“沸石”真的会沸腾吗？

简介

爱观察生活的小A是一个善于发现日常中美丽科学问题的实习记者。而平平无奇的化学博士Z是一个每天都在想着如何防止脱发的在读化学博士。本该人生轨道没有任何交际的他们，因为对彼此职业的欣赏和好奇相识了，旨在对日常生活中的化学知识进行探讨，下面对他们日常谈话进行了记录：

访谈内容

爱观察生活的小A: 现实生活中我们往往会看到各种各样的沸腾现象，发出呜呜声的开水壶、热气腾腾的火锅中间不断向上的鼓泡。

化学实验中，我们也能观察到，当过热液体被继续加热时，沸腾会骤然而剧烈地发生，也就是暴沸现象。这时我们往溶液中加入沸石，就可以缓解这一现象，其中蕴含着什么科学原理呢？ 

图1. 日常生活中煮开水

平平无奇的化学博士Z：首先要明确沸腾和暴沸两者的区别，在《大学物理学手册》中我们可以了解到，由于过热液体内部的涨落现象，有些地方的分子具有足够高的能量，可以彼此推开而形成极小气泡。当过热液体温度远高于沸点时，这些极小气泡内的饱和蒸汽压就高于外界的压强，气泡会特别迅速地长大，发生暴沸。

一般我们煮开水时，水中会溶解许多空气，在加热时，溶解的空气会逸出，促进上下温度均衡的同时，水蒸气也可蒸发到空气气泡中，到达正常沸点时，蒸汽压力等于外压，能够平稳沸腾，不会产生过热液体。

爱观察生活的小A: 原来是这样，那只要能把“多余的能量”及时而有效的传递出去，不让液体“过热”，就能从根本上解决暴沸问题了。但加入沸石能是什么道理？

平平无奇的化学博士Z：只有液体中存在汽化核时，高于沸点的液体才能围绕汽化核进行汽化形成气泡，这就是液体沸腾。再提醒一句，在液体接近沸腾时不能临时补加沸石，否则液体会突然释放出大量气体，此时高温液体喷出将造成危险。如果忘记提前加入了，必须先将加热装置关闭，冷却一段时间后，待加热液体温度低于沸点再将沸石加入。

沸石这一名字最早来源于1756年，在希腊文中意为沸腾（zeo）的石头（lithos），由瑞典的矿物学家克朗斯提（Axel Fredrik Cronstedt）发现，因其在灼烧时会产生沸腾现象[1]。现泛指一类种类繁多但统一的天然或人工合成的结晶铝硅酸盐及相关化合物，这些化合物具有框架结构，内含明确的微孔，能够根据分子的大小和形状吸附和区分分子。加入沸石能够防止暴沸的关键点就在于能够成为气化中心。

图2：脱水NaA 沸石晶体结构框架的顶视图[2]

爱观察生活的小A: 真是神奇的大自然力量，人们能从中吸取许多创造灵感呢，另外，我还注意到，沸石又被称为沸石分子筛，这两者又有什么区别呢？

平平无奇的化学博士Z： 虽然沸石可以在自然界中找到，但第一个合成沸石——铝硅酸盐丝光沸石(MOR型)是在1948年R. M. Barrer报道的[3]。分子筛是一种在分子尺度上具有有序孔道的封闭体系[4]，一方面，分子筛的通道可以调节分子的扩散，导致分子运输的明显差异，实现择形催化。另一方面，分子筛孔道或笼内的局域电场可以作用于客体分子并改变其能级。沸石是分子筛中最具代表性的一种，因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。

爱观察生活的小A: 看来化学也是源于自然，服务于生活呀！

平平无奇的化学博士Z：是呀，沸石不仅仅可应用于化学实验中，其实在日常生活中也处处可见它的身影。其具备着吸附分子、离子交换、耐酸耐碱耐热等特质，可用于空气、水质的净化、土壤修复、石油化工催化重整等等场景，并且不会造成二次污染的问题。故沸石也有“生命之石”的美称。

图3：沸石的应用领域[5]