التسامي في المواد الصلبة Sublimation of Solids


التسامي Sublimation

من المعلوم أن السوائل تتبخر ولذلك لكل سائل ضغط بخاري ثابت عند درجة حرارة معینة.

كذلك بعض المواد الصلبة قادرة على التبخر تماماً مثل السوائل فتتحول جزیئاتھا إلى حالة غازیة دون المرور بالحالة السائلة وھذه العملیة تسمى بالتسامي Sublimation كما یحدث ذلك في ثاني أكسید الكربون الصلب CO2(s) (الثلج الجاف) ، اليود (I2) ، النفثالين (C10H8)


أما العملیة العكسیة وھي انتقال الجزیئات من الحالة الغازیة (البخار) إلى الحالة الصلبة فتعرف بالترسیب. وعند حدوث عملیتي التسامي والترسیب بنفس المعدل، فتحدث تبعاً لذلك حالة اتزان دینامیكي بین الحالة الصلبة والحالة البخاریة، ویحدث البخار تبعاً لذلك ضغطاً خاصاً یعرف بضغط التسامي.

منحنى التسامي: یعرف منحنى ضغط التسامي مع الحرارة بمنحنى التسامي.

انثالبي التسامي ΔHsub Enthalpy of Sublimation

یقدر إنثالبي التسامي بقیمة الحرارة اللازمة لتحویل أي جسم صلب إلى بخار.

وھذه العلاقة لھا علاقة مباشرة بإنثالبي الإنصھار وعملیة التبخیر.

عند دمج التعبیرات الخاصة بانصھار الصلب وبتبخیر السائل عند نفس درجة الحرارة فإن التعبیر الناتج یمثل عملیة التسامي وسنأخذ ھنا الماء عند (°0 C) عن كمثال على ذلك:



أقرب مثال على هذه الأجسام الصلبة والتي لھا ضغوط تسامي مھمة ھي الثلج والثلج الجاف (ثاني أكسید الكربون الصلب).
وإذا كنت تعیش في مناطق ذات جو بارد فإنك ستلاحظ اختفاء الثلج من على الأرض بالرغم من أن درجة حرارة الجو یمكن أن تكون أقل من درجة الصفر المئوي، وفي ھذه الحالة لم ینصھر الثلج ولكنه تسامى. وضغط تسامي الثلج عند (0 Co) يساوي 4.55 mm Hg

كیف ینشأ ضغط بخار المادة الصلبة؟

 تختلف جزیئات المادة الصلبة (التي تتسامى) فیما بینھا بمقدار الطاقة الحركیة، وھذا یعني وجود كمیة محددة من الجزیئات وذلك عند درجة حرارة محددة تكون ذات قدر كاف من الطاقة الحركیة یمكنھا من التغلب على قوى التجاذب فیما بینھا وبین الجزیئات الأخرى، ویتیح لھا بالتالي فرصة الانفلات من حالة التماسك الصلبة إلى الحالة الغازیة، وستصل سرعتا تحول جسیمات المادة الصلبة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازیة والعكس عند ثبوت درجة الحرارة إلى حالة التساوي (في الأنظمة المغلقة)، وھذا یدل على نشوء حالة توازن دینامیكي بین الحالتین الصلبة والغازیة، وعند حدوث التوازن عند درجة معینة فإن ضغط بخار المادة الصلبة یكون ثابتاً ویسمى ضغط بخار المادة الصلبة Equilibrium Vapour Pressure of Solid

مثال توضيحي

عند وضع الثلج الجاف في وعاء مغلق فإنه یتبخر تدریجیاً وفي نفس الوقت فإن بعض الجزیئات المتبخرة أیضاً تعود للتجمد، وعندما تكون سرعة تحول الجزیئات الصلبة إلى الحالة الغازیة تساوي سرعة تحول الجزیئات الغازیة إلى الحالة الصلبة، نكون قد وصلنا إلى حالة اتزان، وفي ھذه الحالة یثبت ضغط البخار وھو ما یسمى بضغط بخار المادة الصلبة.

العوامل المؤثرة على قيمة ضغط بخار مادة صلبة

تعتمد قیمة ضغط بخار المادة الصلبة على:

(1) طبیعة المادة:

قوى التجاذب بین المادة الصلبة یؤدي إلى اختلاف الضغط البخاري لھذه المادة.

على سبیل المثال، فقوى التجاذب أقوى في المواد الصلبة الأیونیة منھا في المواد الصلبة الجزیئیة، فتجد، كما ھو متوقع أن الضغط البخاري للمواد الصلبة الأیونیة أقل بكثیر من ذلك للمواد الصلبة الجزیئیة.

(2) درجة الحرارة:

یزداد الضغط البخاري للمادة الصلبة بازدیاد درجة الحرارة.

اختلاف الضغط البخاري للمواد الصلبة عند درجة حرارة ثابتة دلیل على مدى اختلاف ھذه المواد في قوى التجاذب بین الجزیئات بحیث یدل ارتفاع الضغط البخاري على ضعف ھذه القوى.

بعض التطبيقات العملية للتسامي

من التطبیقات العملیة للتسامي، التجفیف بالتجمید Freeze Drying فالقهوة الجاھزة المجففة بالتجمید، مثلاً، یتم صنعھا عن طریق تجمید كمیة من القھوة المغلیة وبعد ذلك یتم نزع الجلید بواسطة التفریغ الھوائي (علل) حیث أن التفریغ الھوائي یؤدي إلى إيجاد جو من الضغط المنخفض یتسامى فیه الجلید بسرعة. وتحافظ عملیة نزع الماء بھذه الطریقة على الجزیئات الحساسة والدقیقة، التي تعطي للقھوة نكھتھا، وھكذا یتم تحسین جودة الإنتاج.

یتم تجفیف أطعمة صلبة – وحتى وجبات كاملة – بالتجمید، وذلك للحفاظ على طعمھا · بالإضافة إلى منعھا من التلف، حیث أن البكتیریا التي یمكن أن تسبب أذى لا تستطیع أن تنمو وتتكاثر بمعزل عن الرطوبة، وھذا ما یسمح بتخزین الأطعمة المجففة بالتجمید بدون تبرید، ویمكن إعادة تكوینھا بمجرد إضافة الماء إلیھا. وغالباً ما یتزود ھواة المخیمات بھذه المنتجات بسبب طبیعتھا العملیة.

المراجع:  أسس الكيمياء العامة والفيزيائية - الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية.



ليست هناك تعليقات