为什么能升华的物质有熔点

文章编号：1005－6629(2007)09－0071－02中图分类号：G633.8 文献标识码：B

固态碘、二氧化碳和萘等能够升华，为什么有熔点？在怎样的实验条件下，才能使其熔化？利用它们的相图可以解答这两个问题。

1二氧化碳的相图

图1CO2的相图

固体二氧化碳能升华，叫做干冰。为什么它有熔点？在什么条件下，才能使干冰熔化？利用二氧化碳的单组分体系相图(见图1)可解答这两个问题。

在图1中OC曲线表示液体CO2与其蒸气的平衡，也就是液体CO2的蒸气压曲线。增加压力可使气体CO2凝聚为液体，故OC线上方的面应为液相区，曲线OC下方的面应为气相区。

OB曲线是固体CO2的蒸气压曲线。同理，OB曲线上方的面是固相区，曲线下方的面是气相区。

OA曲线是固体CO2的熔点曲线。曲线斜率为正表示压力增大熔点升高，因此要使CO2的熔点升高，必须加大压力。

三个面BOA，AOC和BOC是3个不同的相区。BOC是气相面，AOB是固相面，AOC是液相面。每个面是一个双变体系。温度和压力可以在一定范围内任意变化，而无新相出现。OA，OB和OC曲线是单变体系，温度和压力不能任意变化。

O点是一个不变体系，干冰，液体CO2和气体CO2三相同时存在，呈平衡状态，因此，叫做三相点。二氧化碳三相点的温度是216K，压力是527kPa。三相点的温度是液体CO2在其蒸气压力下的凝固点。物质的熔点与凝固点相同，在101325Pa的熔点是正常熔点[2]。因此，CO2无正常熔点，三相点的温度就是熔点[3]。要使干冰熔化变成液体，必须使外压力等于或大于527kPa，相应温度等于或高于216K。

由图1还可看出，CO2三相点的压力大于大气的压力，所以在常压力下于195K，固体CO2升华，不能熔化变成液体。

2碘的相图

图2是碘的相图。

图2中点、线和面所表示的状态与二氧化碳相图完全相同。从图2可知，碘的三相点的压力是11.96kPa， 温度是387.31K。碘的正常熔点386.65K[3]。三相点的压力小于大气的压力(101325Pa)，要使固体碘升华，从BOA面进入BOC面，必须使碘的平衡蒸气压小于11.96kPa，温度低于387.31K。快速加热足量的碘，使温度达到387.31K，且碘的蒸气压达到11.96kPa，固体碘就能熔化，出现液体碘。固、液和气三相达到平衡状态。如果外压大于11.96kPa，温度高于387.31K，固体碘由BOA面进入AOC面，碘就能熔化，便会出现液体碘。当大气的压力为101325Pa，在大气中加热足量的碘，温度迅速提高到386.65K时，会看到碘的熔化现象。

综上所述可知，当某物质三相点的压力大于大气的压力(101325Pa)，必须在加压下，升高温度，使其达到三相点，该物质才能溶化，固、液和气三相处于平衡状态。当固体蒸气的压力小于三相点的压力，升高温度，固体物质就能升华直接变成气体。

当物质三相点的压力小于大气的压力时，迅速强热，使固体的蒸气压达到三相点的压力，温度达到三相点的温度，该物质就熔化，固、液和气三相处于平衡状态。当固体蒸气的压力小于三相点的压力，升高温度，固体物质升华，直接变成气体。

参考文献：

[1]北京师范大学无机化学教研室等.无机化学[M].下册，第三版，北京：高等教育出版社，1992，575.

[2]Theodore L.Brown, H. Eugene LeMay,Jr., Bruce E. Bursten. Chemistry[M]. seventh Edition, Prentice Hall, New Jersey: Pentice-Hall, InC., 1997,203.

[3]Robert C. Weast, CRC Handbook of Chemistry and Physics[M], 62ND Edition, Boca Raton Florida: CRC Press, InC., 1981-1982, B-106.