摘要：本文從物質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、溶液性質(zhì)等多方面解釋食鹽溶解于汽水中造成的噴泉現(xiàn)象。
一小撮食鹽投入到可樂(lè)汽水中，居然引起汽水急劇噴出，貌似濃硫酸與水混合后造成的暴沸！這是南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校兩個(gè)九年級(jí)學(xué)生在探討物質(zhì)溶解現(xiàn)象時(shí)，無(wú)意的玩鬧卻看到這個(gè)奇怪的現(xiàn)象。他們向我請(qǐng)教這個(gè)問(wèn)題時(shí)，認(rèn)為是氯化鈉溶解于水放熱導(dǎo)致。
但是，氯化鈉溶解過(guò)程中由于擴(kuò)散和水合程度大致相當(dāng)，熱效應(yīng)并不明顯，我用普通水銀溫度計(jì)檢測(cè)了“噴泉”前后的溫差，發(fā)現(xiàn)根本無(wú)法觀察到水銀液面在刻度上的變化，向他們證明溶解過(guò)程中熱效應(yīng)不足以使汽水噴出。為了進(jìn)行對(duì)比，我指導(dǎo)學(xué)生用生活中常用的蔗糖做了相同實(shí)驗(yàn)，雖然也有大量氣泡攜帶著液體涌出，但劇烈程度不如食鹽。
那么究竟是什么原因呢？我從三個(gè)角度進(jìn)行分析：
其一，可樂(lè)、汽水本來(lái)就是通過(guò)高壓加大CO2溶解度形成的過(guò)飽和溶液，處于一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)。從結(jié)構(gòu)和作用力角度分析，食鹽溶解于水，解離成鈉離子和氯離子，與極性較強(qiáng)的水分子通過(guò)靜電引力結(jié)合； CO2為非極性分子，與水的作用力遠(yuǎn)不如陰陽(yáng)離子。離子與水的結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)力大于CO2，導(dǎo)致CO2大量逸散而出。從熱力學(xué)角度思考，氣體的熵大于液體，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?xì)怏w，是加高壓溶解在水中，存在的溶解平衡受到溫度、壓強(qiáng)、濃度等因素的影響。溶在水中的二氧化碳要形成氣泡，必須要有成核位置，我們平時(shí)如果將幾粒葡萄干置于汽水中，會(huì)發(fā)現(xiàn)其表面附著數(shù)十個(gè)小氣泡，也就是這個(gè)道理。未溶解的鹽粒則可充當(dāng)成核位置，二氧化碳會(huì)先在成核位置形成微泡，在上升的過(guò)程中與其它微泡結(jié)合然后逐漸變大。
其三，在水中加入一些難揮發(fā)的物質(zhì)時(shí)，由于溶質(zhì)的加入必然會(huì)降低單位體積內(nèi)水分子的數(shù)目。在單位時(shí)間內(nèi)逸出液面的水分子數(shù)目相應(yīng)的減少，也就是使溶液的蒸氣壓降低，CO2溶解度隨之降低。由于食鹽是強(qiáng)電解質(zhì)，電離后溶質(zhì)粒子數(shù)目翻倍，根據(jù)稀溶液的依數(shù)性，如果放入等摩爾的非電解質(zhì)蔗糖，溶質(zhì)粒子數(shù)目不會(huì)增多，實(shí)驗(yàn)的“噴泉”效果理應(yīng)不如食鹽。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說(shuō)明了這點(diǎn)。
�。ㄗ髡哒f(shuō)明：本文發(fā)表于《教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)》2006年第8期，后來(lái)發(fā)現(xiàn)美國(guó)JCE幾乎同期也有類(lèi)似探究文章發(fā)表。該文發(fā)表后發(fā)現(xiàn)“曼妥思”薄荷糖的“沸騰效果”比食鹽還好，思考可能是其中的特殊成分造成的�！奥姿肌北『商桥淞媳碇邪ò咨疤�、葡萄糖漿、米淀粉、氫化植物油、阿拉伯膠、食用香精、結(jié)冷膠、蔗糖葡萄糖酸酯、巴西棕櫚蠟等。普通的糖和香精可能不是關(guān)鍵因素，最有可能的是各種膠和蠟特殊的表面效果，感興趣的老師和同學(xué)可以進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)對(duì)比探究。）
（作者：陳凱 南京曉莊學(xué)院化學(xué)系）
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