化學原理啟迪418
1.
固體物質加熱後會如何呢？一般來說，固體物質會先融化成液體。如果持續加熱，液體達到沸點就會蒸發成氣體。物質三相變化的過程，可用熱曲線heating
curve描述。
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2.
當我們以恆定的速率對物質灌注能量，物質在不同時間表現出來的溫度，標示成時間與溫度的交會點，如此構成的數線，稱為熱曲線heating curve。
3.
水的加熱曲線如圖：
4.
當能量流入冰塊，隨著溫度增加，水分子的隨機振動也跟著增加，最終，分子們變得太活躍，能量太充沛，因此打斷分子間的引力，脫離晶格能，於是物質從固體變成液體。
5.
熱曲線在0℃高原區（橫線）是固體轉變為液體的轉換期，這個溫度稱為熔點melting
point。外加的能量，打斷了氫鍵，破壞冰的結構，因此增加水分子的位能，固體在熔點融化的焓變化，稱為融化熱heat
of fusion，或熔化焓enthalpy of fusion。
6.
在熔點，物質保持恆定的溫度，直到固體變為液體，溫度才又逐漸上升。到了100℃，水抵達沸點boiling point，當液體蒸發為氣體，蒸汽再度隨著溫度的增加而增加。
7.
特別留意，物質相的改變是物理改變，因為只有破壞分子間的引力，沒有任何化學鍵被打斷。
8.
如果持續加熱水蒸氣到更高的溫度，水分子的化學鍵將會斷裂成個別的原子，這屬於化學改變。這種情況下，系統內將沒有任何水分子。
9.
物質的熔點和沸點決定於物質固相和液相的蒸汽壓。下圖為固態水和液態水在0℃附近的蒸汽壓。
10.
特別留意，0℃以下，冰的蒸汽壓比水的蒸汽壓低，此外，冰的蒸汽壓與溫度的依賴關係，比水的蒸汽壓與溫度的依賴關係，更強。
11.
因此，升高固體的溫度就會使得固體的蒸汽壓，達到與液體蒸汽壓相同的溫度點，這個溫度點就是熔點。我們可用以下的裝置進行實驗，說明這個觀念：
12.
氣體1：氣體1的溫度會使固態冰的蒸汽壓大於液態水。在這個溫度下，固態冰需要比液態水更高的蒸汽壓，才能與蒸汽達成平衡。
因此，當固態冰釋放蒸汽以達到平衡時，液態水則是吸收蒸汽來減低蒸汽壓，以達到它的平衡，正個程序的淨作用是固態冰經由蒸汽轉換成液態水。
事實上，在這個環境條件下事實上，在這個環境條件下，最後將不會有任何的固態冰，也就是左邊密閉的玻璃瓶內沒有冰塊，只有右邊密閉的玻璃瓶內有液態，並且這些液態水與水蒸氣達成平衡，系統不會進一步改變。
氣體1的溫度必定高於冰的熔點，只有在這樣的條件下，液態水才能夠存在。
13.
氣體2：氣體2的溫度，使固態冰的蒸汽壓低於液態水的蒸汽壓。這個環境條件與氣體1的環境條件相反。
在氣體2的環境條件下，液體需要比固體更高的蒸汽壓才能達到平衡，因此，液態水逐漸消失，而固態冰逐漸增加。
最後，只留下固態冰，並且固態冰與蒸汽壓達成平衡，這個溫度必須低於冰的熔點，最後玻璃裝置中中只剩下固態冰。
14.
氣體3：氣體3的溫度，使固態冰的蒸汽壓與液態冰的蒸汽壓一樣。固態冰和液態水的蒸汽壓一樣，所以，在平衡狀態下，固態冰與液態水並存於玻璃容器中，並且它們的蒸汽也在容器中。
15.
正常熔點/標準熔點
normal melting point的定義是，使某物質的固態和液態蒸汽壓相同，並且總壓力為1大氣壓1atm的溫度。當液體的蒸汽壓等於環境的蒸汽壓時，液體進入沸騰boiling狀態。
16.
液體的正常沸點/標準沸點normal
boiling point是使液體蒸汽壓為1大氣壓1atm的溫度。
17.
如果溫度會使液體蒸汽壓低於1大氣壓1atm，這樣的溫度不會使液體產生任何蒸汽泡泡，因為液體表面的壓力，大於液體其他任何一個可能產生氣泡的地方的壓力。（液體表面的壓力，會壓制液體內部的分子的動能，使液體內的分子無法變成活潑的氣體分子）
18.
然而，在沸點或熔點，物質並不一定會發生相的改變。舉例來說，液態水能夠處於超冷supercooled狀態而不結冰；也就是在1大氣壓1atm下，水的溫度能夠在低於0℃下保持液態。
19.
水出現超冷的現象原因是，降溫時水分子群彼此的排列尚未達到結冰所需的組織結構。
20.
在某些位置點，水分子排列方式正確，迅速形成冰，進行散熱程序，這些結冰而釋放出來的能量，將溫度拉高到熔點，影響其他結冰的水（導致已經結冰的水融化）。
21.
液體也會過熱superheated，或提高到超過沸點的溫度。液體過熱現象導因於，液體內許多高能量的分子，群聚在同一個區域，使得液體內部形成氣泡。
22.
處於沸點的液體不一定會發生過熱的現象，尤其是當液體被迅速加熱時。如果液體是過熱的superheated，液體的蒸汽壓會大於大氣壓力。
23.
一旦過熱的液體形成氣泡，因為內部的蒸汽壓，比大氣壓力大，所以氣泡在浮上液體表面之前就爆炸了，將周遭液體直接推出容器表面。這個現象稱為爆沸bumping，爆沸的問題毀掉許多實驗。
24.
避免爆沸的方法是在裝載液體的細頸瓶中加入沸石boiling chips。沸石是布滿洞隙的陶瓷碎片，沸石能夠將加熱產生的氣體收集起來，再形成小泡泡，沸石成為啟動形成蒸汽泡泡的發動機。沸石能夠緩和液體在沸點時爆沸的問題。
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