沸石是如何防止暴沸的

耿雁冰

九年級(jí)同學(xué)在學(xué)習(xí)《水的凈化》過(guò)程中，會(huì)接觸到一個(gè)實(shí)驗(yàn)：水的蒸餾。教材描述此實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)說(shuō)，“在燒瓶中加入約1/3體積的硬水，再加入幾粒沸石（或碎瓷片）以防加熱時(shí)出現(xiàn)暴沸”。那么，到底什么是暴沸呢？沸石是如何防止暴沸的？

什么是沸騰

簡(jiǎn)單地說(shuō)，沸騰就是在液體表面及液體內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。以燒水為例，我們用水壺?zé)畷r(shí)，將看到幾個(gè)不同的階段。燒到一定程度，可以看到有小氣泡積聚在水壺底部，然后一些小氣泡會(huì)逐漸脫離底部上升。再過(guò)一會(huì)兒，一些氣泡能夠到達(dá)液面，變成很小的空氣氣泡而破裂，此時(shí)能聽到“吱吱”的聲音。再后來(lái)，氣泡在上升的過(guò)程中不斷增大而冒出液面，整個(gè)液體呈現(xiàn)上下翻滾的劇烈汽化狀態(tài)，這就是沸騰現(xiàn)象。

為什么會(huì)有小氣泡？因?yàn)榭諝庠谒械娜芙舛入S水溫升高而降低，溫度較高的下層水中的部分空氣首先脫溶，容易在器壁的微孔處形成氣泡，所以氣泡一般會(huì)先積聚在底部。

什么是暴沸

要了解什么是暴沸，還需要知道什么是過(guò)熱液體。平常我們所說(shuō)的液體，在一定壓強(qiáng)下，都有對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)，比如說(shuō)在大氣壓強(qiáng)為101KPa時(shí)，水的沸點(diǎn)為100℃。當(dāng)液體受熱時(shí)，如果液體中的空氣小氣泡缺少可以依附的微孔或者雜質(zhì)，即使溫度達(dá)到并超過(guò)了沸點(diǎn)，也不會(huì)沸騰，此時(shí)我們就將其稱為“過(guò)熱液體”。

過(guò)熱液體極不穩(wěn)定，如果過(guò)熱液體的外部環(huán)境溫度突然急劇下降或者侵入其他氣泡或雜質(zhì)時(shí)，就會(huì)形成劇烈的沸騰，并伴有爆裂聲，這種現(xiàn)象就是暴沸。若液體溫度與其沸騰溫度相差過(guò)大，甚至可能導(dǎo)致爆炸。

什么是沸石

沸石是一種礦石，最早發(fā)現(xiàn)于1756年。當(dāng)時(shí)，瑞典礦物學(xué)家克朗斯提發(fā)現(xiàn)有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，因此將其命名為“沸石”。沸石的共同特點(diǎn)就是具有架狀結(jié)構(gòu)，就是說(shuō)在它們的晶體內(nèi)，分子像搭架子似的連在一起，中間形成很多空腔。因?yàn)樵谶@些空腔里還存在很多水分子，所以它是含水礦物。這些水分在遇到高溫時(shí)會(huì)排出來(lái)，比如用火焰去燒時(shí)，大多數(shù)沸石便會(huì)膨脹發(fā)泡，像是沸騰一般。沸石的名字就是因此而來(lái)。

沸石中的水分可以跑出來(lái)，但這并不會(huì)破壞沸石內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。因此，它還可以再重新吸收水或其他液體。于是，這也成了沸石的一個(gè)特點(diǎn)。我們可以用沸石來(lái)分離煉油時(shí)產(chǎn)生的一些物質(zhì)，可以讓它使空氣變得干燥，可以讓它吸附某些污染物。由于沸石多孔，小孔中存有一定量的空氣，也常被用于防止暴沸。

沸石如何防止暴沸

液體發(fā)生正常沸騰的條件是沸石的微孔或顆粒提供了足夠的小氣泡，從而起到汽化核的作用。沸石在被加熱時(shí)，沸石中的空氣會(huì)受熱膨脹，從沸石的微孔中散逸出來(lái)，就形成了汽化核。如果缺乏汽化核，液體加熱到沸點(diǎn)仍無(wú)法沸騰，繼續(xù)升溫就容易成為過(guò)熱液體，易發(fā)生暴沸現(xiàn)象。

因?yàn)榉惺?、碎瓷片等都能起到防止加熱時(shí)出現(xiàn)暴沸的作用，所以常把具有此類功能的物質(zhì)稱作“止暴劑”。以后同學(xué)們進(jìn)入大學(xué)做蒸餾、分餾實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)會(huì)加入一端封閉的毛細(xì)玻璃管或者使用電磁攪拌，其實(shí)也是利用這個(gè)原理。值得注意的是，不能在液體沸騰時(shí)加入止暴劑，也不能使用已經(jīng)用過(guò)的止暴劑。