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升华的三相点条件

1880
  • Josiah Willard Gibbs
演示热力学中升华和相变的实验室仪器。

(图片仅供参考)

升华,即物质直接从固态转变为气态的相变,发生在低于物质三相点的温度和压力下。三相点是唯一的 热力学 三相点是指固、液、气三相能够共存并达到平衡的状态。在相图中,升华曲线将固相和气相分隔开来,它从原点出发,终止于三相点。

三相点的概念是热力学的基石,由乔赛亚·威拉德·吉布斯的相律正式描述。相律 F = C - P + 2,将系统的自由度 (F) 与平衡状态下的组分数 (C) 和相数 (P) 联系起来。对于纯物质 (C=1),如果存在三个相 (P=3),则自由度为 F = 1 - 3 + 2 = 0。这意味着该状态是不变的;它只能存在于特定的温度和压力组合下,即三相点。

物质的相图以图形方式表示其不同相态保持稳定的条件。它通常是压力与温度的关系图。该图根据相界分为固相、液相和气相区域。分隔固相和气相区域的线是升华曲线。这条线上的任何一点都代表固相和气相处于平衡状态。如果从固相区域开始,在恒定温度下降低压力,穿过这条线将引发升华。同样,在低于三相点压力的恒定压力下加热固体也会导致其升华。对于水来说,三相点位于0.01°C(273.16 K)处,压力为611.657 Pa。任何低于此值的压力都会导致冰在加热时直接升华为水蒸气,完全绕过液态水相。这一原理是冷冻干燥等工艺的基础,在这些工艺中,对冷冻材料施加低压以有效去除水分,而不会产生高温的破坏性影响。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 热力学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 安托万·拉瓦锡《物质状态研究》
  • 克劳修斯和麦克斯韦对气体动力学理论的发展
  • 热力学定律的制定
  • 早期对相变的观察,例如水的沸腾和冰的融化

应用程序

  • 食品和药品的冷冻干燥(冻干)
  • 了解彗尾在太空真空中的形成
  • 霜冻形成(沉积)
  • 通过真空升华纯化化合物
  • 干冰制造

专利:

NA

潜在创新理念

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相关术语:升华、三相点、相图、相变、热力学、压力、温度、吉布斯相律、固体、气体。

历史背景

升华的三相点条件

1870
1873
1877
1880
1882-01-01
1883
1884
1869
1871
1876
1877
1880
1882-01-01
1884
1885

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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