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从用水融化冻鱼,鱼表面出冰说起 精选

已有 2357 次阅读 2020-2-27 08:32 |个人分类:科学与生活|系统分类:教学心得| 熔点, 溶液, 分子间作用力, 玻璃, 合金

从用水融化冻鱼,鱼表面出冰说起

我们很多人吃鱼喜欢吃鲜鱼,认为鲜鱼味道鲜美。鲜鱼味道鲜美,这是事实。我们吃到的鲜鱼,往往多为淡水鱼。青草鲢鳙,四大淡水鱼,占了我们食用鱼类的很大一个数量。从传统上说,我们吃淡水鱼多,吃海鱼少,是与过去我们的海洋捕捞业比较落后有关的。改革开放以来,我国的海洋捕捞业飞速发展,海洋捕捞业的产值占到了渔业总产值的近20%。海洋捕捞所得鱼类,品质一般都较好,深得人们的欢迎。

由于是海洋捕捞而得,鱼品往往经过了初加工,去除了不可食用的部分并且冷冻起来。我们在各个超市购得的这些鱼类都是放在冷柜里销售。我们把这些鱼购买回家后,总是要化冻后才能够烹调。

把冷冻的鱼放入干净的水里浸泡,一段时间以后,鱼体就化冻了。但是,人们会发现,在鱼体表面一般都会带连着一些冰,有时候冰还是很厚的。这些冰是从哪里来的?

这些冰主要是由浸泡鱼的水凝结而成的。

冷冻的鱼,温度很低。放在水里,致使鱼体周围的水温度下降,结冰,这是很明显的道理。

有人会说,既然鱼之所以化冻,是因为周围的水把热量传给了鱼体,为什么鱼都化冻了,水却仍然是冰。难道热量还能够从温度低的物体传向温度高的物体?

热量当然是从温度较高的物体传递给温度较低的物体的,而不会无缘无故地反过开,这是毫无疑问的。问题是,这里我们往往存在一个错觉,即冰总是比化开的物体温度低。实际上,鱼体虽然已经柔软,已经化开了,但是它的温度仍然可以低于零度,即低于水的冰点。

人们都知道,正常情况下,水在摄氏零度时,可能结成冰。

但是,鱼在摄氏零度时,却不能被冰冻,即不会变硬。

我们都知道,鱼肉是由细胞组成的,细胞内的主要成分还是水,许许多多大大小小的分子、离子溶解在水里,形成了很复杂的溶液,还有许多微粒悬浮在这种复杂的溶液中。溶液的凝固点,要比水低得多。因此,冻硬了的鱼体,其温度也一定比摄氏零度低得多。即使融化开了,鱼体变软了,其温度可能还在摄氏零度以下呢。

所以,我们看到和摸到的鱼体已经化开了,已经变软了,但是它的温度会比冰的温度还要低。并不是热量从低温物体传向高温物体了。

有人又要问,为什么水溶液的凝固点要比水的冰点低呢?

我们知道,容易变成液体的物质,一般都由分子组成。分子间的作用力越大,分子就不容易随便运动。如果某物体中的分子要流动,这些分子必须要有较大的动能,也就是说,物体需要有较高的温度(温度是分子平均动能大小的量度)。组成物质的分子间的平均作用力越大,分子在其他分子之间流动所需要的动能就越大,这种物质的熔点就越高(熔点就是凝固点,这不过是一件事情的两种说法)。

水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成一个V字形分子。由于氧原子吸引电子的能力比氢原子大得多,水分子的极性很大。带有负电的氧原子,能够与另一个水分子中的氢原子,形成氢键。氢键比一般的分子间作用力要大得多,因此水分子之间的平均作用力,比一般的小分子大得多。这造成了水的熔点(即冰点)比一般的小分子高得多。我们可以比较一下几个小分子的熔点(单位都是摄氏度):氨CH3 -77.7,甲烷CH4 -182.5,硫化氢H2S -85.5,甲醇 CH3OH -97,乙醇C2H5OH -114。

当水中溶入了许多其他分子之后,水分子之间形成氢键的可能性就降低了。分子间的平均作用力也就减小了。分子不需要那么高的平均动能就能够在别的分子之间移动,因此,其熔点也就降低了。所以,水溶液的凝固点总是低于水的冰点。

正如大家所知道的,食盐水的凝固点就比纯净的水低得多,利用这个道理,我们可以在因下雪而冰冻的道路上,撒盐而使冰雪融化,从而使车辆运行畅通。当然,由于普通的食盐对道路的腐蚀作用较大,并会使周围的土壤盐化,现在有比食盐效果更好而副作用较小的融雪剂。

我们回过来继续说鱼的解冻。如果我们把冻鱼放在食盐水中解冻,同样也由于食盐水的温度比冻鱼高,热量会从食盐水传到冻鱼,从而使鱼体解冻。只要食盐水足够浓,它就不会像纯水那样在鱼体周围冻成冰。

需要指出的是,由于冻鱼在水中化冻时在鱼体周围结成了冰,阻止了水的流动,从而使得热量的传递减慢,所以,在水中融化冻鱼是较为缓慢的。而用盐水浸泡冻鱼,不会在鱼体周围结冰,食盐水始终保持液态,由于温度的差别致使的水的流动一直在进行中,这种流动使得热量的传递较为顺畅,所以,用食盐水化冻鱼体比用普通水较为快速。

水溶液的凝固点比水低的原理,当然不只用在道路的融雪上。汽车、拖拉机等机器的水冷凝器在冬天可能会冰冻,在冷凝水中放入以醇类为主的抗冷冻剂,就可以使冷凝器避免冰冻。在低温保存和运输鱼类等水生物过程中,抗冷冻剂能够使得水生物的品质保存的更好。

溶液中由于分子(原子、离子)间的作用力减少,引起凝固点下降的原理,实际上可以用来解释很多其他现象。

石英砂的化学成分是二氧化硅,这是一种原子晶体。每一个硅原子与四个氧原子键合,形成正四面体结构,硅原子在正四面体的中心,而每一个氧原子又与两个硅原子键合,千千万万个原子以这种方式严格地整齐排列,形成二氧化硅晶体。由于硅氧键非常稳定,结合非常牢固,因此这种晶体非常难以被破坏。二氧化硅的熔点很高,达到1650摄氏度。比较纯净的二氧化硅称为水晶,水晶制品的加工就比较困难。

在石英砂中加入纯碱(碳酸钠)石灰石(碳酸钙),混合熔融后就得到了普通的玻璃。玻璃的透明度也很好,但是,其软化和融化的温度却大大降低了。因此这种玻璃变得很容易加工,在不很高的温度下,就可以吹、拉、揉成各种制品。

完全等同的金属原子之间形成金属键,排列成严格整齐的晶格,这可以解释金属的许多性质。如果,不同的金属原子混在一起,由于原子大小不同,原子核外电子能级的高低不同,形成金属键的强度会减弱,也就是说,原子之间的作用力会减小,这样,一般金属合金的熔点就会比合金的主体金属的熔点低。例如,金属铜的熔点是1083摄氏度,掺入25%的金属锡,形成青铜,其熔点只有800摄氏度。这样,我们就能够解释为什么在古代铸造的铜器以青铜器为多。

又如,由铋50%,铅25%,锡12.5%和镉12.5%四种金属形成的合金即伍德合金。其熔点只有65.5摄氏度,可用作某些场合的热熔断器。

总而言之,原子或分子之间作用力的问题,是化学学科中的大问题,这里所说的熔点的问题,只是举了随便几个偶然想到的例子。我们生活中的化学知识无处不有。

 




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