11.11
通常の氷は周囲条件下で溶けますが、ドライアイスは溶けません。液体相を経ずに固体から気体へのこの遷移は、昇華として知られています。
一般に、昇華する化合物は、固体状態では弱い分子間力を示します。ドライアイスまたは固体二酸化炭素では、CO2分子間に弱い分散力が存在します。
大気圧では、ドライアイスはマイナス78.5°C未満の固体のままです。しかし、-78.5°Cでは、表面分子は引力を完全に克服し、直接気相に変換するのに十分な熱エネルギーを獲得します。これがドライアイスの昇華点です。
固体の1モルを昇華させるのに必要なエネルギー量は、昇華のモル熱または昇華のモルエンタルピーと呼ばれます。昇華は吸熱プロセスであるため、そのエンタルピー値は常に正です。
昇華の逆、つまり蒸気から固体への直接の移行は、堆積と呼ばれます。気体分子が低温の固体表面と衝突すると、熱が失われます。複数回の衝突により、熱が大幅に失われ、分子は最終的に堆積します。
堆積はエネルギーの損失を伴うため、負のエンタルピー値を持つ発熱相変化です。堆積エンタルピーは負ですが、その大きさは昇華エンタルピーと同じです。
開放系で昇華が起こると、ほとんどの昇華分子は空気中に分散して戻ってきません。その結果、昇華速度は堆積速度よりも大きくなります。
ただし、閉じたシステムでは、固体の昇華点で固蒸気平衡が確立されます。
ガスがその固体と動的平衡状態にあることによって加えられる分圧は、その蒸気圧と呼ばれます。昇華する固体は蒸気圧が高くなります。例えば、ドライアイスの蒸気圧は、20°Cで56.5気圧にもなります。
ただし、ほとんどの固体は簡単にアクセスできる温度で蒸気圧が低いため、昇華は一般的ではありません。
固体の中には、昇華と呼ばれる過程を経て、液体を経由せずに直接気体になるものがあります。室温・標準圧力下では、ドライアイス(固体のCO2)が昇華し、液体になることなく徐々に消えていくように見えます。雪や氷は、水の融点以下の温度でゆっくりと昇華していくが、高地では風や気圧の低下によって促進されることもあ…
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