升華

升華生活中的例子

固態(tài)的碘受熱直接變成碘蒸氣的過程是升華。

樟腦丸逐漸變小是升華。

冰受熱直接變成水蒸氣是升華。

燈泡用久了會(huì)變黑，是因?yàn)闊艚z（鎢）受熱而升華，氣體碰到玻璃，遇冷凝華。

干冰受熱變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳是升華。

舞臺(tái)上看到的霧，就是利用干冰升華吸熱，使得周圍溫度降低，由空氣中的水蒸氣遇冷液化成的小水滴。

升華自然界的例子

當(dāng)干燥的風(fēng)吹過山地的雪時(shí)，一部分雪會(huì)“消失”，“消失”過程沒有液態(tài)水的出現(xiàn)。這是因?yàn)檫@些雪升華成水蒸氣了。一個(gè)具體的例子是落基山脈（Rocky Mountains）的雪 ：當(dāng)奇奴克風(fēng)（Chinook winds）從太平洋吹到落基山脈時(shí)，風(fēng)的溫度并不低（15 ℃ 左右）卻很干燥（濕度不到 10%），這種風(fēng)吹到山上的雪時(shí)，雪升華了，沒有雪水出現(xiàn)。

火星的南極有季節(jié)性的干冰蓋，隨著季節(jié)的變化，干冰蓋的大小和形狀會(huì)發(fā)生變化。這種干冰蓋的減小是干冰升華為二氧化碳?xì)怏w的過程。

升華可以用來冷卻物體。例如，運(yùn)送需要冷凍的貨物時(shí)，加入干冰。由于升華要吸熱，干冰可以使貨物保持低溫。而且干冰不會(huì)使貨物結(jié)霜或受潮。

衛(wèi)生球利用了升華來驅(qū)蟲。衛(wèi)生球含萘，萘是在常溫下就能升華的晶體，升華后的萘蒸氣很容易被蠹和其它害蟲聞到，從而起到驅(qū)蟲的效果。

冷凍干燥法（freeze-drying） 是使物品脫水的一種方法。有些物品在有水分的情況下容易腐敗，所以需要脫水。先冷凍物品，再降低氣壓使冰升華，這就是冷凍干燥法。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，升華常被用來提純產(chǎn)物。比如從茶葉中提取咖啡因的實(shí)驗(yàn)中 ，提取物是粘稠的棕色混合物（咖啡因和多種有機(jī)雜質(zhì)的混合物）。要從這種混合物中提純咖啡因，需用升華法：把混合物放進(jìn)陪替式培養(yǎng)皿（Petri dish），用濾紙蓋住培養(yǎng)皿，再把盛有水的燒杯壓在濾紙上（為了使濾紙蓋得嚴(yán)實(shí)，也為了冷卻），之后加熱培養(yǎng)皿，五分鐘后停止加熱，會(huì)看到濾紙上出現(xiàn)白色結(jié)晶，即為純凈的咖啡因。這是由于在加熱過程中，咖啡因升華了，之后在溫度較低的濾紙上凝華成為結(jié)晶。雜質(zhì)沒有升華，所以留在了混合物中。合成二茂鐵的實(shí)驗(yàn)中，粗產(chǎn)物以類似的方法加熱從而使二茂鐵升華再凝華 。

人類對(duì)升華現(xiàn)象認(rèn)識(shí)得很早，西晉（公元4世紀(jì)）時(shí)葛洪在《抱樸子內(nèi)篇》中即記載有：“取雌黃、雄黃燒下，其中銅鑄以為器復(fù)之……百日此器皆生赤乳，長(zhǎng)數(shù)分?！边@一段話描述了三硫化二砷和四硫化四砷的升華現(xiàn)象。明朝李時(shí)珍著的《本草綱目》（1596）載有將水銀、白礬、食鹽的混合物加熱升華制輕粉（氯化亞汞）法。

西方對(duì)升華的記載要晚一些。十六世紀(jì)的煉金術(shù)士和喬治·瑞普利（George Ripley）和十七世紀(jì)的煉金術(shù)士巴西爾·瓦倫?。˙asil Valentine）都在自己的著作里抽象地描述了升華的過程。 18世紀(jì)德國(guó)醫(yī)生、礦物學(xué)家亨克爾在1755年出版的著述中，講到金屬砷，是在密閉的容器中升華砷獲得 。

在相圖中，溫度和壓強(qiáng)低于三相點(diǎn)的部分中，有氣相和固相的交界線。凡是從氣相越過這條交界線變?yōu)楣滔嗟倪^程，都是凝華。相反的過程，即從固相越過這條交界線變?yōu)闅庀嗟倪^程，叫升華。大部分物質(zhì)在升華為蒸氣后還能凝華成為和升華前一樣的固體，但是某些固體會(huì)在升華又凝華后形成另一種結(jié)構(gòu)的固體，比如紅磷在升華之后再凝華就成為白磷了。

升華是吸熱過程，升華所吸收的焓叫升華焓（enthalpy of sublimation）或升華熱（heat of sublimation）。同一物質(zhì)的升華熱永遠(yuǎn)比蒸發(fā)熱的數(shù)值要大。

在一定的大氣壓強(qiáng)下，固體物質(zhì)的蒸氣壓與外壓相等時(shí)的溫度，稱為該物質(zhì)在這個(gè)壓強(qiáng)下的升華點(diǎn)。在升華點(diǎn)時(shí)，不但在固體表面，而且在其內(nèi)部也發(fā)生了升華，作用很劇烈。

升華常壓升華

在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1.013×10^5 Pa）下固體的升華。

升華常溫升華

在室溫（25 ℃）下固體的升華。

升華真空升華

又稱減壓升華，由于升華與固體蒸氣壓和外壓的相對(duì)大小有關(guān)，降低外壓可以降低升華溫度，在常壓下不能升華或升華很慢的物質(zhì)可以采用真空升華。真空升華還可防止被升華的物質(zhì)因溫度過高而分解或在升華時(shí)被氧化。金屬鎂和釤、三氯化鈦、苯甲酸、糖精等都可用此法提純。

升華低溫升華

1976年，J．W．米切爾提出低溫升華技術(shù)，即將溫度和壓力維持在升華物質(zhì)的三相點(diǎn)以下，使它在很低的壓力（幾毫米汞柱）下升華，經(jīng)冷凝后捕集在冷阱中而與雜質(zhì)分離。此法操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度很高，例如很難用一般方法提純成高純?cè)噭┑倪^氧化氫，用此法提純，一次即可將鈷、鉻、銅、鐵、錳、鎳等雜質(zhì)從1000 ng/mL降至0.4～2 ng/mL。

某些銨鹽（如氯化銨）晶體加熱后會(huì)直接變?yōu)闅怏w，這個(gè)過程曾被人誤認(rèn)為是升華，但是實(shí)際上是銨鹽分解成了氨氣和另一種氣體（如氯化氫），是化學(xué)反應(yīng)。

熱升華打印機(jī)（dye-sublimation printer）是一種打印機(jī)，它有這樣的名字是因?yàn)槿藗冊(cè)?jīng)認(rèn)為打印顏料在這種打印機(jī)里是由固體升華成氣體的。而實(shí)際上，在顏料有固體變?yōu)闅怏w的過程中，有液化存在。但是這種打印機(jī)仍然保留了這個(gè)名字 。2100433B

升華干燥包含凍結(jié)和升華兩個(gè)過程。凍結(jié)的目的是使食品具有合適的形狀與結(jié)構(gòu)，以利于升華過程的進(jìn)行。升華是食品中的水分吸熱升華成水蒸氣，通過冷凝系統(tǒng)而除去的過程。

凍結(jié)方法有自凍法和預(yù)凍法兩種。自凍法是利用食品在真空下閃蒸吸收汽化潛熱，使食品的溫度降到冰點(diǎn)以下而自行凍結(jié)的方法。如能迅速造成高真空度，則水分就會(huì)在瞬問大量蒸發(fā)而吸收大量的熱量，使食品很快完成凍結(jié)過程。不過自凍法常出現(xiàn)食品變形或發(fā)泡現(xiàn)象，因此不適合于外觀和形態(tài)要求較高的食品，一般僅用于粉末狀干制品的冷凍。

預(yù)凍法是預(yù)先將食品凍結(jié)成一定形狀的方法。該法可較好地控制食品的形狀及冰晶的狀態(tài)，因此適合大多數(shù)食品的凍結(jié)。

食品凍結(jié)后即在干燥室內(nèi)升華干燥。冰晶升華時(shí)要吸收升華熱，因此，干燥室內(nèi)有加熱裝置提供這部分熱量。加熱的方法有板式加熱、紅外線加熱及微波加熱等。

板式加熱法是將預(yù)凍好的食品放在兩塊加熱板之問，進(jìn)行接觸換熱而獲得干燥。為了加強(qiáng)換熱效果，一般都有液壓傳動(dòng)裝置將加熱板緊緊壓在食品上。加熱板的溫度由內(nèi)部循環(huán)的熱蒸汽或液體介質(zhì)來維持和調(diào)節(jié)，以保證既滿足食品內(nèi)冰晶升華所需熱量，又防止其溫度上升到引起解凍的程度，通常在38～66℃之間。此外，加熱板與食品緊密接觸，雖然可以加快傳熱過程，但冰晶升華后的水蒸氣外逸受到阻礙，這不僅不利于食品的干燥，而且還會(huì)造成食品內(nèi)部壓力升高，甚至超過三相點(diǎn)壓力，引起冰晶的熔解。因此，加熱板與食品之間常放置擴(kuò)張性金屬網(wǎng)格板，以保留蒸汽外逸的通路。這樣既可加強(qiáng)傳熱效果；又可加快水蒸氣的除去速度，從而加快升華干燥過程。

在采用板式加熱時(shí)，由于冰晶不斷升華而使充滿了水蒸氣和空氣等不凝性氣體的多孔層逐漸增長(zhǎng)，將對(duì)傳熱和水蒸氣外逸產(chǎn)生越來越大的阻力，使之成為干燥速度的主要限制因素。采用紅外加熱和微波加熱即可克服此種缺陷。這兩種加熱方式常與板式加熱聯(lián)合使用，進(jìn)行升華干燥的中后期干燥，既可克服多孔層間的傳熱阻力，加快升華干燥的速度，又可降低升華干燥的成本。

升華泵是一種用間斷或連續(xù)方式升華蒸發(fā)吸氣材料以達(dá)到抽氣目的的捕集真空泵。

升華泵的主要吸氣材料是鈦，所以鈦升華泵從六十年代后半期已被普遍應(yīng)用。在小型系統(tǒng)中，鈦升華泵往往作為增加濺射離子泵活性氣體抽速和提高系統(tǒng)極限真空度的輔助泵。在大型真空系統(tǒng)(要求抽速10萬升/秒以上)中，則作為主泵。

（1）抽氣速率。鈦的升華速率是決定其抽速的主要因素之一。若吸氣面積足夠大時(shí)，在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)，升華速率高，則泵的抽速大。鈦膜的沉積速率與吸氣量要適應(yīng)，否則第一層鈦膜吸氣尚未飽和，第二層又覆蓋上去，即使升華率很高，抽速增加也有限。為了維持恒定的抽速，減少鈦的消耗，必須對(duì)升華率進(jìn)行調(diào)節(jié)。真空度高時(shí)需降低升華率，真空度低時(shí)需增大升華率。

此外，吸氣表面也決定抽速的大小，吸氣面積越大，泵的抽速也越大。泵口的流導(dǎo)也往往限制泵的抽速。因此在設(shè)計(jì)泵時(shí)，泵吸氣面的總吸氣能力要小于泵口的流導(dǎo)。

（2）極限真空。這種泵的極限真空與泵啟動(dòng)前的預(yù)真空有關(guān)，如果使用機(jī)械泵達(dá)到的預(yù)真空，則該泵可達(dá)到10^-4-10^-5帕的極限真空。如果用渦輪分子泵達(dá)到的預(yù)真空，則可達(dá)到10^-7-10^-8的超高真空。