神奇的物态变化

2022-08-17薛海凤

科学大观园 2022年16期

薛海凤

自然界中雨是如何形成的？你知道炎热的夏天，冰棍周围冒“白气”;从冰糕上滴落的水滴;雪糕纸中发现的“白粉”;洒在地面上的水不见了;衣箱中的樟脑丸渐渐变小了;钢水浇铸成车轮;灯丝（钨丝）变细;灯泡（钨丝）发黑的道理吗？谚语“雪落高山，霜降平原”“水缸出汗，不用挑担”“下雪不冷，化雪冷”“霜前冷，雪后寒”的道理你知道吗？这些都跟神奇的物态变化有关。

构成物质的大量分子在永不停息地做无规则热运动，且不同分子做热运动的速率不同，形成了物质的不同状态。物质的状态称为物态，物质从一种状态变化到另一种状态的过程，叫作物态变化。物质的三种状态：固态、液态、气态。它们两两之间可以相互转化，常见的物态变化有6种：熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华。物态变化常伴随吸热或放热情况。冰棍周围冒“白气”是液化现象：气态变成液态（放热）。从冰糕上滴落的水滴是熔化现象：固态变成液态（吸热）。雪糕纸中发现的“白粉”是凝华现象：气态变成固态（放热）。洒在地面上的水不见了是汽化现象：液态变成气态（吸热）。衣箱中的樟脑丸渐渐变小了是升华现象：固态变成气态（吸热）。钢水浇铸成车轮是凝固现象：液态变成固态（放热）。灯丝（钨丝）变细是升华现象。用久了的钨丝灯泡内壁变黑是钨丝先升华后凝华的结果。

水因物态变化有很多别名。固态时叫：冰（凝固）、霜（凝华）、雪（凝华）、凇（凝华）、“窗花”（凝华）、雹（凝固）、白冰（凝华）。液态时称：水、露（液化）、雨（液化）、雾（液化）、“白气”（液化）。气态时为水蒸气（注意水蒸气不可见，可见的是水蒸气液化形成的水珠）。自然界中雨的形成经历了汽化（或蒸发）、液化、凝固、熔化、凝华等物态，即陆地和海洋表面的水汽化（或蒸发）变成水蒸气，受热上升过程中遇冷液化成小水滴，这些小水滴又小又轻，被空气中的上升气流托在空中成为云的主要组成部分，要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。它主要依靠两个手段：一是凝结和凝华增大;二是依靠云滴的碰撞并增大。当满足一定条件时，云中水滴凝固成小冰晶或水蒸气直接凝华成小冰晶，再熔化形成雨落向地面。人造雨原理，主要是借催化剂改变云滴的性质、大小和分布的状况，制造云滴长大的条件。人工降雨即根据不同云层的物理特性，选择合适时机，用飞机、火箭弹、高射炮等向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂或在云中播撒盐粉、尿素、氯化钙等吸湿性粒子，促使云层降水或增加降水量。人工降雨可减轻干旱灾害。雪是由空气中的水蒸气凝华或小水珠凝固而形成的，由于凝华和凝固都是放热过程，所以感觉不冷，而雪融化是吸热过程，所以感觉冷，故“下雪不冷，化雪冷”。至于“霜前冷，雪后寒”，是因为霜的形成是凝华过程，凝华过程放热，所以霜前的气温要很低，空气中的水蒸气才能放热而凝华形成霜;下雪后，在雪的融化或升华过程中都要吸收大量的热，所以下雪后，室外的气温会很低。

生活中人们往往利用物态变化为人类服务。如游泳上岸后身上感觉凉爽，炎热夏天地面上洒些水更凉快，给发热者全身皮肤上擦拭温水或稀释的酒精进行物理降温都是利用汽化（蒸发）吸热达到降温目的。干冰（固态二氧化碳）用来打造绝妙的舞台效果，经历了先升华后液化的过程。干冰是固态二氧化碳吸收热量直接变气态，是升华，由于干冰吸热，空气中的水蒸气受冷液化成小液滴，小液滴悬浮在空气中，形成如梦如幻的雾。航天技术中，运载火箭的燃料常采用液态，利用压缩体积的方法使气态液化形成，有利于运输和贮存较多数量的燃料;火箭点燃后尾部火焰如果直接喷到发射台上，发射架要熔化，为了保护发射架，在发射台底建一个大水池，让火焰喷打水池中，利用水汽化时吸收大量热量，使周围环境温度不至于太高，防止熔化发射台。火箭、卫星返回地面时，与空气相互摩擦，温度升高，整流罩上的烧蚀层会熔化、汽化或升华，这些物态变化都吸热，吸收大量的热，保护了火箭或卫星。