ما هو التسامي في الكيمياء؟ كيف يحدث وأمثلة على انتقال الصلب إلى الغاز
التسامي هو تحول المادة مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة. ويحدث ذلك في مواد وظروف معينة، ومن أشهر أمثلته اختفاء الثلج الجاف تدريجيًا عند وضعه في درجة حرارة الغرفة، وظهور بخار اليود البنفسجي عند تسخين بلوراته في تجربة مخبرية مناسبة.
يساعد فهم التسامي على تفسير بعض الظواهر الطبيعية والعمليات الصناعية، مثل تجفيف الأغذية بالتجميد وتنقية بعض المركبات. كما يوضح لماذا لا تتحول كل مادة صلبة إلى سائل قبل أن تصبح غازًا.
ما هو التسامي في الكيمياء؟
التسامي (Sublimation) هو تغير فيزيائي تنتقل فيه المادة من الصلب إلى الغاز مباشرة. لا يحدث خلاله تكوّن طور سائل مستقر بين الحالتين. أما العملية العكسية، أي انتقال الغاز مباشرة إلى صلب، فتسمى الترسيب (Deposition) أو التسامي العكسي.
لا يعني التسامي أن المادة اختفت أو تحولت إلى مادة كيميائية أخرى؛ بل بقي تركيبها الكيميائي نفسه، وتغيرت حالتها الفيزيائية فقط. لذلك يختلف عن التحلل الكيميائي أو الاحتراق.
كيف يحدث التسامي؟
تتحرك جسيمات المادة الصلبة وتهتز حول مواضعها، وتمتلك بعض الجسيمات عند سطح المادة طاقة كافية لمغادرة السطح إلى الحالة الغازية. ويعتمد معدل التسامي على درجة الحرارة والضغط وطبيعة المادة والظروف المحيطة بها.
لكل مادة مخطط طور يوضح الحالات التي يمكن أن تستقر فيها عند درجات حرارة وضغوط مختلفة. وتسمى النقطة التي تتوازن عندها الحالات الصلبة والسائلة والغازية بالنقطة الثلاثية. وتحت ضغط النقطة الثلاثية لا يكون الطور السائل مستقرًا للمادة النقية في حالة الاتزان، لذلك يمكن أن ينتقل الصلب إلى الغاز مباشرة.
أمثلة على التسامي في الحياة والطبيعة
1. تسامي الثلج الجاف
الثلج الجاف هو ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة. عند الضغط الجوي المعتاد لا يمر بحالة سائلة، بل يتحول مباشرة إلى غاز عند درجة تقارب −78.5 درجة مئوية. لذلك يبدو وكأنه يتناقص أو يختفي دون أن يترك بركة ماء مثل الثلج العادي.
أما السحابة البيضاء التي تُرى حول الثلج الجاف فليست غاز ثاني أكسيد الكربون نفسه؛ بل تتكون غالبًا من قطرات ماء دقيقة تكاثفت في الهواء البارد المحيط به.
2. تسامي اليود
عند تسخين بلورات اليود في تجربة مخبرية مضبوطة، يمكن أن تتكون أبخرة بنفسجية اللون مباشرة من المادة الصلبة. وعندما تلامس الأبخرة سطحًا أبرد، قد تترسب عليه بلورات صلبة مرة أخرى. يجب تنفيذ هذه التجربة في مختبر مجهز وتحت إشراف مناسب، لأن أبخرة اليود قد تكون ضارة عند استنشاقها.
3. تسامي الثلج والجليد
قد يتناقص الثلج أو الجليد ببطء دون أن يتكون ماء سائل ظاهر، خصوصًا في الهواء البارد والجاف ومع حركة الهواء. وتسمى هذه الظاهرة تسامي الجليد، وهي تفسر جزءًا من فقدان الثلج في بعض البيئات شديدة البرودة والجفاف.
للتوسع في فهم حالات المادة المختلفة، يمكنك قراءة مقال ما هي حالات المادة الخمسة؟.
ما الفرق بين التسامي والانصهار والتبخر؟
| العملية | التحول | مثال |
|---|---|---|
| الانصهار | صلب إلى سائل | ذوبان مكعب الثلج |
| التبخر | سائل إلى غاز | تبخر الماء من سطح البحر |
| التسامي | صلب إلى غاز مباشرة | تسامي الثلج الجاف |
| الترسيب | غاز إلى صلب مباشرة | تكوّن الصقيع على سطح بارد |
إذن، التسامي ليس نوعًا من التبخر بالمعنى الدقيق؛ فالتبخر يبدأ من الحالة السائلة، بينما يبدأ التسامي من الحالة الصلبة. ويمكن مراجعة مفهوم درجة الحرارة لفهم دورها في تغير حالة المادة.
ما العوامل التي تؤثر في معدل التسامي؟
- درجة الحرارة: ارتفاعها يزيد عادةً الطاقة المتاحة للجسيمات ويرفع معدل التسامي.
- الضغط: يؤثر في استقرار الأطوار؛ وقد يؤدي خفض الضغط إلى إتاحة انتقال الصلب إلى الغاز دون المرور بسائل.
- مساحة السطح: زيادة مساحة السطح المعرضة قد تسرّع خروج الجسيمات.
- طبيعة المادة: تختلف المواد في ضغط بخارها وخصائصها الجزيئية، لذلك لا تتسامى جميعها بالمعدل نفسه.
- حركة الهواء: قد تساعد إزالة الغاز المتكوّن قرب السطح على استمرار العملية في بعض الظروف.
أين يُستخدم التسامي؟
التجفيف بالتجميد
في التجفيف بالتجميد، تُجمّد المادة أولًا ثم يُخفض الضغط بحيث يتحول الجليد الموجود فيها إلى بخار مباشرة. ويساعد ذلك على إزالة الماء مع المحافظة على بنية بعض الأغذية والمواد الحساسة بصورة أفضل من التجفيف الحراري التقليدي.
تنقية بعض المركبات
يمكن استخدام التسامي في المختبر لفصل بعض المواد الصلبة القابلة للتسامي عن شوائب لا تتسامى بسهولة، ثم جمع المادة بعد ترسيبها على سطح أبرد. وتُختار الطريقة وفق خصائص المركب ومتطلبات السلامة.
التبريد والتأثيرات المسرحية
يُستخدم الثلج الجاف في التبريد وبعض المؤثرات البصرية لأنه يتحول إلى غاز من دون تكوين ماء سائل. لكن يجب التعامل معه بحذر: لا تلمسه باليد مباشرة، ولا تضعه في وعاء محكم الإغلاق، واستخدمه في مكان جيد التهوية لتجنب تراكم ثاني أكسيد الكربون.
يمكنك أيضًا قراءة مقال ما هو الثلج الجاف؟ لمعرفة خصائص ثاني أكسيد الكربون الصلب واستخداماته.
أسئلة شائعة
هل التسامي تغير كيميائي أم فيزيائي؟
التسامي تغير فيزيائي؛ لأن المادة تنتقل بين حالتين دون أن يتغير تركيبها الكيميائي.
هل يحتاج التسامي إلى حرارة؟
التسامي عملية ماصة للطاقة في الاتجاه من الصلب إلى الغاز. لكن مقدار الطاقة والظروف اللازمة يختلفان من مادة إلى أخرى.
لماذا لا يتحول الثلج الجاف إلى سائل عند الضغط الجوي؟
لأن ثاني أكسيد الكربون لا يمتلك طورًا سائلًا مستقرًا عند الضغط الجوي المعتاد؛ لذلك يتحول الثلج الجاف مباشرة إلى غاز عند ارتفاع درجة حرارته.
الخلاصة
التسامي هو انتقال المادة من الحالة الصلبة إلى الغازية مباشرة، بينما يسمى التحول العكسي ترسيبًا. ويظهر في الثلج الجاف واليود والثلج الطبيعي، وله تطبيقات في التجفيف بالتجميد وتنقية بعض المركبات. ويتأثر بضغط المادة ودرجة حرارتها ومساحة سطحها، ولذلك يساعد فهم مخطط الطور على تفسير متى يحدث هذا التحول.
