20- סובלימציה קוסמית
תופעת הסובלימציה אינה נצפית רק מדי יום או במעבדה. אסטרונומים ואסטרופיזיקאים נוטים להיתקל בה כשהם מפנים את מבטם אל הכוכבים.
דוגמאות לכך הן סובלימציה של מים מגרעיני שביט, התקרבותו של השביט לשמש, וסובלימציה של כיפות קרח קוטביות על מאדים במהלך הקיץ של מאדים (אוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה, סן פרנסיסקו).
הפניות
- אן מארי הלמנסטין, פ. (2016 ביוני, 20). הגדרת סובלימציה (מעבר פאזה בכימיה) נלקח מ-thoughtco.com.
- (סן פרנסיסקו). מעבר פאזה מוצק לגז נלקח מ- boundless.com.
- קרמפטון, ל. (2017 במאי, 5). השפעות בריאותיות של חומצה בנזואית, נתרן בנזואט ובנזן נלקח מ- caloriebee.com.
- סובלימציה של דיו מתכתי על אלומיניום (סן פרנסיסקו). נלקח מ- blazing.com.
- טיהור של תרכובות אורגניות (סן פרנסיסקו). נלקח מ- askitians.com.
- סובלימציה (כימיה) (2 באפריל, 2008). נלקח מ- newworldencyclopedia.org.
- אוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה (SF). הַאֲצָלָה נלקח מ- astronomy.swin.edu.au.
- טאקר, ר.פ. (1929). הערות על סובלימציה של גופרית בין 25° ל-50°C. כימיה, הנדסה, 21 (1) , 44-47.
- ואן ביורן, ג'. (סן פרנסיסקו). דוגמאות לסובלימציה בחיים האמיתיים נלקח מ- education.seattlepi.com.