2009年第4期SHIYANJIAOXUEYUYIQ海波融化和融化實(shí)驗(yàn)的探求及思索況朝暉廣東省安慶市教育技術(shù)武器站()一、發(fā)現(xiàn)問題為了打算海波(甲基氯化鈉)的融化和凝固實(shí)驗(yàn)，我想自己先做一遍以期做到心里有數(shù)。我用水浴法加熱，注意控制海波與水之間的水溫差一直保持在l℃～2℃。在海波全部融化后，我得到了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。正當(dāng)我沉溺在實(shí)驗(yàn)中時(shí)，一陣粗重的電話鈴聲響起，我不得不熄滅酒精燈匆忙離開了實(shí)驗(yàn)室。早晨，當(dāng)再度來到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，我發(fā)覺海波居然是液態(tài)的。我看了看體溫計(jì)．示數(shù)顯示23℃。正在我困惑之時(shí)，更驚奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了，試管內(nèi)的海波大幅上升，而且開始變模糊，海波融化了!此時(shí)體溫計(jì)顯示47℃!如何回事?震驚之余，我的腦部里漸漸浮出3個(gè)問題。二、對問題的思索1．當(dāng)水溫遠(yuǎn)低于凝固點(diǎn)時(shí)．海波為什么不凝固?(1)掀開教學(xué)參考資料我發(fā)覺，原先此類現(xiàn)象稱為“過冷現(xiàn)象”。教參還強(qiáng)調(diào)：“為了使熔體狀態(tài)的海波在融化點(diǎn)凝固，在氣溫降至49℃時(shí)，應(yīng)向海波內(nèi)投入幾粒海波晶體，并不斷攪拌破壞表面結(jié)晶方能使海波凝固。
”如同雨、霧的產(chǎn)生須要以塵土作為液化核，或水在沸騰時(shí)須要以水底溶有的空氣以及容器壁上附著的空氣作為氣化核一樣，熔體狀態(tài)的晶體凝固也須要結(jié)晶核．這加入的幾粒海波就起到了結(jié)晶核的作用。而我在實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有撤人海波晶體晶體的熔化和凝固實(shí)驗(yàn)，當(dāng)其熔化后氣溫降至熔點(diǎn)時(shí)，則因?yàn)槿狈Y(jié)晶核而未能產(chǎn)生結(jié)晶，即難以凝固。(2)并且就“過冷現(xiàn)象”我還有個(gè)疑惑，那就是當(dāng)天溫度假如更低，例如20cc、l5℃、l0℃時(shí)，海波還會(huì)繼續(xù)處于“過冷”狀態(tài)嗎?因此．我查閱了其他班主任的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：有的是在38℃左右海波自然融化，有的是20℃，有的是18ol=。到底是多少呢?于是，我將實(shí)驗(yàn)器材移到家中，并把空凋打開晶體的熔化和凝固實(shí)驗(yàn)，當(dāng)溫度降到17℃時(shí)開始實(shí)驗(yàn)。當(dāng)海波融化后至55℃停止加熱，并將海波置于空氣中自然冷卻，海波在l8。I=時(shí)出現(xiàn)融化升溫現(xiàn)象。為了排除實(shí)驗(yàn)的碰巧誘因，我連續(xù)做了3次實(shí)驗(yàn)，海波都是在l8cc時(shí)出現(xiàn)融化現(xiàn)象。但是，其·30·他班主任的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的嗎?不太可能。我想海波的過冷氣溫應(yīng)當(dāng)是一個(gè)范圍，不同的含量應(yīng)當(dāng)有一個(gè)不同的對應(yīng)值，只有在相應(yīng)的值時(shí)，過冷狀態(tài)的海波就會(huì)結(jié)晶。
(3)還有個(gè)問題是，當(dāng)海波降溫后，為何在沒有結(jié)晶核的情況下能夠融化呢?為了弄寶清因，我又找到了《固體化學(xué)學(xué)》，書手指出：“當(dāng)有些非常純凈的熔融狀態(tài)的晶體處于過冷狀態(tài)且在室溫足夠低時(shí)．因?yàn)闈q落的緣由可以自行產(chǎn)生結(jié)晶核而融化。”2．看過體溫計(jì)后，為何海波就忽然凝固了?這個(gè)問題我百思不得其解．經(jīng)多方討教，我漸漸弄清原由。當(dāng)氣溫高于凝固點(diǎn)之后，海波處于過冷狀態(tài)。這些狀態(tài)極不穩(wěn)定，稱為“亞穩(wěn)態(tài)”，是一種極易被破壞的狀態(tài)。此時(shí)只須要微小的擾動(dòng)，其狀態(tài)才能很快發(fā)生轉(zhuǎn)變。我看氣溫計(jì)時(shí)的動(dòng)作勢必破壞了原有的平衡狀態(tài)，致使室溫計(jì)附近的海波率先開始融化，產(chǎn)生結(jié)晶核；又因?yàn)闅鉁匾堰h(yuǎn)高于凝固點(diǎn)，所以試管中的其他海波會(huì)以它們?yōu)橹行难杆偃诨ｋm然，類似的現(xiàn)象生活中也是有的。例如，當(dāng)南方冬天下雪的時(shí)候，天空中落下的明明是雨，而落到地上卻全部弄成了冰。這主要是由于純凈的水的體溫似乎遠(yuǎn)高于凝固點(diǎn)，但因?yàn)槿狈Y(jié)晶核而難以結(jié)晶，但是當(dāng)落到地面時(shí)．就以地面塵土為結(jié)晶核而漸漸結(jié)冰了。3．海波的氣溫為什么會(huì)上升?從假象上看，體溫上升是因?yàn)楹２涛鼰幔业膯栴}是融化吸熱的能量從何而至。
當(dāng)過冷狀態(tài)的海波開始融化時(shí)，氣溫不降反升，直到凝固水溫為47℃左右．之后保持體溫不變。當(dāng)海波基本融化后(尚有小部份液態(tài)海波)氣溫才繼續(xù)上漲。固態(tài)海波融化時(shí)吸收熱量，降低了分子動(dòng)能，當(dāng)達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，海波繼續(xù)放熱．這時(shí)所吸收的熱量拿來解離海波晶體結(jié)構(gòu)，這部份能量成為晶體的結(jié)合能(主要是分子勢能)。液態(tài)海波體溫升高過程中主要是分子動(dòng)能在降低，晶體結(jié)合能即分子勢能并不發(fā)生變化，也就是說液態(tài)海波不會(huì)發(fā)生變化而融化。當(dāng)液態(tài)海波遭到微小的擾