水溶液凍結(jié)時的氣泡現(xiàn)象
水溶液凍結(jié)過程中的氣泡現(xiàn)象
水在降溫過程中,水中溶解的空氣體積會大大增加。當(dāng)水凍結(jié)成冰時,在水中空氣的溶解情況可以分為兩個步驟,水從初溫降至凍結(jié)溫度(或過冷溫度),這是由于溫度的降低,將有更多的空氣進(jìn)入水中;當(dāng)水開始結(jié)晶后,隨著冰晶的生成,溶解在水中的絕大部分空氣將會析出,這時冰水界面將會有氣泡產(chǎn)生。如果凍結(jié)是在開放的空間完成,凍結(jié)過程進(jìn)行的比較緩慢時,氣泡的生成量會更多,這是一種普遍現(xiàn)象。
這些氣泡的生成對生物體低溫保存、食品藥品冷凍干燥的影響使我們所關(guān)心的問題。氣泡并不是貫通的,到凍結(jié)結(jié)束,會形成大小和間距均勻分布的氣泡。
溶液的冷卻速率或冰晶生長速率是影響單位體積內(nèi)氣泡數(shù)量的重要因素,但不是因素。
結(jié)論,在凍結(jié)時氣泡的生成大小和數(shù)量,是空氣析出的速率與冰晶生長速率兩者競爭的結(jié)果。在慢速冷卻時,空氣的析出占了主導(dǎo)地位,因此在最終的冰晶中將會有可見的氣泡生成;高速凍結(jié)時,冰晶的生長速率占了主導(dǎo)地位,使得在最終的冰晶中只能形成數(shù)量眾多但非常細(xì)小的氣泡。
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