التسامي (التحول الطوري)

التسامي هو تحوّل المادة مباشرةً من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ، دون المرور بالحالة السائلة الوسيطة . ^{[ 1 ]} يُقال عن التسامي "يُسمّى" ، أو "يُسامى" (وهو أقل تفضيلاً) . ^{[ 2 ]} يُشير مصطلح "يُسامى" أيضاً إلى الناتج الناتج عن التسامي. ^{[ 2 ] [ 3 ]} تُسمى النقطة التي يحدث عندها التسامي بسرعة (للمزيد من التفاصيل، انظر أدناه ) بنقطة التسامي الحرجة، أو ببساطة نقطة التسامي. من الأمثلة البارزة على ذلك تسامي الثلج الجاف في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي، وتسامي اليود الصلب بالتسخين.

العملية العكسية للتسامي هي الترسيب (وتسمى أيضاً التحلل الحراري )، حيث تنتقل المادة مباشرة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة، دون المرور بالحالة السائلة الوسيطة. ^{[ 4 ]}

من الناحية التقنية، يمكن لجميع المواد الصلبة أن تتسامى، مع أن معظمها يتسامى بمعدلات منخفضة للغاية تكاد لا تُكتشف في الظروف العادية. عند الضغوط العادية ، تمتلك معظم المركبات والعناصر الكيميائية ثلاث حالات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة . في هذه الحالات، يتطلب الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية حالة سائلة وسيطة. الضغط المشار إليه هو الضغط الجزئي للمادة، وليس الضغط الكلي (مثل الضغط الجوي) للنظام بأكمله. وبالتالي، يمكن لأي مادة صلبة أن تتسامى إذا كان ضغط بخارها أعلى من الضغط الجزئي المحيط بها من نفس المادة، وفي بعض الحالات، يحدث التسامي بمعدل ملحوظ (مثل جليد الماء عند درجة حرارة أقل بقليل من الصفر المئوي  ).

بالنسبة لبعض المواد، مثل الكربون والزرنيخ ، يكون التسامي من الحالة الصلبة أسهل بكثير من التبخر من الحالة السائلة، ويصعب الحصول عليها في صورة سوائل. ويعود ذلك إلى أن ضغط النقطة الثلاثية في مخطط الطور (الذي يمثل أدنى ضغط يمكن أن توجد عنده المادة في صورة سائلة) مرتفع للغاية.

يحدث التسامي نتيجة امتصاص الحرارة، مما يوفر طاقة كافية لبعض الجزيئات للتغلب على قوى التجاذب بين جزيئاتها المجاورة والتحول إلى الحالة البخارية. ولأن هذه العملية تتطلب طاقة إضافية، فإن التسامي يُعدّ تغيراً ماصاً للحرارة . ويمكن حساب حرارة التسامي (أو إنثالبي التسامي) بجمع حرارة الانصهار وحرارة التبخر .

على الرغم من أن تعريف التسامي بسيط، إلا أنه غالباً ما يكون هناك لبس حول ما يعتبر تسامياً.

الأمثلة المعروضة هي مواد تتسامى بشكل ملحوظ في ظل ظروف معينة.

ثاني أكسيد الكربون

يتسامى ثاني أكسيد الكربون الصلب ( الجليد الجاف ) بسرعة على طول حدود المادة الصلبة والغازية (نقطة التسامي) تحت النقطة الثلاثية (على سبيل المثال، عند درجة حرارة -78.5  درجة مئوية، عند الضغط الجوي )، في حين أن انصهاره إلى ثاني أكسيد الكربون السائل _يمكن أن يحدث على طول حدود المادة الصلبة والسائلة ( نقطة الانصهار ) عند ضغوط ودرجات حرارة أعلى من النقطة الثلاثية (أي 5.1  ضغط جوي، -56.6  درجة مئوية).

النفثالين

Naphthalene, an organic compound commonly found in pesticides such as mothballs, sublimes easily because it is made of non-polar molecules that are held together only by van der Waals intermolecular forces. Naphthalene is a solid that sublimes gradually at standard temperature and pressure,^[9] at a high rate, with the critical sublimation point at around 80 °C.^[10] At low temperature, its vapour pressure is high enough, 1 mmHg at 53 °C,^[11] to make the solid form of naphthalene evaporate into gas. On cool surfaces, the naphthalene vapours will solidify to form needle-like crystals.

Other substances

At atmospheric pressure, arsenic sublimes gradually upon heating, and sublimes rapidly at 887 K (614 °C).^[13]

Cadmium and zinc sublime much more than other common materials, so they are not suitable materials for use in vacuum.

التسامي تقنية يستخدمها الكيميائيون لتنقية المركبات . عادةً ما توضع مادة صلبة في جهاز التسامي وتُسخّن تحت فراغ . تحت هذا الضغط المنخفض، تتبخر المادة الصلبة وتتكثف كمركب نقي على سطح بارد ( مادة التبريد )، تاركةً وراءها بقايا غير متطايرة من الشوائب . بمجرد توقف التسخين وإزالة الفراغ، يمكن جمع المركب النقي من سطح التبريد. ^{[ 14 ] [ 15 ]} وللحصول على كفاءة تنقية أعلى، يُطبّق تدرج حراري ، مما يسمح أيضًا بفصل الأجزاء المختلفة. تستخدم التجهيزات النموذجية أنبوبًا زجاجيًا مفرغًا يُسخّن تدريجيًا بطريقة مضبوطة. يتدفق السائل من الطرف الساخن، حيث توضع المادة الأولية، إلى الطرف البارد المتصل بمضخة. من خلال التحكم في درجات الحرارة على طول الأنبوب، يستطيع المشغل التحكم في مناطق إعادة التكثيف، حيث تُضخ المركبات شديدة التطاير خارج النظام بالكامل (أو تُجمع بواسطة مصيدة باردة منفصلة )، بينما تتكثف المركبات متوسطة التطاير على طول الأنبوب وفقًا لاختلاف درجات تطايرها، وتبقى المركبات غير المتطايرة في الطرف الساخن. يُعد التسامي الفراغي من هذا النوع أيضًا الطريقة المُفضلة لتنقية المركبات العضوية المستخدمة في صناعة الإلكترونيات العضوية ، حيث تُعد النقاوة العالية جدًا (غالبًا > 99.99%) ضرورية لتلبية معايير الإلكترونيات الاستهلاكية وغيرها من التطبيقات.

في الخيمياء القديمة ، وهي علمٌ رائدٌ أسهم في تطور الكيمياء والطب الحديثين، وضع الخيميائيون بنيةً من التقنيات المخبرية الأساسية، والنظرية، والمصطلحات، والأساليب التجريبية. استُخدم مصطلح التسامي للإشارة إلى عملية تسخين مادةٍ ما حتى تتحول إلى بخار، ثم تتجمع فورًا على شكل رواسب في الجزء العلوي وعنق وعاء التسخين (عادةً ما يكون جهاز تقطير أو جهاز تقطير )، ولكن يمكن استخدامه أيضًا لوصف تحولاتٍ أخرى مماثلة تحدث خارج المختبر. وقد ذكره مؤلفون خيميائيون مثل باسل فالنتاين وجورج ريبلي ، وفي كتاب "Rosarium philosophorum" ، كعمليةٍ ضروريةٍ لإتمام العمل العظيم . هنا، استُخدم مصطلح التسامي لوصف تبادل "الأجسام" و"الأرواح" على غرار التحول الطوري المخبري بين المواد الصلبة والغازية. قارن فالنتين، في كتابه "Le char triomphal de l'antimoine" (عربة النصر للأنتيمون، نُشر عام 1646)، بين عملية التسامي النباتي وفصل العناصر الغذائية في النبيذ والبيرة. ^{[ 16 ]} استخدم ريبلي لغةً أكثر دلالةً على الدلالات الروحانية للتسامي، مشيرًا إلى أن العملية ذات وجهين: روحانية الجسد وتجسيد الروح. ^{[ 17 ]} وكتب: ^{[ 18 ]}

ونقوم بالتسامي لثلاثة أسباب: أولها جعل الجسد روحانيًا، وثانيها أن تصبح الروح مادية، فتتحد به وتصبح جزءًا منه، وثالثها تطهيرها من أصلها النجس، وتخفيف ملوحتها الكبريتية المعدية فيها.

تُستخدم نظرية التوزيع المتساوي للطاقة عادةً للتنبؤ بمحتوى التسامي الحراري . إذا افترضنا أن طاقة الشبكة البلورية تُساوي تقريبًا نصف طاقة التعبئة، فيمكن تطبيق التصحيحات الديناميكية الحرارية التالية للتنبؤ بمحتوى التسامي الحراري. بافتراض وجود غاز مثالي بتركيز مولاري واحد ، نحصل على تصحيح للبيئة الديناميكية الحرارية (الضغط والحجم) حيث pV = RT ، وبالتالي يكون التصحيح 1 RT . يلزم بعد ذلك تطبيق تصحيحات إضافية للاهتزازات والدوران والانتقال . من نظرية التوزيع المتساوي للطاقة ، يُساهم كل من دوران وانتقال الغاز بمقدار 1.5 RT في الحالة النهائية، وبالتالي يكون التصحيح +3 RT . تُساهم اهتزازات ودوران البلورات بمقدار 3 RT في الحالة الابتدائية، وبالتالي يكون التصحيح -6 RT . بجمع تصحيحات RT ، نحصل على : -6 RT + 3 RT + RT = -2 RT . ^{[ 19 ]} وهذا يُؤدي إلى محتوى التسامي الحراري التقريبي التالي. يمكن إيجاد تقريب مماثل لحد الإنتروبيا إذا افترضنا أن الأجسام صلبة. ^{[ 20 ] [ 21 ]}${\displaystyle \Delta H_{\text{sublimation}}=-U_{\text{lattice energy}}-2RT}$

الطباعة بالتسامي الحراري هي تقنية طباعة رقمية تستخدم رسومات ملونة بالكامل، وتعمل على ركائز من البوليستر والبوليمر. تُعرف أيضًا باسم التسامي الرقمي، وتُستخدم هذه العملية بشكل شائع لتزيين الملابس واللافتات والبنرات، بالإضافة إلى المنتجات المبتكرة مثل أغطية الهواتف المحمولة واللوحات وأكواب القهوة وغيرها من المنتجات ذات الأسطح المناسبة للتسامي. تعتمد هذه العملية على مبدأ التسامي، حيث يتم تطبيق الحرارة والضغط على مادة صلبة، مما يحولها إلى غاز من خلال تفاعل ماص للحرارة دون المرور بالحالة السائلة.

في الطباعة بالتسامي، تُنقل أصباغ التسامي الفريدة إلى أوراق نقل خاصة باستخدام حبر هلامي سائل عبر رأس طباعة كهرضغطية. يُرسب الحبر على هذه الأوراق عالية الجودة، والتي تُستخدم في الخطوة التالية من عملية الطباعة بالتسامي. بعد طباعة التصميم الرقمي على أوراق نقل التسامي، تُوضع على مكبس حراري مع المادة المراد طباعتها بالتسامي.

لنقل الصورة من الورق إلى الركيزة، يتطلب الأمر عملية ضغط حراري تجمع بين الوقت ودرجة الحرارة والضغط. يطبق المكبس الحراري هذا المزيج الخاص، الذي قد يختلف باختلاف الركيزة، لنقل أصباغ التسامي على المستوى الجزيئي إلى الركيزة. تنشط معظم الأصباغ المستخدمة في التسامي عند 175 درجة مئوية. ومع ذلك، يُنصح عادةً باستخدام  نطاق يتراوح بين 195  و215 درجة مئوية للحصول على أفضل لون. 

تُنتج عملية التسامي طباعةً شبه دائمة وعالية الدقة وملونة بالكامل. ولأن الأصباغ تُدمج في المادة على المستوى الجزيئي، بدلاً من تطبيقها سطحياً (كما هو الحال في الطباعة بالشاشة والطباعة المباشرة على الملابس)، فإن الطباعة لن تتشقق أو تتلاشى أو تتقشر عن المادة في الظروف العادية.

• الاستئصال
• إنثالبي التسامي
• التجفيف بالتجميد
• حروق التجميد – عملية شائعة تتضمن التسامي
• مخطط الطور
• التحولات الطورية

• الوسائط المتعلقة بالتسامي على ويكيميديا ​​كومنز