相與相變
昇華
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把一塊乾冰放在桌上,它不會化成一灘水——它只是冒出打旋的白霧、慢慢縮小,徑直變成氣體,從不經過液態。這種從固體直接躍到氣體、完全跳過液態階段的過程,就是昇華。
當固體的分子能在低於該物質三相點的壓強下掙脫成蒸氣時,昇華就發生了,此時液相根本沒有存在的餘地。它是相變家族裡固體變氣體的那一員,是凝華(氣體直接變固體,比如霜在冷窗上結成)的鏡像。和所有相變一樣,它要消耗潛熱——昇華熱,它等於熔化熱加上汽化熱。
昇華比看上去更常見。晴朗的冰凍天裡,積雪不化卻變少;樟腦丸慢慢消失;冷凍乾燥靠在真空中把冰昇華掉來保存食物和咖啡;乾冰能造出舞台煙霧,正是因為它會昇華。它還是一種溫和的提純手法:加熱固體使其昇華,再把蒸氣接到冷表面上,不揮發的雜質就被留在原處。
固態二氧化碳(乾冰)在常壓下約 −78 °C 昇華:它從不融化,只是冒著煙變成氣體,不留下一灘液體。
乾冰由固直接變氣,跳過液態階段。
昇華的逆過程——氣體直接變固體——叫凝華(有時也叫「逆昇華」),霜和雪花直接由水蒸氣形成時就是這種。按能量帳目,昇華熱等於熔化熱加上汽化熱。
又稱
另見