تصعید چیست؟ – به زبان ساده

تصعید چیست؟

یادگیری تصعید با فرادرس برای دانش‌آموزان

اگر دانش‌آموز هستید و می‌خواهید بهتر متوجه شوید که تصعید چیست، مشاهده فیلم‌های آموزشی زیر در فرادرس به شما کمک می‌کند تا با انواع تغییر حالت‌های ماده بیشتر آشنا شوید:

1. فیلم آموزش علوم هشتم بخش شیمی فرادرس
2. فیلم آموزش فیزیک پایه دهم فرادرس
3. فیلم آموزش فیزیک دهم – مرور و حل تمرین فرادرس
4. فیلم آموزش رایگان دما و گرما در فیزیک پایه دهم فرادرس

مثال‌هایی از تصعید

فیلم آموزش فیزیک پایه دهم 1 در فرادرس

کلیک کنید

تصعید دی‌اکسیدکربن جامد یا یخ خشک

این ابر یا مه در واقع متشکل است از قطرات آب گیر افتاده در دی‌اکسیدکربن گازی. علت تشکیل قطرات آب این است که یخ خشک آن‌قدر سرد و خنک است که باعث می‌شود قطرات آب از هوای متراکم شده تولید شود (میعان). باید دقت شود که میزان سردی یخ خشک به قدری است که می‌تواند باعث سوختگی پوست دست شود. بنابراین از تماس مستقیم دست با یخ خشک اجتناب کنید.

تصعید یخ

برف و یخ در دماهایی زیر مرز جامد و مایع یا نقطه ذوب (عموما ۰ درجه) و در فشار نسبی زیر فشار در نقطه سه‌گانه، دچار تصعید تدریجی خواهند شد. بنابراین در حالت کلی نمی‌توانیم بگوییم تصعید برای یخ همیشه رخ می‌دهد. برای مثال مقدار زیادی برف جمع شده در مناطق کوهستانی را در نظر بگیرید. به چنین تجمعی از برف، برف‌چال گفته می‌شود و در چنین مناطقی تصعید یخ را داریم.

در برف‌چال به تدریج برف کم می‌شود، چرا که نور خورشید روی سطح برف باعث تصعید آن‌ خواهد شد. این پدیده در طبیعت در مناطق خاصی مانند قطب شمال و جنوب که دمای خیلی پایین و فشار خیلی بالا دارند، اتفاق می‌افتد. در بقیه مناطق، اغلب تغییر حالت جامد به گاز با عبور از فاز میانی مایع است. ثابت شده است در شرایط یکسان، سرعت تصعید قطعات یخ با سرعت تبخیر همان مقدار آب برابر است.

تصعید نفتالین

نفتالین جامد در فشار و دمای استاندارد به‌تدریج و در نقطه تصعید بحرانی، یعنی در دمایی حدود ‎۸۰ C با نرخ بالایی تصعید می‌شود. در دماهای پایین، فشار بخار نفتالین به اندازه کافی بالا هست تا باعث شود نفتالین جامد به بخار تبدیل شود.

تصعید ید

می‌خواهیم ببینیم رفتار ید طی فرآیند تصعید چیست. «ید» (Iodine) نیز از جمله موادی است که به تدریج تصعید می‌شود و با حرارت‌دهی در دمای استاندارد، بخار تولید می‌کند. تصعید ید، نفتالین و کافور را می‌توانیم نمونه‌هایی از «تصعید مولکولی» در نظر بگیریم. به این علت که در این موارد، ماده جامد از مولکول‌هایی ساخته شده است که توسط نیروهای بین‌مولکولی ضعیفی مانند نیروهای واندوالسی کنار هم نگه داشته شده‌اند.

فیلم آموزش شیمی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

بنابراین با حرارت‌دهی این پیوندهای ضعیف به آسانی شکسته می‌شوند و مولکول‌ها راحت‌تر از شبکه جامدی فرار می‌کنند تا به گاز تبدیل شوند. شکل بالا تصعید ید جامد در ته یک لوله آزمایش را نشان می‌دهد که گازی بنفش رنگ تولید کرده است. این گاز با سرد شدن در ابتدای لوله، مجددا به ذرات جامد ید چگالیده می‌شود.

حالت‌‌های ماده در تصعید

برای اینکه بهتر متوجه شویم تصعید چیست، ابتدا باید حالت‌ ماده در ابتدا و انتهای این فرآیند را بشناسیم. گفتیم در شرایط فشار نرمال، بیشتر ترکیبات شیمیایی و عناصر با توجه به دمایی که در آن قرار دارند، فقط می‌توانند در یکی از سه حالت ماده یعنی مایع، جامد یا گاز در طبیعت وجود داشته باشند.

نقش جامد در تصعید

نقش مایع در تصعید

نقش گاز در تصعید

فیلم آموزش تصعید و کاربردها در فرادرس

کلیک کنید

در انتهای این قسمت، خواص سه حالت ماده را جهت مقایسه سریع‌تر در جدول زیر خلاصه کرده‌ایم:

با توجه به آنچه که در مورد حالت‌های ماده گفتیم، چون خواص حالت مایع به‌نوعی وسط طیف خواص جامد و گاز قرار می‌گیرد، انتظار داریم ماده برای تبدیل شدن از جامد به گاز، ابتدا از حالت مایع عبور کند. اینکه در تصعید چنین اتفاقی رخ نمی‌دهد، یکی از خصوصیات جالب‌توجه این تغییر حالت از ماده است که آن را از سایر تغییر حالت‌ها متمایز کرده است. در بخش بعدی در مورد این مبحث بیشتر صحبت خواهیم کرد.

تغییر حالت تصعید

اگر نمودار فازی را برای مواد مختلف بررسی کنیم، طبق پیش‌بینی این نمودار حرارت‌ دادن ماده جامدی که دارای فشاری کمتر از فشار «نقطه سه‌گانه» (Triple Point) است، باعث می‌شود این ماده به گاز تبدیل شود یا تصعید شود. به عبارت دیگر، برای اینکه بهتر متوجه شویم کدام مواد برای تصعید مناسب‌‌اند، بهتر است ابتدا به نمودار فازی هر ماده توجه کنیم تا بیشتر متوجه تاثیر فشار در فرآیند تصعید شویم.

اگر فشار نقطه سه‌گانه برای یک ماده خیلی زیاد باشد، در این حالت احتمال اینکه این ماده در فاز مایع وجود داشته باشد، خیلی کم است. در نتیجه چنین ماده‌ای برای تصعید یا تبدیل مستقیم جامد به گاز بسیار مناسب است. شکل بالا تصویری از یک نمودار فاز نوعی و نقطه سه‌گانه را نشان می‌دهد. در بخش‌های بعدی این مطلب حتما در مورد نمودار فازی و اهمیت نقطه سه‌گانه توضیح خواهیم داد.

در متون مختلف به‌جای تغییر حالت از عبارت «تبدیل فاز» (Phase transition) نیز استفاده می‌شود. همچنین در مبحث تصعید، درک نموداری به نام نمودار فازی ماده بسیار مهم است. بنابراین اولین قدم برای درک عمیق‌تر مبحث تصعید، دانستن تفاوت فاز و حالت است که در بخش‌های بعدی به آن پرداخته‌ایم.

تفاوت فاز با حالت چیست؟

برای اینکه بدانیم تفاوت تغییر حالت با تبدیل فاز تصعید چیست، لازم است ابتدا تفاوت فاز و حالت را بدانیم. مخلوطی از آب و روغن را در نظر بگیرید. هر دو ماده آب و روغن از نظر حالت مایع محسوب می‌شوند، پس مخلوط آب-روغن نیز یک حالت یعنی حالت مایع دارد. ولی از نظر فازی، آب-روغن یک مخلوط دو فازی است. در واقع فاز به ناحیه‌ یا بخشی از ماده گفته می‌شود که در سراسر آن، خواص فیزیکی یکنواختی مانند چگالی، میزان مغناطیسی شدن یا ترکیب شیمیایی داشته باشیم.

گرمای تصعید چیست؟

فرآیند گرماگیر فرآیندی شیمیایی یا فیزیکی است که در آن گرما از محیط اطراف جذب می‌شود. بنابراین «آنتالپی» (Enthalpy) یا «انرژی داخلی» (Internal Energy) ماده طی فرآیند گرماگیر افزایش خواهد یافت و انتظار داریم که دمای ماده نیز زیاد شود، در حالی که دمای محیط اطراف آن کم شده است. معکوس چنین فرآیندی، فرآیند گرماده است که باعث افزایش دمای محیط اطراف می‌شود.

نکته مهم این است که این انرژی باید برای انجام سه فرآیند زیر طبق ترتیب گفته شده، کافی باشد:

1. ابتدا لازم است ماده به حداکثر «ظرفیت گرمایی» (Heat Capacity) خود در حالت جامد برسد.
2. سپس تمام پیوندهایی که ذرات تشکیل‌دهنده جامد را کنار هم نگه داشته است، از بین برود.
3. در انتها تمام اتم‌هایی که حالا هیچ پیوندی با هم ندارند را به‌گونه‌ای برانگیخته کند که به حداکثر ظرفیت گرمایی خود در حالت گازی برسند.

در شکل بالا، نمودار تغییرات دمای یک ماده (محور قائم) برحسب تغییرات انرژی آن (محور افقی) رسم شده است. این نمودار به‌‌خوبی نشان می‌دهد برای تصعید یک ماده چقدر انرژی لازم است. اگر بخواهیم آنتالپی تصعید را طبق این شکل محاسبه کنیم، می‌توانیم تغییرات انرژی زیر را با هم جمع کنیم:

$$\triangle H_{sub}=\triangle E_{th(solid)}+\triangle E_{b(solid\rightarrow liquid)}+\triangle E_{th(liquid)}+\triangle E_{b(liquid\rightarrow gas)}$$

• $$\triangle H_{sub}$$: گرمای تصعید
• $$\triangle E_{th}$$: تغییرات انرژی گرمایی
• $$\triangle E_{b}$$: انرژی پیوندی

در رابطه بالا تغییرات انرژی گرمایی یا $$\triangle E_{th}$$ برابر است با حاصل‌ضرب تغییرات دمایی ماده ($$\triangle T$$) برحسب واحد کلوین در ظرفیت گرمایی حالت خاصی از ماده ($$C_p$$):

$$\triangle E_{th}=C_p \times \triangle T$$

همچنین انرژی پیوندی یا $$\triangle E_{b}$$ برابر است با مقدار انرژی که یک گروه از اتم‌ها باید جذب کنند تا یک تغییر فاز رخ دهد و ماده از حالتی با انرژی پایین‌تر به حالتی با انرژی بالاتر برود. بنابراین با اینکه در تصعید عبور از فاز میانی مایع نداریم، اما گرمای لازم برای انجام این فرآیند همان مقداری است که در صورت عبور از فاز میانی نیاز است و به همان صورت هم محاسبه می‌شود. 

محاسباتی که انجام شد، شکل دقیق‌تر آنتالپی تصعید بود. ولی به‌طور کلی و با تقریب می‌توانیم طبق شکل بالا اندازه تغییرات انرژی یا آنتاپی تصعید را برابر با مجموع گرمای ذوب و تبخیر در نظر بگیریم. در این شکل آنتالپی را برای سه نوع تغییر حالت مختلف شامل $$\triangle H_{vap}$$ برای تبخیر، $$\triangle H_{fus}$$ برای انجماد و $$\triangle H_{sub}$$ برای تصعید می‌توانید مقایسه کنید.

تصعید، یک تغییر فیزیکی

در بخش‌های گذشته آموختیم تصعید چیست، انواع تغییر حالت مواد و نمودار فازی را توضیح دادیم و یاد گرفتیم که تصعید فرآیندی گرماگیر محسوب می‌شود. در این بخش می‌خواهیم ببینیم از نظر فیزیکی یا شیمیایی بودن، نوع فرآیند تصعید چیست. بنابراین لازم است با انواع تغییرات فیزیکی و شیمیایی و خصوصیات آن‌ها آشنا شویم. خواهیم دید که تمام تغییر حالت‌های ماده در گروه تغییرات فیزیکی قرار می‌گیرند. بنابراین تصعید نیز یک تغییر فیزیکی است که در آن حالت ماده عوض می‌شود.

انواع تصعید

تا اینجا آموختیم که تصعید چیست و چگونه انجام می‌شود. در این بخش می‌خواهیم ببینیم انواع تصعید به چه صورت است. با اینکه تصعید تعریف ساده‌ای دارد، اما اغلب تشخیص اینکه چه نوع فرآیندی تصعید در نظر گرفته می‌شود، دشوار است. برای مثال اگر بخواهیم فرآیند تصعید را با تبخیر مقایسه کنیم، به‌جز اینکه تصعید تغییر حالت ماده از جامد به گاز است در حالی که تبخیر تغییر حالت از مایع به گاز، جزئیات این دو فرآیند نیز متفاوت است.

تبخیر (Vaporization) شامل دو مرحله است، مرحله اول تبخیر از سطح مایع یا Evaporation و مرحله بعد، تشکیل حباب در داخل مایع در نقطه جوش است که اصطلاحا جوشیدن یا Boiling نام دارد. می‌خواهیم برای تصعید نیز مراحل مشابهی را در نظر بگیریم.

اگر به نمودار فازی دقت کنیم، تصعیدی که در سمت چپ مرز گاز و جامد، یعنی در نقطه سه‌گانه یا مرز مایع و جامد اتفاق می‌افتد، «تصعید تدریجی» (Gradual Sublimation) نامیده می‌شود. این ناحیه معادل است با مرحله اول در تبخیر که به آن اشاره کردیم. دقت کنید استفاده از کلمه تدریجی در این‌جا، به معنای سرعت انجام فرآیند تصعید نیست.

اما تصعیدی که دقیقا در مرز جامد و گاز یا همان نقطه بحرانی تصعید اتفاق می‌افتد، «تصعید سریع» (Rapid Sublimation) نامیده می‌شود. این بخش با مرحله جوشیدن در تبخیر معادل است. مجددا تاکید می‌کنیم که کلمات سریع و تدریجی در این دو نوع تصعید ربطی به نرخ یا سرعت انجام تصعید ندارند.

حل مثال در مورد تصعید

در این قسمت با حل دو مثال عددی و استفاده از روابط ترمودینامیکی، بهتر متوجه خواهیم شد که تصعید چیست.

مثال ۱

پاسخ

$$\frac{10 \ g}{253.8 \frac{g}{mol}}\approx 0.0394 \ mol$$

از طرفی طبق قوانین ترمودینامیکی می‌دانیم که یک مول از هر گازی، حجمی برابر با ۲۲٫۴ لیتر در شرایط استاندارد دارد. پس حجم این مقدار مول از بخار ید در شرایط استاندارد خواهد شد:

$$0.0394 \ mol \ \times \ 22.4 \ L=883 \ ml$$

بنابراین تقریبا ۰٫۸۸۳ لیتر از حجم اولیه بخار ید، پس از تصعید ‎۱۰ gr ید خالص در فشار و دمای استاندارد باقی مانده است.

مثال ۲

در یک محفظه باز در دمای اتاق (دمای ‎۲۵ C و فشار ‎۱ atm) حدود ‎۰٫۰۵ gr ید در هر دقیقه تصعید می‌شود. اگر در ابتدا ‎۱۰ gr ید در این محفظه قرار داده شده باشد، مقدار ید باقی مانده پس از ۲ ساعت چقدر است؟

پاسخ

با توجه به اطلاعاتی که در صورت سوال داده شده است، می‌توانیم نرخ تصعید را به‌صورت $$0.05 \ \frac{gr}{minute}$$ و مقدار ید اولیه در حالت جامد را $$10 \ gr$$‌ در نظر بگیریم. با توجه به این نرخ پس از ۲ ساعت یا $$120 \ minute$$ مقدار ید تصعید شده برابر خواهد شد با:

$$0.05 \ \frac{gr}{minute} \ \times \ 120 \ minute=6 \ gr$$

حالا با کم کردن مقدار ید تصعید شده از ید اولیه، می‌توانیم جرم ید باقی‌مانده را محاسبه کنیم:

$$10 \ gr - 6 \ gr=4 \ gr$$

بنابراین پس از گذشت دو ساعت زمان، ۴ گرم از ید باقی خواهد ماند.

تصعید و چگالش

در بخش های قبل یاد گرفتیم مثال‌های تصعید چیست. در این قسمت به فرآیند معکوس تصعید، یعنی تبدیل گاز به جامد که چگالش نام دارد، اشاره می‌کنیم. در چگالش هم مانند تصعید خیلی مهم است که تغییر حالت ماده مستقیما از گاز به جامد انجام شده باشد، بدون اینکه فاز میانی مایع تشکیل شود.

چگالش زمانی اتفاق می‌افتد که فشار گاز یا بخار از فشار محیط کمتر است. این مسئله موجب می‌شود که گاز متراکم شده و به جامد تبدیل شود. تبدیل بخار نفتالین به کریستال‌های میله‌ای شکل جامد روی سطوح سرد یا تبدیل بخار ید به بلورهای ید در اثر سرد شدن، نمونه‌هایی از چگالش است. در بخش بعد خواهیم دید که چگونه از فرآیندهای تصعید و چگالش در کنار هم، به‌منظور خالص‌سازی ترکیبات آلی یا چاپ روی سطوح استفاده می‌شود.

مثال معمول دیگر برای فرآیند چگالش، تشکیل «یخبندان» (Frost) در طبیعت است. زمانی که هوای مرطوب با یک سطح سرد برخورد می‌کند، یخبندان ایجاد خواهد شد. منظور از سطح سرد، سطحی است که دمای آن زیر دمای انجماد آب (‎۲۷۳ K) است. به این ترتیب بخار آب از حالت گازی به جامد تبدیل خواهد شد. معمولا روی سطح ماشین یا گیاهانی که در محیط بیرون از خانه در روزهای سرد قرار دارند، یخبندان مشاهده می‌شود.

کاربرد تصعید چیست؟

در این بخش با توضیح دو نمونه مثال، توضیح می‌دهیم که کاربردهای تصعید چیست. از جمله کاربردهای مهم تصعید در «خالص‌سازی» (Purification) مواد است، به این صورت که ترکیبات ناخالصی داخل ماده که قابلیت تصعید در شرایط مشابه را ندارد، با این تکنیک از ماده اصلی جدا می‌شوند.

خالص‌سازی

در این قسمت با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم که خالص‌سازی با تصعید چیست. شیمیدان‌ها از تصعید به‌عنوان تکنیکی برای خالص‌سازی ترکیبات جامد استفاده می‌کنند. گفتیم در تصعید جامد بدون عبور از فاز مایع، به گاز تبدیل می‌شود. در خالص‌سازی با تصعید، فاز گازی تشکیل‌شده در برخورد با سطوح سرد به جامد تبدیل می‌‌شود (چگالش) تا در نهایت جامد خالص‌ شده موردنظر را به‌دست آوریم. از این روش برای خالص‌سازی داروها، عطرها و افزودنی‌های خوراکی استفاده می‌شود.

ساده‌ترین دستگاه تصعید را می‌توان با تهیه یک ارلن‌ خلاء ساخت. در این نوع ارلن مطابق شکل زیر علاوه‌بر دهانه اصلی، یک بازوی دیگر هم در گردن ارلن قرار دارد که آن را به لوله خلاء متصل می‌کنند. همچنین برای انجام فرآیند چگالش، نیاز است یک لوله سرد (که می‌تواند به یک شلنگ حاوی آب یخ یا هر ماده سردکننده دیگری متصل باشد) در دهانه ارلن قرار داده شود.

پس از قرار دادن جامد ناخالص ته این ارلن و کاهش فشار داخل آن، ماده روی «هات پلیت» (Hot Plate) به دقت حرارت داده می‌شود. منظور از دقت در حرارت‌دهی این است که کنترل شود ماده ذوب نشود یا نجوشد. کم کم ماده جامد شروع به تصعید خواهد کرد و با رسیدن فاز گازی تولید شده به لوله سرد در دهانه ارلن، گاز به‌سرعت تبدیل به جامد می‌شود. بنابراین می‌توان ماده خالص را با متوقف کردن حرارت‌دهی و حذف خلاء، از روی سطح سرد لوله جمع‌آوری کرد.

در شکل سمت راست ماده جامد تشکیل‌شده داخل لوله سرد در دهانه ارلن خلاء را مشاهده می‌کنید. در این روش ناخالصی‌های غیرقابل‌ بخار شدن ته ارلن باقی می‌مانند. برای داشتن بازدهی بیشتر در روند خالص‌سازی، معمولا حرارت‌دهی با اعمال یک گرادیان دما انجام می‌شود. این روش کمک می‌کند تا انواع مختلف ناخالصی جداسازی شوند. همچنین با کنترل دما در راستای لوله سرد، اپراتور قادر است از شکل‌گیری فرآیند میعان با پمپ کردن ترکیبات به خارج از سیستم، جلوگیری کند.

در اکثر روش‌های تصعید مانند این تکنیک به فشار پایین نیاز است. نیاز به فشار پایین برای تصعید به این علت است که با کاهش فشار، نقطه تصعید نیز کاهش خواهد یافت. بنابراین برای اینکه ترکیبات آلی بدون ذوب شدن تصعید شوند، فشار کاهش یافته اغلب لازم است. تصعید در خلاء به شکلی که توضیح داده شد، روش مناسبی برای خالص‌سازی ترکیبات آلی با نقطه ذوب پایین‌تر به منظور کاربرد در صنعت الکترونیک مواد آلی است. در این حوزه به موادی با خلوص خیلی بالا (بیشتر از ۹۹٫۹۹ درصد) برای تامین استانداردها نیاز است.

چاپ‌ تصعیدی

برای اینکه ببینیم کاربرد دیگر تصعید چیست، به توضیح «چاپ تصعیدی» (Sublimation Printing) می‌پردازیم. این صنعت به تصعید دیجیتالی هم معروف است و از آن در تزئین علامت‌ها و بنرها استفاده می‌شود. اساس این روش در استفاده از فرآیند تصعید است که در آن از دما و فشار برای تبدیل جامد به گاز طی یک فرآیند گرماگیر و بدون عبور از فاز مایع، استفاده می‌شود. مزیت چاپ تصعیدی این است که می‌تواند تمام رنگ‌ها را به سطوح مختلف شامل انواع منسوجات و سطوح پوشیده شده با مواد پلیمری منتقل کند.

برخلاف روش‌های سنتی چاپ مانند «چاپ جوهری» (Inkjet Printing) یا «چاپ سیلک» (Screen Printing) در چاپ تصعیدی جوهر مایع نداریم، بلکه از رنگدانه‌های جامد مخصوصی استفاده می‌شود که با حرارت‌دهی به گاز تبدیل خواهند شد. روند کار به این صورت است که پیش از شروع تصعید، طرح موردنظر به‌صورت دیجیتالی ایجاد می‌شود. سپس این طرح روی کاغذ تصعید با استفاده از جوهرهای جامد حساس به حرارت چاپ می‌شود.

نحوه چاپ به این شکل است که جوهر طی حرارت‌دهی به گاز تبدیل می‌شود که بر اثر ترکیب با سطحی از جنس پلی‌استر و پس از سرد شدن، رنگ نهایی ثابت می‌شود. در واقع در بخش سردسازی، گاز به جامد تبدیل می‌شود (چگالش). در این تکنیک رنگ جوهر به بخشی از مواد پارچه تبدیل می‌شود و در نتیجه با شستشو قابل پاک شدن نیست.

تصعید در نمودار فازی

گفتیم برای اینکه بهتر متوجه شویم تصعید چیست، باید با نمودار فازی آشنا شویم. نمودار فازی نشان‌دهنده شرایط ترمودینامیکی مانند دما و فشار است که فازهای مختلف یک ماده مانند جامد، مایع یا گاز در آن ایجاد می‌شوند. در دو بعد، معمولا نمودار فشار برحسب دما همان نمودار فازی است. طبق انتظاری که از نمودار فازی داریم، برای ماده‌ای مانند آب تغییر فازهای مختلفی در شرایط خاص دما و فشار خواهیم داشت که عبارت‌اند از:

• ذوب (تبدیل یخ به آب)
• جوش (تبدیل آب به بخار)
• میعان (تبدیل بخار به قطرات آب)
• انجماد (تبدیل آب به بخ)
• تصعید (تبدیل مستقیم یخ به بخار، بدون عبور از فاز مایع)

اگر بخواهیم نمودار فازی آب را با بقیه مواد مقایسه کنیم، یک تفاوت مهم این است که شیب خط تعادلی آب-یخ منفی است، در حالی که برای اکثر مواد این خط دارای شیب مثبت است. این تفاوت در نمودار فازی آب به این معناست که در مورد آب نقطه ذوب با افزایش فشار، کاهش می‌یابد.

نقطه سه‌گانه چیست؟

در ادامه یادگیری خود در مورد اینکه تصعید چیست، در این قسمت مفهوم نقطه سه‌گانه را توضیح می‌دهیم. در مباحث ترمودینامیکی، نقطه سه‌گانه یک ماده به دما و فشاری گفته می‌شود که در آن سه فاز ماده یعنی مایع، جامد و گاز در تعادل ترمودینامیکی هستند. به این ترتیب اگر منحنی‌های فشار برحسب دما یا همان نمودار فازی را برای تغییر حالت‌های تصعید، ذوب و تبخیر رسم کنیم، نقطه‌ای که در آن این سه منحنی یکدیگر را قطع می‌کنند، همان نقطه سه‌گانه است.

نکته خیلی مهم:

اگر مقادیر دما و فشار در جدول بالا را مقایسه کنید، برای برخی از مواد مثل «کربن» (Carbon) یا «آرسنیک»‌ (Arsenic) مقدار فشار نقطه سه‌گانه خیلی بالا است. فشار نقطه سه‌گانه معادل کمترین فشاری است که در آن ماده می‌تواند به حالت مایع باشد. بنابراین احتمالا یافتن این دو ماده در حالت مایع دشوار باشد. در نتیجه، برای این دو ماده تصعید از حالت جامد فرآیند معمول‌تری نسبت به تبخیر از حالت مایع است.

پس اینجا می‌توانیم متوجه شویم که چرا در تصعید تاکید داریم تبدیل مستقیم جامد به گاز رخ می‌دهد. همان‌طور که از جدول بالا مشخص است، این اتفاق برای تمام مواد ممکن نیست. لذا برخی جامدات ابتدا به فاز میانی (مایع) تبدیل می‌شوند و سپس از مایع به گاز تبخیر دارند. اما گروه دیگری مانند کربن و آرسنیک، مستقیما از جامد به گاز تصعید می‌شوند.

بنابراین اولین نکته مهم برای داشتن یک فرآیند تصعید موفق این است که انتخاب نوع جامد طبق نمودار فازی درست انجام شود. مرحله بعدی حرارت دادن جامد تا دمایی فراتر از نقطه تصعید آن است، در حالی که فشار آن پایین نگه داشته شده است. البته عواملی مانند مساحت سطح جامد، جریان هوا و مدت زمانی که جامد در معرض شرایط دمایی و فشار قرار می‌گیرد نیز در داشتن یک تصعید مطلوب موثر هستند. برای مثال خرد کردن جامد به قطعات کوچک‌تر، باعث افزایش مساحت سطح و در نتیجه، سریع‌تر انجام شدن فرآیند تصعید خواهد شد.

یادگیری پیشرفته تصعید با فرادرس

پس از اینکه آموختید تصعید چیست، چنانچه تمایل دارید اطلاعات بیشتری در زمینه کاربردهای این فرآیند در مهندسی مواد یا مباحث ترمودینامیکی و شیمی مرتبط با این نوع تغییر حالت به‌دست آورید، مشاهده فیلم‌های آموزشی زیر از فرادرس را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

1. فیلم آموزش شیمی عمومی فرادرس
2. فیلم آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ مرور و حل مساله فرادرس
3. فیلم آموزش رایگان آشنایی با انواع تغییرات فیزیکی فرادرس
4. فیلم آموزش جداسازی اجزای مخلوط ها در شناسایی ترکیبات آلی فرادرس
5. فیلم آموزش شناسایی ترکیبات آلی فرادرس
6. فیلم آموزش اصول استخراج فلزات (پیرومتالورژی) فرادرس

آزمون تصعید

در انتهای این مطلب از مجله فرادرس پس از اینکه کاملا یاد گرفتید تصعید چیست، آزمونی را برای شما تهیه کرده‌ایم تا با پاسخ‌ به سوالات آن یادگیری خود را بیازمایید. در انتهای آزمون با کلیک بر روی بخش «دریافت نتیجه آزمون» می‌توانید نمره نهایی خود را مشاهده کنید.