劉永燾

摘要：大家常見夏天冰塊在手中很快的融化，但見過夏天冰塊在室溫下神奇般的“重新凝固”，并且能把一根剛放上去的繩子迅速凍結(jié)起嗎？這里存在著什么樣的物理原理呢？由于在此過程中的熔化率和凝固率的不同.最終造就了這樣神奇現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：捕獲；重新凝固；熱平衡；熔化率；凝固率

中圖分類號：G633.7

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-6148（2014）5（S）-0050-2

為何在室溫下一個正常的冰塊會把剛放上去的一根繩子黏起來呢？在正常情況下，水的凝固點是0℃，不過，如果你用食鹽水，其凝固點降低。為什么鹽水的凝固點會低于0℃呢？這和繩子能拉起冰塊之間有什么樣的聯(lián)系呢？

首先，要知道為何鹽水的凝固點會降低呢？我們來看熔化是怎么進行的。用10℃自來水、0℃的冰和一個不錯的保溫杯，把自來水與冰倒入杯中，防止與外界熱量交換。在這個過程中水分子不斷從冰面逃逸到液態(tài)水中（即熔化）。熔化的同時，水分子又被抓回到冰表面上，即這個過程中又伴隨著凝固。但是由于水的溫度高，水分子運動劇烈，不容易捕獲，所以凝固不劇烈。而冰的溫度低，運動不劇烈，所以有更多的冰分子被水捕獲，導(dǎo)致水量增加，最終結(jié)果是，冰開始熔化（如圖1所示）。當(dāng)然，水的溫度下降。我們已經(jīng)把“溫水”變成了“冷水”，即熔化吸收了熱量。這就是一個動態(tài)的過程。事實上，如果我們在容器中有足夠的冰。最終容器中的水連同剩下的冰，將一直降溫最終達到0℃。

如圖2，在容器中的冰和水終于到達0℃。由于溫度降低，水分子運動速度降低，最終凍結(jié)率和熔化率相同，冰量和水量不會改變。只要保持容器絕熱，這種平衡會保持下去。而這個平衡在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度是0℃。這就是冰的熔點。

那么，加入鹽后情況如何呢？讓我們來看看。凍結(jié)率和熔化率相同，冰量和水量不會改變?，F(xiàn)在若水中含有鹽分子，或任何其他比鹽分子更易溶于水的物質(zhì)，破壞了平衡，但不溶于冰。水中的一部分分子被鹽取代，這意味著，能夠被捕獲成冰的水分子的數(shù)量出現(xiàn)故障，因此凍結(jié)的速度下降。冰熔化的速度是不變的，因此由于鹽的存在凝固速度降低，所以熔化速度比凍結(jié)快。冰開始熔化，熔化需要能量，吸取熱量，溫度繼續(xù)降低，水分子運動放緩，溫度下降到足以使水分子的運動放緩到可以使更多的水分子被冰捕獲成為冰。最終。凍結(jié)的水分子的數(shù)量和熔化的冰分子的數(shù)量又相等，將再次達到平衡。這將是新的凝固點/熔點。鹽的濃度越高，新的冰點/熔點的溫度越低。所以鹽水的凝固點/熔點會隨著加入鹽的多少而變化。但是，這并不能無限期地持續(xù)下去。在某一點鹽水將成為飽和鹽水。這時凝固點就不會再降低。最冷的一個鹽和水的飽和溶液可以得到。在該溫度下，鹽就開始結(jié)晶。

而在正常情況下。加入了鹽降低了其凝固點，所以可以促進冰熔化。但是為何剛開始反而把繩子凍結(jié)上去了呢？因為在這個過程中由于其降低了凝固點。加快了熔化，從而需要吸收大量的熱，反而吸走了冰水結(jié)合處的大量的熱，從而使冰水結(jié)合處的鹽水混合物發(fā)生凝固，暫時凝固。從而把繩子也凍上了。

（欄目編輯 陳潔）