升华和沉积

碘的升华是另一个例子。当加热碘晶体时，它们不变成液体，而是直接变成紫色碘蒸气，形成吸引人的紫色云。

我们在哪里看到升华？

升华不仅仅是一个实验室的好奇现象。它自然发生并具有实际的应用：

• 在自然界中: 在寒冷的天气中，冰的升华发生，冰可以直接变成水蒸气而不熔化。即使温度保持在零度以下，也可以看到冰消失的过程。
• 在日常生活中: 防蛀球，通常由萘制成，经历升华。它们缓慢地从固体直接转变为化学蒸气，有助于驱除蛀虫。
• 在技术和工业中: 冷冻干燥是一种利用升华技术保存食物的方法，通过冻结食物，然后降低周围压力，使食物中的冷冻水升华。

沉积的发现

沉积是升华的逆过程。在沉积过程中，气体直接变成固体而不先变成液体。沉积的一个典型例子是霜的形成。当潮湿的空气接触到冷的表面时，水蒸气直接变成固态冰晶：

 气体: H 2 O (g) → 固体: H 2 O (s) 

我们环境中的沉积

沉积是一种常见现象，也是多种生态系统和行业的重要过程：

• 自然现象: 霜在清晨的叶子和窗户上形成，这是由于大气中的水蒸气直接沉积成冰晶引起的。
• 人造过程: 工业使用沉积在诸如化学气相沉积的过程中，在电路板等材料上创建薄膜和涂层。

升华与沉积的比较

让我们比较升华和沉积，并了解这些过程如何融入更广泛的相变方案：

• 升华: 从固体直接过渡到气体。能量从周围环境中吸收到固体的颗粒中，给予它们足够的能量以气体形式逸出。
• 沉积: 从气体直接过渡到固体。气体粒子在沉淀为固体时失去能量，将能量释放到周围环境中。

这些过程是内在链接的，并在平衡条件下发生在单个点，如在气体的部分压力与其升华压力相匹配的封闭系统中。

升华和沉积的科学原理

要理解升华和沉积如何运作，需要理解一些科学概念：

• 相图: 一个图形表示，显示物质在不同状态下存在的温度和压力条件。它展示了升华和沉积在热力学上有利的区域。
• 三相点: 三相（固体、液体、气体）在平衡中共存的独特条件集。在物质的三相点之上和之下，升华和沉积可以发生。

例如，二氧化碳的相图显示，在其三相点（温度 -56.6°C 和压力 5.2 atm）以上，它可以通过升华直接从固态变为气态。

升华和沉积的实验

通过安全、简单的实验可以检测到升华和沉积，这些实验展示了这些现象：

升华实验

• 将一小块干冰放入碗中。
• 观察干冰如何直接转化为二氧化碳气体—在一定湿度水平下，这看起来像雾。

沉积实验

• 将一个冷物体，如冷金属表面，放在潮湿环境中。
• 注意到沉积如何使冰在其表面形成。

结论

升华和沉积过程虽然不如熔化或沸腾常观察到，但对于理解物质相变是重要的。在某些条件下，它们提供从固体到气体及其反方向的直接途径，揭示了化学和物理学的迷人方面。