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化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用到的碎瓷片,為什么能防止暴沸?

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-07-25
核心提示:先說成因:對(duì)過熱液體繼續(xù)加熱,會(huì)驟然而劇烈地發(fā)生沸騰現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為“暴沸”;蚪凶鳌氨婪小。過熱是亞穩(wěn)狀態(tài)。由于過熱
先說成因:

對(duì)過熱液體繼續(xù)加熱,會(huì)驟然而劇烈地發(fā)生沸騰現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為“暴沸”;蚪凶鳌氨婪小。過熱是亞穩(wěn)狀態(tài)。由于過熱液體內(nèi)部的漲落現(xiàn)象,某些地方具有足夠高的能量的分子,可以彼此推開而形成極小的氣泡。當(dāng)過熱的液體溫度遠(yuǎn)高于沸點(diǎn)時(shí),小氣泡內(nèi)的飽和蒸氣壓就比外界的壓強(qiáng)高,于是氣泡迅速增長(zhǎng)而膨脹,以至由于破裂引起工業(yè)容器的爆炸。液體之所以發(fā)生過熱的原因是液體里缺乏形成氣泡的核心。為避免容器的暴沸,可在容器中放含有空氣的無釉陶塊等。

解決方案:

為了清除在蒸餾過程中的過熱現(xiàn)象和保證沸騰的平穩(wěn)狀態(tài),常加沸石,或一端封口的毛細(xì)管,因?yàn)樗鼈兌寄芊乐辜訜釙r(shí)的暴沸現(xiàn)象,,把它們稱做止暴劑又叫助沸劑,值得注意的是,不能在液體沸騰時(shí),加入止暴劑,不能用已使用過的止暴劑。

簡(jiǎn)單說就是因?yàn)榧訜釙r(shí)燒杯中的液體會(huì)向上沖,從而造成了一個(gè)個(gè)冒出來的“噴泉”,劇烈時(shí)甚至?xí)䴙R出傷人,而沸石能夠有效的阻止液體的向上沖,使加熱時(shí)液體能夠保持平穩(wěn)。

沸石能防暴沸相信大家都知道了,但是碎瓷片也能防暴沸。暴沸現(xiàn)象會(huì)使液體溫度回到沸點(diǎn),有時(shí)是危險(xiǎn)的,所以應(yīng)該增加液體中的氣泡。究其原因在于,碎瓷片是一種多孔物質(zhì),即多孔性硅酸鹽,可作為沸石,能夠產(chǎn)生氣泡,使得熔劑沸騰時(shí)產(chǎn)生的氣體足以快速通順地脫離液面。沸石和碎瓷片具有相同的性質(zhì),原理一樣。純凈的液體由于缺少氣化核心,加熱超過沸點(diǎn)但是仍不沸騰,這種現(xiàn)象就是沸騰滯后現(xiàn)象。這時(shí)候,只要加一點(diǎn)碎瓷片就能使沸騰滯后現(xiàn)象打破,產(chǎn)生沸騰。

所以暴沸現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于液體氣泡起著汽化核的作用,液體中的氣泡不斷減少,使得溫度即時(shí)超過了沸點(diǎn),也不會(huì)沸騰,形成了過熱液體。這里要知道的一點(diǎn)是,過熱液體是非常不穩(wěn)定的。當(dāng)過熱液體侵入氣泡或者溫度突然急劇下降時(shí),就會(huì)產(chǎn)生劇烈的沸騰,并且伴有爆裂聲。

碎瓷片由于含有很多的毛細(xì)孔,其中包括有氣體。在加熱沸騰時(shí),氣體因?yàn)槭軣嵋莩,從而產(chǎn)生更多的氣泡,補(bǔ)充缺少的氣泡,因此起到了防止暴沸的作用。

沸石的作用:

沸石的作用就是使氣泡細(xì)化,沸石表面有很多微孔,表面能低,氣泡會(huì)優(yōu)先在沸石表面生成,然后迅速排出,另外起到一定的阻隔作用,小氣泡不能聚集,就不會(huì)暴沸了。

暴沸是液體局部受熱致使溫度高于沸點(diǎn)而未出現(xiàn)沸騰(無汽化中心),當(dāng)出現(xiàn)汽化中心立即汽化,局部產(chǎn)生很大的氣泡,是液體體積極速增加,帶動(dòng)液體快速上升至液面破裂所產(chǎn)生的現(xiàn)象。

沸石的骨架構(gòu)造比較空疏,比重約為2,其脫水后的空腔占一半;使用沸石,除了以上老師說的作用外,還有:其導(dǎo)熱性好,不至于熱量局部聚集;隨水翻滾,起攪拌作用,是液體受熱均勻;液體汽化在氣泡中容易進(jìn)行,氣泡稍大即脫離,不易暴沸。

生活中的爆沸現(xiàn)象:


微波爐煮的開水會(huì)二次爆沸

■實(shí)驗(yàn)器材:一個(gè)微波爐,兩個(gè)約150毫升的小玻璃杯和一個(gè)約300毫升的大玻璃杯,一些茶葉、咖啡粉和牛奶。

■實(shí)驗(yàn)過程:水開后放咖啡粉爆沸溢出


往微波爐里煮沸的水里加咖啡粉。

先用普通鐵鍋將水燒開,關(guān)火后等水面平靜放入茶葉,水中沒有絲毫動(dòng)靜。

接著,將裝了約120毫升自來水的小杯放入微波爐,用微波加熱3分鐘。時(shí)間到了,水已開始沸騰,戴好防護(hù)手套,將玻璃杯拿出來,此時(shí)水不再沸騰,恢復(fù)平靜。放了一小勺咖啡粉進(jìn)去,水中冒出一些氣泡,但沒有沸騰,更沒有噴濺出來。

隨后,把小杯裝好水再放入微波爐加熱,時(shí)間為3分30秒,用同樣的方式再次實(shí)驗(yàn)。

咖啡粉剛一放入,原本平靜的水面立即劇烈沸騰起來,大量氣泡充滿水杯并溢出來,比啤酒快速倒入酒杯產(chǎn)生的氣泡還快還多。

不過,不到5秒鐘,沸騰現(xiàn)象就消失了,水面恢復(fù)平靜,只是水少了許多。

放入茶葉也出現(xiàn)相同結(jié)果


往微波爐里煮沸的水里加茶葉。

再次把裝水的小玻璃杯放入微波爐加熱3分鐘,端出后立即放入茶葉,結(jié)果僅有少量氣泡,不會(huì)沸騰。

加熱時(shí)間延長(zhǎng)至3分30秒,玻璃杯中的水在微波爐內(nèi)早已沸騰,再端出后,放入一小勺茶葉,水立即再次沸騰,不過,相對(duì)于放入咖啡粉,沸騰得不那么劇烈,時(shí)間也只有兩秒左右。

再把大玻璃杯裝上約240毫升自來水,放入微波爐加熱4分鐘,此時(shí)水還沒有沸騰,取出后放入茶葉,幾乎沒有什么氣泡產(chǎn)生。

隨后,裝水的大玻璃杯再次放回微波爐加熱,這次是5分鐘,水基本沸騰,取出后放入茶葉,只出現(xiàn)少量氣泡,沒有沸騰。

再將一個(gè)敞口的玻璃碗裝上約240毫升水,放入微波爐加熱5分鐘,水開始沸騰,取出后放入茶葉,水同樣沒有再次沸騰。

牛奶煮開后放糖會(huì)“鼓氣”


往微波爐里煮沸的牛奶里加糖。

在小玻璃杯中倒入大半杯鮮牛奶,放入微波爐中加熱兩分半鐘,牛奶已沸騰。

取出后,牛奶表面恢復(fù)平靜,這時(shí)放入一小勺白糖,牛奶突然從中間沸騰起來,像一個(gè)半圓的球,而不是冒出很多大氣泡。

兩三秒鐘后,沸騰現(xiàn)象消失。

釋疑:
從內(nèi)向外加熱難以汽化 放茶葉后氣泡快速聚集

為什么用普通方式煮的開水,平靜后加入咖啡粉或茶葉,水面“波瀾不驚”,而用微波爐煮的開水放入咖啡粉或茶葉,會(huì)再次沸騰?

一般情況下,用鍋等器具來加熱水時(shí),熱量是逐漸滲透的。而微波爐是由內(nèi)到外整體給水加熱的,加熱到一定時(shí)間,水溫已超過沸騰時(shí)的100℃,但熱量不能在容器內(nèi)部循環(huán),沒有附著的點(diǎn),形不成氣泡,液體無法汽化,表面也沒有明顯的沸騰現(xiàn)象。放入咖啡粉或茶葉等固體物質(zhì)時(shí),在固體表面上會(huì)產(chǎn)生汽化,小氣泡會(huì)大量冒出來并聚集在一起,產(chǎn)生爆沸的現(xiàn)象。



文章(文字)來源:優(yōu)秀化學(xué)大師 
編輯:songjiajie2010

 
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