澳门威斯尼斯赌城

重现化学

美丽科学与澳门威斯尼斯网赌合作项目重现化学 | 《降温》

发布时间:2019年08月30日 来源:澳门威斯尼斯网赌

眼看就要进入9月,经历了酷暑的我们终于盼来了凉爽的天气。除了季节交替引发的降温过程,你还知道哪些自发降温过程?让我们一起来看看视频中5个让人感觉冰爽的实验吧!

 

 

△ 《重现化学 | 降温》

 


 

蒸发

蒸发可以吸热,最常见的例子就是我们通过排汗和汗液蒸发给自己降温。狗在夏天吐舌头也是在利用蒸发进行降温。冰箱和空调的降温原理,也利用了蒸发过程:首先把制冷液压缩成液体,然后使制冷液的快速气化(蒸发)达到制冷效果。
 

△我们依靠汗液蒸发给身体降温

(摄影:Linus Schütz/Pixabay)

 

△狗通过吐舌头蒸发口水降温

(摄影:Manfred Richter/Pixabay)

 

另外,蒸发更快的液体,降温也会更明显,比如乙酸乙酯的蒸发比水快,视频中用热成像展示它们明显的温度差别。生活中,我们用酒精给皮肤消毒时,会觉得酒精比水更凉一些,这是因为酒精比水蒸发快。

 

 

融化

冰融化吸热,这很好理解:夏天我们常把冰块加到饮料中给饮料降温。冰融化变成水,而冰水混合物的温度通常是0摄氏度(后面我们把“摄氏度”简称为“度”),因此冰融化的过程基本保持在0度。可否让冰融化的过程产生低于0度的温度?或者说,可否让冰块在低于0度的条件下融化?

 

△冰镇饮料

(摄影:Jana V. M./Pixabay)

 

可以的,一个简单的办法就是像视频里面那样,在冰块上撒盐。我们看到,撒盐的地方温度会降到零下十几度。

 

 

我们可以从两方面理解这个现象。首先盐会加速冰的融化,下雪天我们在路面撒盐是相同目的。快速融化会吸收大量的热量,导致温度降低到零度以下。另外融化的水会将盐溶解,所以在冰的表面并不是冰水混合物,而是冰-盐水混合物。冰-盐水混合物不容易结冰,其冰点比水更低,所以我们可以得到低于零度的冰-盐水混合物。

△冬天路面撒盐加快冰雪融化

(摄影:Jerzy Górecki/Pixabay)

 

在化学实验室里,如果我们希望一些化学反应在低于零度的条件下进行,也可以把冰块和食盐混合起来,做成“冰盐浴”,然后把需要冷却的容器放入其中。但大家切记不要用冰盐浴来冰敷消肿,可能会引起冻伤。

 

溶解

溶解过程既有放热使溶液温度升高的(如氢氧化钠溶解),也有吸热使溶液温度降低的(如视频中的尿素溶解)。

 

一次性医用冰袋就是利用了溶解吸热的原理。冰袋内装有水和一种无机盐(通常是氯化铵或硝酸铵),彼此通过隔离层分离。使用时通过揉搓或挤压破坏隔离层,使无机盐在水中溶解,吸收大量的热量,达到降温的目的。

 

 

吸热反应

可以自发进行的吸热反应并不多见,影片中我们展示了两个,八水合氢氧化钡和氯化铵的反应以及小苏打(碳酸氢钠)和醋(有效成分是乙酸)的反应。在演示八水合氢氧化钡和氯化铵的吸热反应时,通常会把反应容器放在一个湿润的木块上,反应降温可以把容器和木块冻在一起,达到很好的演示效果。

 


 

这两个反应可以很好的展示热力学原理。因为热力学原理比较深奥,这里我们只做非常粗浅的介绍。

通常来讲,自发的化学反应会向能量更低的方向进行,产物的能量低于反应物,反应会放出热量,也就是我们说的但自发进行的吸热反应要从环境吸收热量,导致产物的能量升高。为什么这样的反应能发生呢?

这是因为产物熵的增加(熵越高表示系统的无序程度越高)。仔细观察这两个反应,它们都有气体(分别是氨气和二氧化碳)和液体(水)产生。因为气体和液体中分子的无序程度要高于固体中分子的无序程度,这两个反应都导致了系统的熵增加,所以也可以自发进行。

 


 

影片幕后

《重现化学 | 降温》是2017年11月发布的的续集。除了内容的互补,在制作过程中,我们做了如下优化。

1. 更吸引人的可见光镜头。在策划阶段,我们特别注意拍摄对象不但可以在热成像下观察到明显的降温,在可见光下也需要有比较高的“颜值”。另外超微视角和移动镜头的运用,也给可见光镜头增色不少。

 

 

2. 增加红外热成像的特写镜头。利用特殊热成像微距镜头,我们近距离拍摄吸热过程。不同景别的热成像镜头,让观察更真切、更生动。

 

 

摄影/文字:梁琰

插画:董逸涵

 

重现化学是美丽科学和澳门威斯尼斯网赌的合作项目,也是2019年度科普中国孵化支持项目。

 

 

 

往期精彩回顾