重现化学

美丽科学与中国化学会合作项目重现化学 | 《降温》
发布时间：2019年08月30日来源：中国化学会

眼看就要进入9月，经历了酷暑的我们终于盼来了凉爽的天气。除了季节交替引发的降温过程，你还知道哪些自发降温过程？让我们一起来看看视频中5个让人感觉冰爽的实验吧！

△ 《重现化学 | 降温》

蒸发

蒸发可以吸热，最常见的例子就是我们通过排汗和汗液蒸发给自己降温。狗在夏天吐舌头也是在利用蒸发进行降温。冰箱和空调的降温原理，也利用了蒸发过程：首先把制冷液压缩成液体，然后使制冷液的快速气化（蒸发）达到制冷效果。

△我们依靠汗液蒸发给身体降温

（摄影：Linus Schütz/Pixabay）

△狗通过吐舌头蒸发口水降温

（摄影：Manfred Richter/Pixabay）

另外，蒸发更快的液体，降温也会更明显，比如乙酸乙酯的蒸发比水快，视频中用热成像展示它们明显的温度差别。生活中，我们用酒精给皮肤消毒时，会觉得酒精比水更凉一些，这是因为酒精比水蒸发快。

融化

冰融化吸热，这很好理解：夏天我们常把冰块加到饮料中给饮料降温。冰融化变成水，而冰水混合物的温度通常是0摄氏度（后面我们把“摄氏度”简称为“度”），因此冰融化的过程基本保持在0度。可否让冰融化的过程产生低于0度的温度？或者说，可否让冰块在低于0度的条件下融化？

△冰镇饮料

（摄影：Jana V. M./Pixabay）

可以的，一个简单的办法就是像视频里面那样，在冰块上撒盐。我们看到，撒盐的地方温度会降到零下十几度。

我们可以从两方面理解这个现象。首先盐会加速冰的融化，下雪天我们在路面撒盐是相同目的。快速融化会吸收大量的热量，导致温度降低到零度以下。另外融化的水会将盐溶解，所以在冰的表面并不是冰水混合物，而是冰-盐水混合物。冰-盐水混合物不容易结冰，其冰点比水更低，所以我们可以得到低于零度的冰-盐水混合物。

△冬天路面撒盐加快冰雪融化

（摄影：Jerzy Górecki/Pixabay）

在化学实验室里，如果我们希望一些化学反应在低于零度的条件下进行，也可以把冰块和食盐混合起来，做成“冰盐浴”，然后把需要冷却的容器放入其中。但大家切记不要用冰盐浴来冰敷消肿，可能会引起冻伤。

溶解

溶解过程既有放热使溶液温度升高的（如氢氧化钠溶解），也有吸热使溶液温度降低的（如视频中的尿素溶解）。

一次性医用冰袋就是利用了溶解吸热的原理。冰袋内装有水和一种无机盐（通常是氯化铵或硝酸铵），彼此通过隔离层分离。使用时通过揉搓或挤压破坏隔离层，使无机盐在水中溶解，吸收大量的热量，达到降温的目的。

吸热反应

可以自发进行的吸热反应并不多见，影片中我们展示了两个，八水合氢氧化钡和氯化铵的反应以及小苏打（碳酸氢钠）和醋（有效成分是乙酸）的反应。在演示八水合氢氧化钡和氯化铵的吸热反应时，通常会把反应容器放在一个湿润的木块上，反应降温可以把容器和木块冻在一起，达到很好的演示效果。

这两个反应可以很好的展示热力学原理。因为热力学原理比较深奥，这里我们只做非常粗浅的介绍。

通常来讲，自发的化学反应会向能量更低的方向进行，产物的能量低于反应物，反应会放出热量，也就是我们说的放热反应。但自发进行的吸热反应要从环境吸收热量，导致产物的能量升高。为什么这样的反应能发生呢？

这是因为产物熵的增加（熵越高表示系统的无序程度越高）。仔细观察这两个反应，它们都有气体（分别是氨气和二氧化碳）和液体（水）产生。因为气体和液体中分子的无序程度要高于固体中分子的无序程度，这两个反应都导致了系统的熵增加，所以也可以自发进行。

影片幕后

《重现化学 | 降温》是2017年11月发布的《重现化学 | 放热反应》的续集。除了内容的互补，在制作过程中，我们做了如下优化。

1. 更吸引人的可见光镜头。在策划阶段，我们特别注意拍摄对象不但可以在热成像下观察到明显的降温，在可见光下也需要有比较高的“颜值”。另外超微视角和移动镜头的运用，也给可见光镜头增色不少。

2. 增加红外热成像的特写镜头。利用特殊热成像微距镜头，我们近距离拍摄吸热过程。不同景别的热成像镜头，让观察更真切、更生动。

摄影/文字：梁琰

插画：董逸涵

重现化学是美丽科学和中国化学会的合作项目，也是2019年度科普中国孵化支持项目。

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