為什么燒滾的水滴入一滴油不會炸,而燒滾的油滴入一滴水會炸?

要理解這個問題,我們就要從理解為什么油鍋中的水為什么會炸開始

爆炸=急劇膨脹

我們?nèi)克腥硕贾兰儍粑镉腥龖B(tài)——固、液、氣。同一物質(zhì)的固態(tài)與液態(tài)的體積通常差距極小。但是氣體卻完全不同,我們初中的時候?qū)W過一個知識,氣體的體積決定了其分子數(shù)量,也就是說組成氣體的分子其本身大小與氣體狀態(tài)的體積并沒有關(guān)系,還記得嗎?1摩爾的任何氣體其體積都是22.4L,1摩爾是指其中的分子數(shù)為6.08×10^23個。

那么氣體與固液態(tài)的體積差距有多大呢?差不多是1000倍。而在我過去有關(guān)面粉爆炸的文章中就說過,在極短時間內(nèi)發(fā)生體積急劇膨脹的現(xiàn)象就是爆炸,無論是高壓鍋,還是火藥,抑或是超新星都是如此。

同樣的道理,如果某物質(zhì)在極短的時間內(nèi)氣化,也會發(fā)生爆炸。

食用油的沸點相當(dāng)高,花生油可達(dá)340℃;菜子油可達(dá)355℃,而因為水與油是不相溶的,所以水滴進(jìn)入油鍋的高溫中時就會急速沸騰膨脹從而引發(fā)爆炸。

炸油的另兩個條件

但僅僅如此還是不夠的,為什么水滴直接落在燒紅的鐵上不會炸?

這里有兩個原因,第一個是因為萊頓弗羅斯特現(xiàn)象,這是由科學(xué)家萊頓弗羅斯特在1756年發(fā)現(xiàn)的,水珠與高溫物體的接觸面會出現(xiàn)涌動的蒸汽層,而氣體的導(dǎo)熱能力差,所以水珠無法迅速吸收熱量,沸騰的速度也就大大降低了,利用這個原理,任何一個人都可以做到臉接液氮,手拍鋼水。

第二個原因是缺少約束,雖然我們知道煤氣泄漏也會導(dǎo)致爆炸,但其實威力與真正的炸彈相比還差得遠(yuǎn),軍用武器都有強力的約束力,讓體積膨脹時的能量可以被積累起來,產(chǎn)生更大的破壞。

而水之所以能在油鍋中爆炸,正是因為它的另一個特性——密度大于油。

水分子按常理不應(yīng)該有這么重的,但是因為氫鍵的作用,水分子間的距離被接近了,讓它成為了極少見的液態(tài)密度比固態(tài)還大的物質(zhì)。食用油的密度通常為0.92克/立方厘米,水是1克/立方厘米;水滴會深入油下,這樣就同時滿足了前面兩個條件,包裹的油讓水滴無法產(chǎn)生萊頓弗羅斯特現(xiàn)象,快速吸熱。而油本身的重量與粘滯度產(chǎn)生了一定的約束效果,于是水沸騰的能量就在瞬間爆發(fā),形成爆炸。

現(xiàn)在我們知道了油鍋炸水的原理,自然也就能理解為什么在沸水鍋中加油不會炸,當(dāng)然是油根本不可能在水鍋中沸騰的原因了。

悶聲作大死時間

那么,就這么認(rèn)命了嗎?當(dāng)然不是,讓我們用科學(xué)挑戰(zhàn)它,讓水鍋也炸起來。

這里有兩個思路,一個是讓水鍋快速沸騰起來,另一個是用一種合適的物質(zhì)替換油。

如果想在一鍋水中加入某種物質(zhì)就能令其吸收大量的能量從而發(fā)生爆炸級的沸騰是不可能的,因為有萊頓弗羅斯特現(xiàn)象,所以讓水沸騰的能量必須要事先就存儲在水中,而恰好就有這樣一種現(xiàn)象,你們可能在網(wǎng)上也看過相關(guān)的視頻——過冷水與過熱水。

還是因為氫鍵的作為,導(dǎo)致水的凝結(jié)與沸騰都是一個非常復(fù)雜的過程,并不是溫度到了0℃就一定會結(jié)冰,也不是溫度到了100℃就一定會沸騰,如果是純度相當(dāng)高的水在靜止的情況下被冷卻或加熱,就可能形成低于0℃或高于100℃的水。這時只需要一個“破局者”,就可以讓壓抑已久的水分子“揭竿而起、一呼百應(yīng)”,可以是一個擾動,也可以是一個異物,都可以打破這種“萬馬齊喑”的狀態(tài)。

那么自然,一滴油也可以,杯中的水會立即進(jìn)入暴沸狀態(tài),對吃瓜群眾生成巨大殺傷。

你問我如何制作一杯過熱水?用微波爐呀,水一定要純凈,杯子一定要干凈,還有就是……你的保險一定要買夠了。

第二個方案是要復(fù)制水炸油鍋中發(fā)生的事情,只不過是將油替換成水,將水滴替換成一種特殊的物質(zhì),由上面的分析我們知道此物質(zhì)需要滿足三個條件:

與水不相溶

密度大于水

沸點低于水

真的有這樣的物質(zhì)嗎?

還真有!鹵代烴家族中就可以找到,我們以氟代烴為例,這是一種用氟原子替換掉烷烴中的氫原子產(chǎn)生的化學(xué)物,它們既不溶于水也不溶于油,還擁有相當(dāng)大的密度。

最妙的氟代烴家族的沸點從四氟甲烷的-128.1℃到特氟龍(聚四氟乙烯,可以看作n碳氟代烴)的327℃ 都有分布,于是我找了幾個合適的成員:

全氟正戊烷,密度1.63 g / mL,沸點28°C

全氟正己烷,密度1.69?g / mL,沸點56°C

全氟正庚烷,密度1.71?g / mL,沸點83°C

這些都是滾入沸水中即炸鍋的液體,雖然我還沒有試過,但是應(yīng)該八九不離十,保險買夠了的童鞋可以試一試。

我是酋知魚,一條悶聲作大死的科學(xué)作者,歡迎關(guān)注同名拱豬號,每天同步更新!

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