升华

升华生活中的例子

固态的碘受热直接变成碘蒸气的过程是升华。

樟脑丸逐渐变小是升华。

冰受热直接变成水蒸气是升华。

灯泡用久了会变黑，是因为灯丝（钨）受热而升华，气体碰到玻璃，遇冷凝华。

干冰受热变为气态二氧化碳是升华。

舞台上看到的雾，就是利用干冰升华吸热，使得周围温度降低，由空气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴。

升华自然界的例子

当干燥的风吹过山地的雪时，一部分雪会“消失”，“消失”过程没有液态水的出现。这是因为这些雪升华成水蒸气了。一个具体的例子是落基山脉（Rocky Mountains）的雪 ：当奇奴克风（Chinook winds）从太平洋吹到落基山脉时，风的温度并不低（15 ℃ 左右）却很干燥（湿度不到 10%），这种风吹到山上的雪时，雪升华了，没有雪水出现。

火星的南极有季节性的干冰盖，随着季节的变化，干冰盖的大小和形状会发生变化。这种干冰盖的减小是干冰升华为二氧化碳气体的过程。

升华可以用来冷却物体。例如，运送需要冷冻的货物时，加入干冰。由于升华要吸热，干冰可以使货物保持低温。而且干冰不会使货物结霜或受潮。

卫生球利用了升华来驱虫。卫生球含萘，萘是在常温下就能升华的晶体，升华后的萘蒸气很容易被蠹和其它害虫闻到，从而起到驱虫的效果。

冷冻干燥法（freeze-drying） 是使物品脱水的一种方法。有些物品在有水分的情况下容易腐败，所以需要脱水。先冷冻物品，再降低气压使冰升华，这就是冷冻干燥法。

有机化学实验中，升华常被用来提纯产物。比如从茶叶中提取咖啡因的实验中 ，提取物是粘稠的棕色混合物（咖啡因和多种有机杂质的混合物）。要从这种混合物中提纯咖啡因，需用升华法：把混合物放进陪替式培养皿（Petri dish），用滤纸盖住培养皿，再把盛有水的烧杯压在滤纸上（为了使滤纸盖得严实，也为了冷却），之后加热培养皿，五分钟后停止加热，会看到滤纸上出现白色结晶，即为纯净的咖啡因。这是由于在加热过程中，咖啡因升华了，之后在温度较低的滤纸上凝华成为结晶。杂质没有升华，所以留在了混合物中。合成二茂铁的实验中，粗产物以类似的方法加热从而使二茂铁升华再凝华 。

人类对升华现象认识得很早，西晋（公元4世纪）时葛洪在《抱朴子内篇》中即记载有：“取雌黄、雄黄烧下，其中铜铸以为器复之……百日此器皆生赤乳，长数分。”这一段话描述了三硫化二砷和四硫化四砷的升华现象。明朝李时珍著的《本草纲目》（1596）载有将水银、白矾、食盐的混合物加热升华制轻粉（氯化亚汞）法。

西方对升华的记载要晚一些。十六世纪的炼金术士和乔治·瑞普利（George Ripley）和十七世纪的炼金术士巴西尔·瓦伦丁（Basil Valentine）都在自己的著作里抽象地描述了升华的过程。 18世纪德国医生、矿物学家亨克尔在1755年出版的著述中，讲到金属砷，是在密闭的容器中升华砷获得 。

在相图中，温度和压强低于三相点的部分中，有气相和固相的交界线。凡是从气相越过这条交界线变为固相的过程，都是凝华。相反的过程，即从固相越过这条交界线变为气相的过程，叫升华。大部分物质在升华为蒸气后还能凝华成为和升华前一样的固体，但是某些固体会在升华又凝华后形成另一种结构的固体，比如红磷在升华之后再凝华就成为白磷了。

升华是吸热过程，升华所吸收的焓叫升华焓（enthalpy of sublimation）或升华热（heat of sublimation）。同一物质的升华热永远比蒸发热的数值要大。

在一定的大气压强下，固体物质的蒸气压与外压相等时的温度，称为该物质在这个压强下的升华点。在升华点时，不但在固体表面，而且在其内部也发生了升华，作用很剧烈。

升华常压升华

在一个标准大气压（1.013×10^5 Pa）下固体的升华。

升华常温升华

在室温（25 ℃）下固体的升华。

升华真空升华

又称减压升华，由于升华与固体蒸气压和外压的相对大小有关，降低外压可以降低升华温度，在常压下不能升华或升华很慢的物质可以采用真空升华。真空升华还可防止被升华的物质因温度过高而分解或在升华时被氧化。金属镁和钐、三氯化钛、苯甲酸、糖精等都可用此法提纯。

升华低温升华

1976年，J．W．米切尔提出低温升华技术，即将温度和压力维持在升华物质的三相点以下，使它在很低的压力（几毫米汞柱）下升华，经冷凝后捕集在冷阱中而与杂质分离。此法操作简单，产品纯度很高，例如很难用一般方法提纯成高纯试剂的过氧化氢，用此法提纯，一次即可将钴、铬、铜、铁、锰、镍等杂质从1000 ng/mL降至0.4～2 ng/mL。

某些铵盐（如氯化铵）晶体加热后会直接变为气体，这个过程曾被人误认为是升华，但是实际上是铵盐分解成了氨气和另一种气体（如氯化氢），是化学反应。

热升华打印机（dye-sublimation printer）是一种打印机，它有这样的名字是因为人们曾经认为打印颜料在这种打印机里是由固体升华成气体的。而实际上，在颜料有固体变为气体的过程中，有液化存在。但是这种打印机仍然保留了这个名字 。2100433B

升华干燥包含冻结和升华两个过程。冻结的目的是使食品具有合适的形状与结构，以利于升华过程的进行。升华是食品中的水分吸热升华成水蒸气，通过冷凝系统而除去的过程。

冻结方法有自冻法和预冻法两种。自冻法是利用食品在真空下闪蒸吸收汽化潜热，使食品的温度降到冰点以下而自行冻结的方法。如能迅速造成高真空度，则水分就会在瞬问大量蒸发而吸收大量的热量，使食品很快完成冻结过程。不过自冻法常出现食品变形或发泡现象，因此不适合于外观和形态要求较高的食品，一般仅用于粉末状干制品的冷冻。

预冻法是预先将食品冻结成一定形状的方法。该法可较好地控制食品的形状及冰晶的状态，因此适合大多数食品的冻结。

食品冻结后即在干燥室内升华干燥。冰晶升华时要吸收升华热，因此，干燥室内有加热装置提供这部分热量。加热的方法有板式加热、红外线加热及微波加热等。

板式加热法是将预冻好的食品放在两块加热板之问，进行接触换热而获得干燥。为了加强换热效果，一般都有液压传动装置将加热板紧紧压在食品上。加热板的温度由内部循环的热蒸汽或液体介质来维持和调节，以保证既满足食品内冰晶升华所需热量，又防止其温度上升到引起解冻的程度，通常在38～66℃之间。此外，加热板与食品紧密接触，虽然可以加快传热过程，但冰晶升华后的水蒸气外逸受到阻碍，这不仅不利于食品的干燥，而且还会造成食品内部压力升高，甚至超过三相点压力，引起冰晶的熔解。因此，加热板与食品之间常放置扩张性金属网格板，以保留蒸汽外逸的通路。这样既可加强传热效果；又可加快水蒸气的除去速度，从而加快升华干燥过程。

在采用板式加热时，由于冰晶不断升华而使充满了水蒸气和空气等不凝性气体的多孔层逐渐增长，将对传热和水蒸气外逸产生越来越大的阻力，使之成为干燥速度的主要限制因素。采用红外加热和微波加热即可克服此种缺陷。这两种加热方式常与板式加热联合使用，进行升华干燥的中后期干燥，既可克服多孔层间的传热阻力，加快升华干燥的速度，又可降低升华干燥的成本。

升华泵是一种用间断或连续方式升华蒸发吸气材料以达到抽气目的的捕集真空泵。

升华泵的主要吸气材料是钛，所以钛升华泵从六十年代后半期已被普遍应用。在小型系统中，钛升华泵往往作为增加溅射离子泵活性气体抽速和提高系统极限真空度的辅助泵。在大型真空系统(要求抽速10万升/秒以上)中，则作为主泵。

（1）抽气速率。钛的升华速率是决定其抽速的主要因素之一。若吸气面积足够大时，在一定的压强范围内，升华速率高，则泵的抽速大。钛膜的沉积速率与吸气量要适应，否则第一层钛膜吸气尚未饱和，第二层又覆盖上去，即使升华率很高，抽速增加也有限。为了维持恒定的抽速，减少钛的消耗，必须对升华率进行调节。真空度高时需降低升华率，真空度低时需增大升华率。

此外，吸气表面也决定抽速的大小，吸气面积越大，泵的抽速也越大。泵口的流导也往往限制泵的抽速。因此在设计泵时，泵吸气面的总吸气能力要小于泵口的流导。

（2）极限真空。这种泵的极限真空与泵启动前的预真空有关，如果使用机械泵达到的预真空，则该泵可达到10^-4-10^-5帕的极限真空。如果用涡轮分子泵达到的预真空，则可达到10^-7-10^-8的超高真空。