Czy wszystkie substancje mają inną temperaturę topnienia i parowania?

Pytanie

Pyta Kacper

Czy każdy pierwiastek i każdy związek ma inną temperaturę topnienia i parowania?

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Temperatura topnienia i parowania zależy nie tylko od substancji (i dla różnych substancji jest różna), ale też – dla danej substancji – np. od ciśnienia. Ponadto w odpowiednich warunkach zachodzą jeszcze inne interesujące zjawiska. Zazwyczaj substancje podczas podgrzewania przechodzą od stanu stałego przez stan ciekły do stanu gazowego. Są jednak sytuacje, w których przejście ze stanu stałego do stanu gazowego następuje bezpośrednio, czyli bez pośredniego stanu ciekłego. By zaobserwować to zjawisko wymagane jest odpowiednio niskie ciśnienie. Jesteśmy przyzwyczajeni, że woda wrze w temperaturze 100 °C, a zamienia się w lód w temperaturze 0 °C. Jest to prawdą przy ciśnieniu atmosferycznym (czyli około 1013 hPa). Okazuje się jednak, że przy mniejszym ciśnieniu temperatura wrzenia jest niższa (natomiast temperatura topnienia pozostaje mniej więcej taka sama). Przy odpowiednio niskim ciśnieniu, zwanym ciśnieniem punktu potrójnego, temperatura wrzenia staje się równa temperaturze topnienia. Wymaga to jednak bardzo niskiego ciśnienia około 6 hPa. W punkcie potrójnym woda może znajdować się równocześnie w trzech stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Jeżeli dalej obniżymy ciśnienie to stan ciekły zniknie. O konsekwencjach tego zjawiska dla istnienia wody na Marsie pisaliśmy tutaj.

Podsumowując, lód w wyniku ogrzewania, przy ciśnieniu poniżej punktu potrójnego, będzie parował. Taką zmianę stanu skupienia nazywamy sublimacją, natomiast zmianę ze stanu gazowego bezpośrednio w stan stały resublimacją. Temperaturę w której zachodzą te przemiany nazywamy temperaturą sublimacji.

Opisane wyżej zachowanie nie jest charakterystyczne tylko dla wody. Inne substancje również posiadają punkt trójkrytyczny i w odpowiednich warunkach istnieją tylko w stanie stałym lub gazowym. Przykładem substancji która nie istnieje w stanie ciekłym w naszych warunkach jest suchy lód, czyli zestalony dwutlenek węgla. Suchy lód wykorzystywany jest między innymi w transporcie do utrzymywania żywności w niskiej temperaturze. Ciśnienie punktu trójkrytycznego suchego lodu wynosi około 5200 hPa, czyli jest około 5-krotnie większe od ciśnienia atmosferycznego, natomiast temperatura sublimacji wynosi około -79 °C.