Μπορούν όλα τα στοιχεία να μεταβούν απευθείας από στερεό σε αέριο;

Ναι, όλα τα στοιχεία μπορούν να μεταβούν απευθείας από στερεό σε αέριο.

Είναι γνωστό ότι υπάρχουν 3 καταστάσεις της ύλης:στερεά, υγρή και αέρια. Συνήθως, τα στοιχεία μεταβαίνουν από στερεό σε υγρό σε αέριο ή με την αντίστροφη σειρά, ανάλογα με την αλλαγή στο περιβάλλον.

Ωστόσο, είναι επίσης δυνατό να υπάρχει άμεση αλλαγή στερεού σε αέριο ή αέριο σε στερεό.

Όταν σκέφτεστε μια τέτοια μετάβαση, το πιο κοινό στοιχείο που έρχεται στο μυαλό είναι το ιώδιο.

Καθ' όλη τη διάρκεια της πρωτοβάθμιας μου εκπαίδευσης, οποιοδήποτε κεφάλαιο που αφορούσε τις καταστάσεις της ύλης μιλούσε για το ιώδιο και το ναφθαλίνιο που είναι από τα λίγα στοιχεία που είναι ικανά για άμεση μετάβαση από στερεό σε αέριο.

Ωστόσο, αυτή είναι στην πραγματικότητα μια εσφαλμένη αντίληψη.

Τι είναι η Εξάχνωση;

Εξάχνωση είναι η άμεση αλλαγή ενός στοιχείου από τη στερεά φάση στην αέρια φάση, χωρίς να περάσει από την υγρή φάση, σε συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση. Η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή η απευθείας αλλαγή από αέριο σε στερεό, ονομάζεται εναπόθεση.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ιώδιο είναι ένα από τα κοινά παραδείγματα ουσιών που μπορούν να εξαχνωθούν. Άλλα περιλαμβάνουν ναφθαλίνη και ξηρό πάγο ή διοξείδιο του άνθρακα. Ίσως έχετε παρατηρήσει ότι η ναφθαλίνη, που είναι κατασκευασμένη από ναφθαλίνη, συρρικνώνεται και εξαφανίζεται με την πάροδο του χρόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή εξαχνώνονται επίσης από τη στερεά τους κατάσταση απευθείας σε αέρια κατάσταση. Επομένως, μετατρέπονται σε αναθυμιάσεις και ‘εξαφανίζονται’.

Η ναφθαλίνη εξαχνώνεται και εξαφανίζεται (Φωτογραφία :twenty20)

Ομοίως, αν έχετε δει ποτέ ξηρό πάγο, είναι αδύνατο να μην παρατηρήσετε τους πυκνούς λευκούς αναθυμιάσεις που εκπέμπει. Αυτό, πάλι, είναι ένα οπτικό παράδειγμα εξάχνωσης. Ο ξηρός πάγος δεν είναι παρά στερεοποιημένο διοξείδιο του άνθρακα. Σε θερμοκρασία δωματίου, θα μετατραπεί απευθείας σε αέριο και οι αναθυμιάσεις που μπορείτε να δείτε είναι αέριο διοξείδιο του άνθρακα.

Ωστόσο, σχεδόν όλα τα στοιχεία μπορούν να εξαχνωθούν κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.

Τι είναι το διάγραμμα φάσης και γιατί είναι σημαντικό;

Ένα διάγραμμα φάσης μιας ουσίας είναι ένα γράφημα με θερμοκρασία και πίεση στον άξονα x και y, αντίστοιχα. Δείχνει τις διάφορες θερμοκρασίες και πιέσεις στις οποίες μια συγκεκριμένη φάση της ουσίας—στερεή, υγρή ή αέρια—μπορεί να υπάρξει και να παραμείνει σταθερή.

Υπάρχουν τρεις συμπαγείς γραμμές στο διάγραμμα. Αυτά δείχνουν τις θερμοκρασίες και τις πιέσεις στις οποίες οι διάφορες φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία μεταξύ τους, δηλαδή πότε μπορούν να υπάρχουν μαζί. Αυτές οι γραμμές υποδηλώνουν επίσης πότε θα συμβεί μετάβαση φάσης ή, με άλλα λόγια, πότε η ουσία θα αλλάξει από τη μια φάση στην άλλη. Οι περιοχές που σημειώνονται από τις γραμμές δείχνουν τις τρεις φάσεις. Για παράδειγμα, εξετάστε το διάγραμμα φάσης για το νερό, όπως φαίνεται παρακάτω.

Περιττό να πούμε ότι το διάγραμμα φάσης για διαφορετικά στοιχεία θα είναι διαφορετικό.

Σε ένα διάγραμμα φάσης, οι 3 συνεχείς γραμμές θα τέμνονται σε ένα σημείο, γνωστό ως το τριπλό σημείο. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι γραμμές δείχνουν επίσης την ισορροπία μεταξύ των φάσεων.

Επομένως, το τριπλό σημείο υποδηλώνει το σημείο όπου και οι τρεις φάσεις – στερεά, υγρή και αέρια – μπορούν να υπάρχουν σε ισορροπία μεταξύ τους.

(Φωτογραφία:magnetix/Shutterstock)

Τριπλό σημείο και εξάχνωση

Όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα φάσης, η καμπύλη στο κάτω μέρος δείχνει τη μετάβαση μεταξύ της στερεάς και της αέριας κατάστασης. Η υγρή φάση δεν μπορεί να υπάρχει κάτω από το τριπλό σημείο. Επομένως, σε οποιοδήποτε σημείο κάτω από το τριπλό σημείο, οι περισσότερες ουσίες, όταν θερμανθούν, θα εξαχνωθούν από στερεά σε αέρια.

Αντίθετα, σε οποιοδήποτε σημείο πάνω από το τριπλό σημείο, θα δούμε ακόμη και στοιχεία όπως το ιώδιο και το διοξείδιο του άνθρακα να περνούν από μια υγρή φάση.

Για τα περισσότερα στοιχεία, ωστόσο, το τριπλό σημείο είναι κάτω από τις κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης (NTP), που είναι πίεση 1 atm και θερμοκρασία ~20°C. Αυτός είναι ο λόγος που δεν μπορούμε να τα δούμε να υφίστανται εξάχνωση. Ωστόσο, ακόμη και ουσίες όπως το νερό μπορούν να υποστούν εξάχνωση, όταν εκτίθενται σε συνθήκες κάτω από το τριπλό σημείο τους. Για το νερό, αυτά είναι 0,1°C και 0,006 atm.

Ας εξετάσουμε ξανά ένα από τα προηγούμενα παραδείγματα μας. Το τριπλό σημείο του διοξειδίου του άνθρακα (ξηρός πάγος) είναι ~5 atm και -56,6°C. Σε κανονική πίεση, δηλαδή 1 atm, καθώς θερμαίνεται ο ξηρός πάγος, θα πάει απευθείας στο στάδιο του αερίου ή θα εξαχνωθεί. Αυτό το παράδειγμα δείχνει ότι ακόμα κι αν η θερμοκρασία δεν είναι κάτω από τη θερμοκρασία του τριπλού σημείου, θα συμβεί εξάχνωση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όταν εξετάζουμε το διάγραμμα φάσης για το διοξείδιο του άνθρακα, οι συνθήκες NTP βρίσκονται κάτω από το τριπλό σημείο, παρόλο που η θερμοκρασία, μεμονωμένα, είναι μικρότερη από αυτή της θερμοκρασίας τριπλού σημείου. Επομένως, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η εξάχνωση θα συμβεί σε οποιοδήποτε σημείο κάτω από το τριπλό σημείο.

Διάγραμμα φάσης διοξειδίου του άνθρακα (Πιστωτική φωτογραφία :Ben Finne/Wikimedia commons)

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι τα διαγράμματα φάσεων ισχύουν σε ιδανικές συνθήκες, που σημαίνει ότι εφαρμόζονται σε μια μεμονωμένη, καθαρή ουσία σε ένα κλειστό σύστημα σε ισορροπία. Αυτές οι προϋποθέσεις δεν πληρούνται ποτέ πρακτικά, επομένως είναι αναμενόμενες αποκλίσεις.

Θεωρητικά, αν και τα περισσότερα στοιχεία μπορούν να υποστούν εξάχνωση, δεν είναι δυνατό να επιτευχθούν πρακτικά αυτές οι συνθήκες. Επομένως, στην πράξη, είναι καλύτερο να ληφθούν υπόψη τα λίγα ιδανικά στοιχεία όπως το ιώδιο, η ναφθαλίνη και το διοξείδιο του άνθρακα ως παραδείγματα στοιχείων που μπορούν να εξαχνωθούν.