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食盐溶解于汽水为什么形成喷泉?

编辑: 路逍遥 关键词: 高中化学 来源: 记忆方法网

  摘要:本文从物质结构、热力学、溶液性质等多方面解释食盐溶解于汽水中造成的喷泉现象。

  一小撮食盐投入到可乐汽水中,居然引起汽水急剧喷出,貌似浓硫酸与水混合后造成的暴沸!这是南京外国语学校两个九年级学生在探讨物质溶解现象时,无意的玩闹却看到这个奇怪的现象。他们向我请教这个问题时,认为是氯化钠溶解于水放热导致。

  但是,氯化钠溶解过程中由于扩散和水合程度大致相当,热效应并不明显,我用普通水银温度计检测了“喷泉”前后的温差,发现根本无法观察到水银液面在刻度上的变化,向他们证明溶解过程中热效应不足以使汽水喷出。为了进行对比,我指导学生用生活中常用的蔗糖做了相同实验,虽然也有大量气泡携带着液体涌出,但剧烈程度不如食盐。

  那么究竟是什么原因呢?我从三个角度进行分析:

  其一,可乐、汽水本来就是通过高压加大CO2溶解度形成的过饱和溶液,处于一个不稳定状态。从结构和作用力角度分析,食盐溶解于水,解离成钠离子和氯离子,与极性较强的水分子通过静电引力结合; CO2为非极性分子,与水的作用力远不如阴阳离子。离子与水的结合竞争力大于CO2,导致CO2大量逸散而出。从热力学角度思考,气体的熵大于液体,所以CO2的逸出是有利于熵增的。

  其二,正如前面所述,汽水中有大量的二氧化碳气体,是加高压溶解在水中,存在的溶解平衡受到温度、压强、浓度等因素的影响。溶在水中的二氧化碳要形成气泡,必须要有成核位置,我们平时如果将几粒葡萄干置于汽水中,会发现其表面附着数十个小气泡,也就是这个道理。未溶解的盐粒则可充当成核位置,二氧化碳会先在成核位置形成微泡,在上升的过程中与其它微泡结合然后逐渐变大。

  其三,在水中加入一些难挥发的物质时,由于溶质的加入必然会降低单位体积内水分子的数目。在单位时间内逸出液面的水分子数目相应的减少,也就是使溶液的蒸气压降低,CO2溶解度随之降低。由于食盐是强电解质,电离后溶质粒子数目翻倍,根据稀溶液的依数性,如果放入等摩尔的非电解质蔗糖,溶质粒子数目不会增多,实验的“喷泉”效果理应不如食盐。我们的实验结果也说明了这点。

  (作者说明:本文发表于《教学仪器与实验》2006年第8期,后来发现美国JCE几乎同期也有类似探究文章发表。该文发表后发现“曼妥思”薄荷糖的“沸腾效果”比食盐还好,思考可能是其中的特殊成分造成的。“曼妥思”薄荷糖配料表中包括白砂糖、葡萄糖浆、米淀粉、氢化植物油、阿拉伯胶、食用香精、结冷胶、蔗糖葡萄糖酸酯、巴西棕榈蜡等。普通的糖和香精可能不是关键因素,最有可能的是各种胶和蜡特殊的表面效果,感兴趣的老师和同学可以进一步做实验对比探究。)

  (作者:陈凯 南京晓庄学院化学系)

  来源:新思考网


本文来自:逍遥右脑记忆 /gaozhong/282012.html

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