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简答题煮开水时为何不见暴沸现象,而在有机蒸馏时却会发生暴沸?如何防止暴沸的发生?
  • 沸点是指液体的饱和蒸气压等于外压时的温度。水中通常溶解了不少空气,在加热过程中溶解的空气成气泡逸出,水蒸气可以蒸发到空气泡中。由于空气泡比较大,曲面上的附加压力不明显,所以在空气泡中的水蒸气压力与平面上的差不多。空气泡在上升的过程中,起了搅动作用,使上下的水温基本相同。到达正常沸点时,蒸气压力等于外压,水就很平稳地沸腾,不会产生暴沸现象。
    而在有机液体中溶解的空气一般都很少,在加热过程中没有空气泡产生,而要让有机物本身的蒸气形成气泡,这个新的气相的产生是十分困难的。因为处于液体内部的蒸气泡的内表面是凹面,凹面上所产生的附加压力与气泡中的蒸气压的方向相反,根据Kelvin公式,气泡越小,曲率半径越小,气泡内的压力也就越小。当升温至正常沸点温度时,由于气泡内蒸气的压力仍小于外压,所以有机溶液不会沸腾。于是就继续升温,随着温度的升高,蒸气的压力也不断升高,当气泡终于出现时,开始形成的气泡是很小的,泡内的附加压力很大,而蒸气压就很小,比液面上的外压小,所以还看不到溶液沸腾。于是还要继续加温,这时的温度实际上已超过了它的正常沸点。这样,以下几种因素相继加在一起,就会发生暴沸:
    ①随着蒸气压增大,气泡变大;
    ②随着气泡变大,曲率半径增大,凹面上的附加压力变小;
    ③随着附加压力变小,气泡内的蒸气压增加,使气泡迅速涨大;
    ④气泡在上升的过程中,液柱对气泡的压力变小,促使气泡涨得更大,上升得更快。由于这时有机液体的温度已超过了它的正常沸点,几乎所有的液体都想在瞬间变成蒸气冲出,这就形成了暴沸。
    发生暴沸的后果是很严重的,既浪费了产品,又有可能引发烫伤、损坏仪器和失火等事故。要防止暴沸,实际就是要防止过热液体的生成,则必须给有机液体提供成泡中心。沸石是多孔固体,储存在小孔中的空气在加热过程中逸出,可以提供成泡中心,使得开始形成的蒸气泡不是太小,使气泡内的蒸气压与平面上的蒸气压相差不要太大,到达沸点时气泡上升,搅动溶液,保持正常的沸腾状态。所以,在有机物蒸馏时,加了沸石或加了能提供成泡中心的其他多孔性物质,或者加一头封闭的玻璃毛细管,都可以达到防止暴沸的效果。
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