التسامي التدريجي: المفهوم والعملية والأمثلة - كيمياء - 2025

و التسامي التدريجي هو عملية الحرارية التي يكون فيها التغيير ماص للحرارة يحدث مباشرة حالة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون تشكيل مسبق من السائل. يتمثل سلوك المادة الصلبة في الظروف العادية في التسخين والذوبان ؛ وهذا هو ، للدمج. في هذه الأثناء ، في حالة التسامي ، تبدأ المادة الصلبة في التدخين مباشرة ، دون ظهور قطرات سابقة تدل على ذوبانها.

ما تم وصفه في الفقرة أعلاه ممثلة في الصورة أعلاه. افترض وجود خليط برتقالي صلب (يسار) يبدأ في التسخين. يتكون الخليط من مكونين أو مواد صلبة: أحدهما أصفر والآخر أحمر ، ينتج عنهما اللون البرتقالي.

مثال على تسامي مادة صلبة برتقالية افتراضية. المصدر: غابرييل بوليفار.

يتصاعد الأحمر الصلب ، لأن السائل لا يتكون منه بل ينتهي (مثلثات حمراء) في قاعدة الحاوية العلوية ؛ الذي يحتوي على مكعبات الثلج ، وبالتالي يوفر سطحًا باردًا. في هذه الأثناء ، تظل المادة الصلبة الصفراء دون تغيير بالحرارة (المستطيل الأصفر).

تترسب المثلثات أو البلورات الحمراء بفضل السطح البارد لحاوية الاستقبال (يمين) ، الذي يمتص درجة حرارتها ؛ وحتى لو لم تظهر ، يجب أن يقل حجم مكعبات الثلج بسبب امتصاص الحرارة. المادة الصلبة الصفراء ليست قابلة للتسامح ، وإذا واصلت تسخينها عاجلاً أم آجلاً ، فسوف تذوب.

مفهوم التسامي التدريجي

معالجة

لقد قيل بالفعل أن التسامي هو تغيير في حالة ماص للحرارة ، لأنه لكي يحدث يجب أن يكون هناك امتصاص للحرارة. إذا كانت المادة الصلبة تمتص الحرارة ستزداد طاقتها ، لذلك ستهتز جزيئاتها أيضًا عند ترددات أعلى.

عندما تصبح هذه الاهتزازات قوية جدًا ، ينتهي بها الأمر بالتأثير على التفاعلات بين الجزيئات (وليس الروابط التساهمية) ؛ وبالتالي ، عاجلاً أم آجلاً ، ستتحرك الجسيمات بعيدًا عن بعضها البعض ، حتى تتمكن من التدفق والتحرك بحرية أكبر عبر مناطق الفضاء.

في بعض المواد الصلبة تكون الاهتزازات قوية جدًا لدرجة أن بعض الجسيمات "تنطلق" من الهيكل بدلاً من التكتل في مجموعات متحركة تحدد القطرة. تهرب هذه الجسيمات وتتكامل مع "الفقاعة" الأولى ، التي تفضل أن تشكل الأبخرة الأولى للمادة الصلبة المتصاعدة.

لا نتحدث إذن عن نقطة الانصهار ، ولكن عن نقطة التسامي. على الرغم من أن كلاهما يعتمد على الضغط السائد على المادة الصلبة ، إلا أن نقطة التسامي تكون أكثر ؛ لذلك ، تتباين درجة حرارته بشكل ملحوظ مع تغيرات الضغط (كما هو الحال مع نقطة الغليان).

من بنية صلبة إلى اضطراب غازي

في حالة التسامي ، يُقال أيضًا أن هناك زيادة في إنتروبيا النظام. تنتقل الحالات النشطة للجسيمات من كونها مقيدة بمواضعها الثابتة في الهيكل الصلب ، إلى التجانس في اتجاهاتها المتقلبة والفوضوية في الحالة الغازية الأكثر اتساقًا ، حيث تكتسب أخيرًا متوسط ​​الطاقة الحركية.

مخطط المرحلة والنقطة الثلاثية

تعتمد نقطة التسامي على الضغط ؛ لأنه بخلاف ذلك ، فإن الجسيمات الصلبة تمتص الحرارة ليس لتطلق في الفضاء خارج المادة الصلبة ، ولكن لتكوين قطرات. لن تتصاعد ، لكنها ستذوب أو تذوب ، كما هو معتاد.

كلما زاد الضغط الخارجي ، قل احتمال حدوث التسامي ، حيث تضطر المادة الصلبة إلى الذوبان.

لكن ما هي المواد الصلبة التي يمكن تسخينها وأيها ليست كذلك؟ تكمن الإجابة في مخططات الطور P مقابل T ، مثل الرسم الموضح أدناه:

مخطط الطور لمادة افتراضية. المصدر: غابرييل بوليفار.

يجب أن ننظر أولاً إلى النقطة الثلاثية وننتقل إلى القسم السفلي: النقطة التي تفصل بين الحالة الصلبة والحالة الغازية. لاحظ أنه في منطقة المادة الصلبة ، يجب أن يكون هناك انخفاض في الضغط حتى يحدث التسامي (ليس بالضرورة عند 1 ضغط جوي ، ضغطنا الجوي). عند 1 atm ، سوف تتسارع المادة الافتراضية إلى درجة حرارة Ts معبرًا عنها في K.

كلما كان المقطع أو المنحنى أطول وأفقيًا أسفل النقطة الثلاثية ، زادت قدرة المادة الصلبة على التسامي عند درجات حرارة مختلفة ؛ ولكن إذا كان أقل بكثير من 1 atm ، فستكون هناك حاجة إلى مكانس عالية لتحقيق التسامي ، بحيث يتم خفض الضغط (0.0001 atm ، على سبيل المثال).

شروط

إذا كانت النقطة الثلاثية أقل بآلاف المرات من الضغط الجوي ، فلن تتسامى المادة الصلبة أبدًا حتى مع الفراغ الفائق (ناهيك عن قابليتها للتحلل بفعل الحرارة).

إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإن التسامي يتم عن طريق التسخين المعتدل ، وتعريض المادة الصلبة للفراغ بحيث تتسرب جزيئاتها بسهولة أكبر ، دون الحاجة إلى امتصاص الكثير من الحرارة.

يصبح التسامي مهمًا جدًا عند التعامل بشكل خاص مع المواد الصلبة ذات ضغط البخار العالي ؛ أي ، الضغط الداخلي ، انعكاس لكفاءة تفاعلاتهم. كلما زاد ضغط البخار ، زادت رائحته ، وزادت قابلية تحمله.

أمثلة

تنقية المواد الصلبة

تعتبر صورة المادة البرتقالية الصلبة ومكونها المحمر المتسامي مثالاً على ما يمثله التسامي عندما يتعلق الأمر بتنقية المواد الصلبة. يمكن إعادة تسامي المثلثات الحمراء حسب الحاجة حتى يتم ضمان درجة نقاء عالية.

تستخدم هذه التقنية في الغالب مع المواد الصلبة العطرية. على سبيل المثال: الكافور والكافيين والبنزوين والمنثول.

من بين المواد الصلبة الأخرى التي يمكن أن تكون التسامي لدينا: اليود ، والجليد (على ارتفاعات عالية) ، والثيوبرومين (من الشوكولاتة) ، والسكرين ، والمورفين والعقاقير الأخرى ، والقواعد النيتروجينية والأنثراسين.

التوليف البلوري

بالعودة إلى المثلثات الحمراء ، يوفر التسامي بديلاً للتبلور التقليدي ؛ لن يتم تصنيع البلورات بعد الآن من المحلول ، ولكن من خلال الترسب المحتمل للأبخرة الأكثر تحكمًا على سطح بارد ، حيث قد تكون هناك بذور بلورية بشكل ملائم لصالح شكل معين.

لنفترض ، إذا كان لديك مربعات حمراء ، فإن النمو البلوري سيحافظ على هذه الهندسة ولا ينبغي أن تصبح مثلثة. ستنمو المربعات الحمراء تدريجياً مع حدوث التسامي. ومع ذلك ، فهو معقد تشغيليًا وجزيئيًا ، حيث تشارك فيه العديد من المتغيرات.

أمثلة على البلورات التي تم تصنيعها عن طريق التسامي: كربيد السيليكون (SiC) ، الجرافيت ، الزرنيخ ، السيلينيوم ، الفوسفور ، نيتريد الألومنيوم (AlN) ، كبريتيد الكادميوم (CdS) ، سيلينيد الزنك (ZnSe) ، يوديد الزئبق (HgI ₂) ، الجرافين ، من بين أمور أخرى.

لاحظ أن هاتين ظاهرتين متشابكتين حقًا: التسامي التدريجي والترسيب (أو التسامي العكسي) ؛ يهاجر البخار من المناطق أو الأسطح الصلبة إلى الأسطح الباردة ، ليستقر أخيرًا في شكل بلورات.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. ويكيبيديا. (2019). التسامي (المرحلة الانتقالية). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. جونز ، أندرو زيمرمان. (27 يناير 2019). تسامي. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. شيلا موريسي. (2019). ما هو التسامي في الكيمياء؟ - التعريف والعملية والأمثلة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
5. إلسفير بي في (2019). طريقة التسامي. ScienceDirect. تم الاسترجاع من: sciencedirect.com