文·图/魔力科学小实验
轻轻触碰液体,液体突然像开花一样迅速结成冰。更神奇的是,把它们滴入杯子里,竟能堆出一座雪白的冰山。如果不是亲眼所见,你很难相信在正常室温下,水竟然可以瞬间结冰!
这一切都是一种名叫醋酸钠晶体的物质的杰作。冷却的醋酸钠过饱和溶液,非常“调皮”(不稳定),暂时处于亚稳态。一旦受到某些刺激,如加入一些固体的晶体,此状态就会失去平衡,过多的溶质就会结晶,恢复成一个适合此时温度的平衡状态(饱和溶液状态),仿佛结冰一样。
在不借助制冰机、只有一瓶可乐的情况下,如何吃上美味的刨冰?请跟随我做一个真正的点水成冰实验。
一瓶可乐、杯子。
1.轻轻摇晃未开封的可乐瓶。
2.将可乐放入冰箱的冷冻室。
3.等待三个半小时,然后取出可乐瓶。
4.打开可乐瓶的瓶盖,轻轻摇晃一下,然后把它放在桌子上,仔细观察结冰情况。
(注:将可乐换成雪碧,结冰的过程可以看得更清楚。)
通过实验,我们发现,先将摇晃后的可乐瓶放入冰箱,冷冻三个半小时,将它取出,然后打开瓶盖,轻轻摇晃一下,把它朝桌子上一放,可乐瓶里的可乐瞬间就会结冰。
之所以会出现这么神奇的秒结冰现象,是因为摇晃可乐瓶可以让瓶内的气压增大,使可乐的凝固点随之降低,因此可以较长时间地保持在冰点以下却不结冰。但是,瓶盖被打开后,瓶内的压力会突然降低,此时,只要轻轻摇晃一下可乐瓶,瓶内的可乐就会迅速结冰。
其实,这个实验的原理和过冷水的原理类似。我们通常认为,0℃以下,水就会结冰。其实,不然。水结冰还需要一个必要条件——凝结核。
如果水过于纯净,缺少可以作为晶核的杂质,在0℃以下水依然可以保持液态。此种状态下的水也叫过冷水。过冷水是不稳定的,只要投入少许该物质的晶体,便能引发结晶,并使过冷水的温度回升到凝固点。