點(diǎn)水成“冰”

◆徐 海 公 明

“照水冰如鑒，掃雪玉為塵。”唐代詩(shī)人陳寡言的一首《山居》將冰雪的絕美姿態(tài)細(xì)膩地呈現(xiàn)在我們眼前。冰至潔至美，實(shí)際上它是水在特定條件下發(fā)生的形態(tài)轉(zhuǎn)變。

我們知道，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的凝固點(diǎn)為0℃，水所以在0℃時(shí)會(huì)由液態(tài)水變?yōu)楣虘B(tài)冰。那么在常溫下，能否見證點(diǎn)水成“冰”的奇跡？

魔術(shù)材料

醋酸鈉、清水、燒杯、瓷盤、玻璃棒、天平、量筒、電磁加熱器。

圖1 實(shí)驗(yàn)器材

魔術(shù)步驟

1.戴好防護(hù)手套和護(hù)目鏡，將所用燒杯、玻璃棒、瓷盤洗凈晾干。稱取50 g醋酸鈉，量取50 mL清水。

圖2 稱取醋酸鈉

2.將醋酸鈉倒入燒杯中，加入50mL清水溶解。

圖3 加水溶解

3.將溶液加熱至80℃，用玻璃棒不停地?cái)嚢瑁尨姿徕c充分溶解。

圖4 加熱溶解

4.將醋酸鈉溶液倒入瓷盤中，待溶液冷卻到室溫。

圖5 將醋酸鈉溶液倒入瓷盤中

5.用玻璃棒蘸取少量醋酸鈉，輕輕觸碰溶液。

圖6 輕點(diǎn)溶液

6.玻璃棒觸碰醋酸鈉溶液后，溶液迅速“結(jié)冰”，只要幾秒鐘，溶液全就變成固態(tài)“冰塊”了！

圖7 點(diǎn)水成“冰”成功啦

“徐”徐道來

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，“點(diǎn)水成冰”現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于過飽和溶液的不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的。醋酸鈉的熱飽和溶液在不受擾動(dòng)的情況下冷卻時(shí)，結(jié)晶作用往往不會(huì)發(fā)生，我們把這種溶液稱為過飽和溶液，是一種介穩(wěn)體系，本身雖然是不穩(wěn)定體系，但尚能存在。用玻璃棒引入溶質(zhì)時(shí)，這些溶質(zhì)充當(dāng)了晶核的角色，即讓過飽和溶液可以析出過量的溶質(zhì)，形成結(jié)晶，這便是“冰”的由來。

中南大學(xué)教授 徐 海

科學(xué)大視野

當(dāng)你在寒冷的冬天漫步于結(jié)冰的湖面周圍時(shí)，你有沒有想過——為什么湖面結(jié)了厚厚的冰，但冰面下的魚卻游得自由自在呢？

原來，這與水的反常特性有關(guān)：當(dāng)水在4℃以上時(shí)，它符合熱脹冷縮的特性，水在低于4℃時(shí)卻會(huì)熱縮冷脹，這是水非常重要也是很有價(jià)值的特性之一，這也是保障湖中生物存活的重點(diǎn)。當(dāng)水結(jié)成冰時(shí)，冰的密度小，能浮在水面上，這時(shí)冰面下的溫度甚至還有可能比空氣的溫度更高。所以，冰面下的生物依然能在水中暢游。