はい、すべての元素は固体から気体に直接移行できます。
物質には、固体、液体、気体の 3 つの状態があることはよく知られています。通常、元素は周囲の変化に応じて、固体から液体、気体、またはその逆の順序で遷移します。
ただし、固体から気体または気体から固体への直接的な変化も可能です。
このような移行について考えるとき、頭に浮かぶ最も一般的な要素はヨウ素です.
私の初等教育を通して、物質の状態に関連するどの章でも、ヨウ素とナフタレンは固体から気体へ直接遷移できる数少ない元素の 1 つであると述べられていました。
しかし、これは実際には誤解です。
昇華とは?
昇華とは、特定の温度と圧力で、液相を経由せずに、元素が固相から気相に直接変化することです。逆のプロセス、つまり気体から直接固体に変化することを堆積と呼びます。
前述のように、ヨウ素は昇華できる物質の一般的な例の 1 つです。その他には、ナフタレンとドライアイスまたは二酸化炭素が含まれます。ナフタリンでできている防虫剤は、時間の経過とともに収縮して消えることに気付いたかもしれません。これは、それらが固体状態から直接気体状態に昇華するためです。したがって、それらは煙に変換されて「消えます」。
防虫剤は昇華して消える (写真提供 :2020)
同様に、ドライアイスを見たことがあれば、それが発する濃い白い煙に気付かないことは不可能です.これも、昇華の視覚的な例です。ドライアイスは二酸化炭素が固まったものです。室温では直接気体に変化し、目に見える煙はガス状の二酸化炭素です。
ただし、ほとんどすべての元素は、適切な温度と圧力の条件下で昇華できます。
相図とは何ですか?なぜ重要なのですか?
物質の相図は、x 軸に温度、y 軸に圧力をとったグラフです。物質の特定の相 (固体、液体、または気体) が存在し、安定した状態を維持できるさまざまな温度と圧力を示します。
図には 3 本の実線があります。これらは、さまざまな相が互いに平衡状態にある、つまり一緒に存在できる温度と圧力を示しています。これらの線は、相転移がいつ発生するか、つまり、物質がある相から別の相に変化する時期も示しています。線でマークされた領域は、3 つのフェーズを示しています。たとえば、以下に示す水の相図を考えてみましょう。
言うまでもなく、異なる要素の相図は異なります。
相図では、3 本の実線が三重点と呼ばれる 1 点で交差します。前述のように、線はフェーズ間の平衡も示しています。
したがって、三重点は、固体、液体、気体の 3 つの相すべてが互いに平衡状態で存在できる点を表します。
（写真提供：magnetix/Shutterstock）
トリプルポイントと昇華
状態図からわかるように、下の曲線は固体と気体の状態間の遷移を示しています。液相は三重点より下には存在できません。したがって、三重点より下の任意の点で、ほとんどの物質は、加熱されると固体から気体に昇華します。
逆に、三重点を超える任意の点では、ヨウ素や二酸化炭素などの元素が液相を通過することさえ見られます.
ただし、ほとんどの元素では、三重点は通常の温度および圧力条件 (NTP) よりも低く、圧力は 1 気圧、温度は ~20°C です。これが、それらが昇華するのを見ることができない理由です。しかし、水のような物質でさえ、三重点以下の条件にさらされると昇華する可能性があります。水の場合、これらは 0.1°C と 0.006 気圧です。
前の例の 1 つをもう一度考えてみましょう。二酸化炭素 (ドライアイス) の三重点は、約 5 気圧、-56.6°C です。通常の圧力、つまり 1 気圧では、ドライアイスが加熱されると、直接気体段階に移動するか、昇華します。この例は、温度が三重点温度を下回っていなくても、昇華が起こることを示しています。これは、二酸化炭素の相図を見ると、個々の温度が三重点温度よりも低いにもかかわらず、NTP 条件が三重点より下にあるためです。したがって、昇華は三重点より下の任意のポイントで発生することに注意することが重要です。
二酸化炭素の相図 (写真提供:Ben Finne/Wikimedia commons)
相図は理想的な条件で適用されることに注意することも重要です。つまり、平衡状態にある閉鎖系内の単一の純粋な物質に適用されます。これらの条件が実際に満たされることはないため、偏差が予想されます。
理論的には、ほとんどの元素は昇華できますが、実際にその条件を達成することはできません。したがって、実際には、昇華できる元素の例として、ヨウ素、ナフタレン、二酸化炭素などのいくつかの理想的な元素を検討するのが最善です.
