前两天翻柜子找出高中那套玻璃器皿,顺手复现了醋酸钠热冰实验,十几年过去,它还是那么邪门。
原理其实不复杂:醋酸钠的溶解度随温度掉得很陡,近沸水里能溶将近170 g/100 g水,室温下却只有四十几克。把饱和溶液趁热过滤、安静放凉,按相图它早该析出晶体了,可只要瓶壁干净、没有晶种,它就会诡异地维持液态——这种状态叫过饱和,热力学上不稳定,动力学上却卡住了。换句话说,它憋着一肚子能量,只是找不到出口。
这时候用手指弹一下瓶壁,或者丢一粒醋酸钠晶体进去,连锁反应瞬间被点燃。液体像被施了咒,几秒钟内长出一丛丛树枝状的固体,从触发点往四周蔓延,最后整瓶凝固成一块半透明的冰。有意思的是它摸起来是温热的——结晶过程放热,体系温度能升个好几度。文献里醋酸钠三水合物析晶的焓变在几十 kJ/mol 的量级,手感上就是一块刚出炉的冰。
从某种角度看,这种确定性挺让人安心的。你划一下,它必然结晶;你不动,它就老老实实憋着。比很多说不清的事清楚多了。