Tato otázka souvisí s otázkou „jak se mohou věci vypařovat pod bodem varu?“, kterou dostáváme často. A je to dobrá otázka, protože poukazuje na to, že způsob, jakým učíme fáze hmoty studenty před vysokou školou, není celý. Takže pro začátek zapomeňte na všechno, co jste si mysleli, že víte o různých fázích hmoty…

Dobře, začneme malou odbočkou, abychom uvedli několik důležitých souvisejících informací: U plynů existuje pojem známý jako „parciální tlak“. To znamená, že pro mnoho pojmů a výpočtů můžete s každým jednotlivým plynem ve směsi plynů zacházet, jako by byl sám o sobě. Jako konkrétní příklad: Suchý vzduch je (zhruba) z 80 % tvořen dusíkem a z 20 % kyslíkem a má tlak přibližně 15 liber na čtvereční palec (PSI) na úrovni moře. To znamená, že parciální tlak dusíku je 12 PSI (80 % z 15) a parciální tlak kyslíku je 3 PSI (20 % z 15). Lidé potřebují k dýchání kyslík a při tomto tlaku 100 hPa můžeme bez problémů dýchat v normálním vzduchu na úrovni moře. Stejně snadno bychom však mohli dýchat, kdybychom dýchali 100% kyslík při tlaku pouhé 3 PSI. Je to proto, že přenos kyslíku do našich plic závisí pouze na parciálním tlaku kyslíku, který je v každém případě stejný.

Dobře, dost o parciálním tlaku, souvisí to s ním jen tečně. Nyní k vysvětlení:

Ve škole nás učí, že pevné látky zůstávají pevnými látkami pod bodem tuhnutí a kapaliny zůstávají kapalinami mezi bodem tání a varu. To je nehorázná lež. Každá pevná nebo kapalná látka, která je vystavena působení plynu nebo vakua, existuje také jako pára, a to za všech teplot. Množství páry se popisuje veličinou, která se nazývá tlak páry. U kapalné vody je tlak páry parciální tlak, při kterém jsou kapalina a pára v rovnováze: pokud je parciální tlak vodní páry obklopující kapalnou vodu roven tlaku páry, nedochází k dalšímu čistému vypařování. Pro pevnou vodu (led) je obrázek stejný, ale nahraďte slovo „kapalina“ slovem „pevná látka“ a slovo „vypařování“ slovem „sublimace“.

(poznámka: pro tento výklad budu mluvit o vodě, abych zjednodušil formulaci, ale mějte na paměti, že vše, co od této chvíle říkám o vodě, platí prakticky pro všechny ostatní látky na světě)

Tlak par není konstantní hodnota. Mění se podle vzorce, o kterém má mnoho studentů meteorologie noční můry: Clausiova-Clapeyronova vztahu. Konkrétní údaje nejsou důležité: důležité je, že tlak par se zvyšuje s rostoucí teplotou. Vyšší teplota znamená, že více vody může existovat ve formě páry.

Existuje příklad tlaku páry, který se používá každý den a který už pravděpodobně znáte: relativní vlhkost vzduchu. Když předpověď počasí říká, že relativní vlhkost je 80 %, znamená to, že parciální tlak vodní páry, která se již nachází v atmosféře, je 80 % tlaku nasycené páry pro danou teplotu. Pokud se teplota sníží, ale množství vodní páry zůstane stejné, pak se relativní vlhkost zvýší. A pokud teplota klesne dostatečně, bude parciální tlak vody v atmosféře roven tlaku vodní páry: relativní vlhkost 100 %. Jakékoli další ochlazení bude znamenat, že dojde ke kondenzaci, nebo pokud je teplota nižší než 0 stupňů C (32 stupňů F), bude se na povrchu usazovat pevná námraza.

Proč se tedy ve fázovém diagramu vody vždy hovoří o tom, že pro sublimaci je potřeba supernízký tlak? No, to je jednodušší vysvětlit, když se nejprve zamyslíte nad varem. Chci říct, zamyslete se na chvíli: Proč, když dochází k plynulému nárůstu toho, kolik látky se vypařuje, dosáhne určité teploty a najednou se všechno vyvaří?

To je snadné! Bod varu kapaliny je teplota, při které se tlak par rovná celkovému atmosférickému tlaku. Takže i když je vaše místnost naplněna pouze vodní párou, pokud nezvýšíte tlak okolí, parciální tlak vody ve vašem okolí bude menší než tlak páry, takže veškerá vaše kapalina se vařením změní na plyn. Na okraj dodejme, že právě proto je bod varu vody v nadmořské výšce nižší: tlak vzduchu je nižší, takže teplota, při které se tlak vodních par rovná tlaku okolí, bude také nižší. A pokud jdete do stále nižších a nižších okolních tlaků, jako je například povrch Marsu, nakonec je tlak tak nízký, že tlak par vody se rovná tlaku okolí i při teplotě nižší než 0C (32F), takže voda se nikdy nemůže ani ohřát natolik, aby se před sublimací změnila na kapalinu!“

Takže, když to všechno spojíme do odpovědi na vaši otázku: Voda nemusí dosáhnout bodu varu, aby se vypařila, ani nemusí být při opravdu nízkém tlaku, aby sublimovala. Rozlitá voda se vždy trochu odpaří a kostka ledu vždy trochu sublimuje (nechte kostku ledu několik měsíců v mrazáku na suchém místě a uvidíte, jak se smrští!), protože parciální tlak vodní páry ve vzduchu je téměř vždy menší než tlak vodní páry (pokud ovšem není velmi vlhký den se 100% vlhkostí, v takovém případě tam vaše rozlitá voda prostě zůstane).

A nakonec tl;dr:

  • Všechny kapalné (pevné) látky se budou vypařovat (sublimovat), dokud nenasytí vzduch kolem sebe (i když tam nemusí být vzduch, aby k tomu došlo); množství, které se může vypařit (sublimovat), závisí na teplotě.

Začal jsem tento příspěvek upravovat ze starého příspěvku, který jsem napsal před časem, a ukázalo se, že je trochu těžší ho upravit a přitom zůstat srozumitelný. Pokud máte nějaké doplňující otázky, dejte mi prosím vědět!

Několik dalších zdrojů:

  • Kurz parciálních tlaků a tlaku par
  • Bergeronův proces: Za většinu srážek, které spadnou na celém světě, vděčíme tomu, že je velký rozdíl mezi tlaky par ledu a kapalné vody.
  • Tlak par, jak ho vysvětlil Texasan (stručnější a možná lepší vysvětlení než moje)
  • Příklad z reálného světa: McMurdo Dry Valleys v Antarktidě. Přestože se v této oblasti téměř nikdy nedostane nad bod mrazu, není tam nic než holá skála, protože veškerý sníh, který spadne, v extrémně suchých podmínkách rychle sublimuje.
  • Další příklad z reálného světa: mrazem sušené potraviny jsou sníženy na teplotu pod bodem mrazu a poté umístěny do vakua, aby se urychlil proces sublimace.

*Přidáno několik dalších příkladů z reálného světa

.