当液体中缺少气泡或杂质时,即使温度达到并超过了沸点,也不会沸腾,形成了过热液体。过热液体是不稳定的,如果过热液体的外部环境温度突然急剧下降或侵入气泡或杂质,则会形成剧烈的沸腾,并伴有爆裂声,这种现象叫暴沸,或称突沸。严重情况下会导致高温液体飞溅甚至损坏容器。因此液体加热之前必须加入沸石一类的多孔物质。
(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。)暴沸的结果是使液体的温度回到沸点。暴沸有时是危险的,应当增加液体中的气泡或杂质防止暴沸的发生。
1)由溶解热+汽化热引发的“暴沸”:如误操作时将水倒入
浓硫酸中,由于二者互溶时放出的热量满足了水的汽化热,而又未能均匀导出,以致产生“暴沸”。
暴沸通常发生于迅速地加热在光滑、干净的玻璃器皿中的液体或降低液体压力的时候。沸腾往往需要一些气泡或杂质作为开始汽化的核位点(nucleation site),在缺乏这样的核的情况下,液体可能会被加热到超过沸点,成为过热液体。若一旦液体中出现了气泡或杂质,液体就会以其为中心迅速沸腾,并形成一个大蒸汽泡,常以高速将液体推出器皿。这种沸腾液体的喷溅会对实验室中的人员造成严重危害。此外,反复地加热和冷却液体会增加发生暴沸的机会,因为每次加热都会逐渐使液体中的小气泡离开液体,从而减少剩余的核位点数量。
1. 在微量试验(不多于50ML)中,可以使用坚固的长颈瓶作为反应容器来对抗暴沸。
2. 在反应体系中加入
毛细管,碎瓷片,
沸石等多孔物,沸石或碎瓷片上的小孔隙会存在空气,随温度升高空气膨胀逸出,在液体中形成气泡使液体沸腾。密封的毛细管也可以放置在溶液中以提供
成核位置,从而降低暴沸风险并且其易于从系统中移除。
3. 搅拌。通常反应使用磁力搅拌,非常容易暴沸的反应与放热大的反应需要使用更激烈的机械搅拌。搅拌液体同样也可以减少暴沸的机会,因为搅拌产生的
涡流会破坏任何可能形成的大气泡,且搅拌本身也会产生小气泡。
5. 小心控制温度与入料速度,或者更换为间接加热方式。
例如,
乙醇制
乙烯实验中为了防止
催化剂/吸水剂
浓硫酸暴沸溅出发生危险,必须放入碎瓷片或者
沸石。在进行水的
蒸馏的实验中,由于蒸馏瓶的
玻璃表面十分光滑,缺少
汽化核,因此容易暴沸,在实验时需要在蒸馏瓶中加入沸石或者碎瓷片,防止暴沸。
防止暴沸的最常见方法是在反应容器中加入一到两个沸石或碎瓷片。然而,仅这些可能无法防止暴沸,因此建议在试管、平底烧瓶和锥形瓶中加热液体。此外,加热中的试管的试管口不应指向任何人,以防发生暴沸时对人员造成伤害。每当液体冷却至低于其沸点的温度并重新加热至沸腾时,就需要一个新的沸石,因为旧沸石中的孔隙往往会被溶剂充满而失去效果。