为什么试管口要略向下倾斜:防止冷凝水倒流炸裂高温试管
第一次做加热高锰酸钾制氧气实验的时候,完全没搞懂为什么试管口要略向下倾斜,只觉得老师反复强调的操作多此一举,拿着铁架台调装置的时候,直接把试管放平甚至微微朝上固定了,当时只想着药品能平铺在试管底部,加热更均匀,压根没留意这个细节暗藏的问题。
课堂上的实验流程走得很快,酒精灯点燃后,火焰持续烘烤着装有粉末的试管,一开始一切都很正常,导管口也慢慢冒出均匀的气泡,身边同学的实验进度和我差不多,我还暗自觉得这个操作没什么难度,那些严苛的操作规范只是老师过于谨慎的要求。
大概加热了两分钟左右,试管外壁原本干燥的管壁,慢慢浮现出一层细密的水珠。最开始水珠特别小,贴在试管内壁上方,肉眼看着几乎可以忽略不计,也就没放在心上。
就是这一点点不起眼的水珠,出了大问题。
试管内部被酒精灯持续高温灼烧,温度高得吓人,而内壁凝结的水珠是常温的液态水,温差悬殊。因为试管口朝上倾斜,这些水珠没有办法顺着管口流出去,只能顺着滚烫的试管内壁,一点点往试管底部滑落。
水珠接触到高温玻璃的瞬间,立刻发出细微的滋滋声,紧接着就是清脆的炸裂声。整根试管的底部直接裂开一道长缝,高温的粉末混合物顺着裂缝往外洒落,酒精灯的火焰被散落的粉末撩得晃动不止,瞬间打乱了整个实验台的秩序。
当时整个人都僵在原地,手里的灯帽悬在半空,完全没反应过来短短几秒为什么会发生这么严重的失误。之前一直天真的以为,实验里的倾斜操作只是为了固定药品、防止粉末滑落,从来不知道加热固体的试管内部,会凭空产生冷凝水。
后来蹲在实验台边,看着裂开的试管复盘整个过程,才看清了完整的逻辑。固体药品里都会含有微量的结晶水或者潮湿水汽,经过酒精灯高温加热,水汽会蒸发成水蒸气,这些水蒸气碰到温度相对较低的试管上壁,就会遇冷液化,凝结成液态的小水珠。
如果试管口水平或者向上翘起,液化后的冷凝水会全部回流到被火焰持续加热的试管底部。玻璃材质的试管耐高温但极度不耐骤冷,高温管壁突然遇到冷水,冷热急剧交替,内部结构瞬间崩坏,炸裂是必然的结果。
那天重新更换器材做实验的时候,特意花了半分钟调整铁夹角度,把试管口调整出一个轻微的向下倾角,不用刻意大幅度倾斜,只需要让试管底部略高于管口就行。
调整完之后全程加热,管壁依旧会凝结水珠,但所有液化的水滴都会顺着倾斜的管壁,平稳从试管口流出,全程没有一滴水回流到试管高温区域,实验过程变得格外稳定,再也没有出现管壁异响、开裂的情况。
之后做过好几次固体加热实验,不管是加热氯酸钾还是碳酸氢钠,都会习惯性先校准试管角度。见过太多同学图省事,省略这个步骤,要么试管炸裂报废,要么冷凝水回流导致药品受潮结块,实验反应不充分,收集不到足量的实验气体。
每次搭建加热固体的实验装置,固定好试管后,都会俯身平视试管,确认管口微微向下的角度达标,再点燃酒精灯开始预热操作。