Zeolite是一類多孔材料, 孔內貯有空氣, 在溶液中受熱時會產生一股穩定而細小的空氣泡流, 這些空氣泡成為液體分子的汽化中心, 使得開始形成的蒸氣泡不是太小, 氣泡所受的附加壓力不是太大, 到達沸點時氣泡上升, 攪動溶液, 保持正常的沸騰狀態。從而可以使液體在加熱過程中平穩地沸騰, 避免了因液體過熱而產生暴沸。除沸石外, 加入能提供成泡中心的其他多孔材料( 如素燒瓷片、 玻璃珠或小磁圈等) 或者是一頭封閉的玻璃毛細管, 都可以達到防止暴沸的目的。加沸石是為了防止溶液過熱而產生暴沸現象,使沸騰保持平穩。而暴沸會引起產品浪費、 火和燙傷以及儀器損壞等事故。
有機液體中溶解的空氣一般都很少, 在加熱過程中沒有空氣泡產生; 而要使有機物本身的蒸氣形成氣泡, 這個新相的產生是十分困難的。因為處在液體內部的蒸氣泡的內表面是凹面, 凹面上所產生的附加壓力 p與氣泡中的蒸氣壓的方向相反。根據附加壓力的 Laplace 公式 p = 2x / r( x為液體的表面張力, r為彎曲表面的曲率半徑, 對凸面取正值, 對凹面取負值) , 氣泡越小, 曲率半徑越小, 氣泡所受的附加壓力就越大, 越不易生成。當液體被加熱到沸點溫度時, 由于氣泡的形成需要經過一個從無到有、 從小到大的過程, 可以想像,最初形成的氣泡半徑極小, 其曲率半徑 r很小, 根據Laplace 公式, 氣泡所受的附加壓力很大, 而泡內的蒸氣壓相對較小, 故氣泡不易生成, 所以還看不到溶液沸騰; 于是, 需要繼續加熱升溫, 此時液體的溫度已經高過其正常沸點, 屬于過熱液體。這種液體溫度超過沸點而液體不沸騰的現象又稱介穩現象。隨著溫度的增加, 一方面氣泡內蒸氣壓增加, 另一方面液體表面張力 x下降, 由 Laplace 公式知氣泡所受附加壓力減小, 故氣泡變大; 隨著氣泡變大,曲率半徑 r增大, 由 Laplace 公式知氣泡所受附加壓力進一步變小; 另外, 氣泡在上升過程中, 液柱對氣泡的壓力變小, 促使氣泡漲得更大, 上升得更快。由于這時液體的溫度已超過正常沸點, 幾乎所有的液體都想在瞬間變成蒸氣沖出, 這就形成了暴沸。需要指出的是, 通過使用 Kelvin 公式獲得蒸氣泡內蒸氣壓很小, 并進而用來解釋暴沸現象的產生是不恰當的, 因為對于蒸氣泡 Kelvin 公式已不再適用。
對過熱液體繼續加熱,會驟然而劇烈地發生沸騰現象,這種現象稱為“暴沸”?;蚪凶鳌氨婪小薄_^熱是亞穩狀態。由于過熱液體內部的漲落現象,某些地方具有足夠高的能量的分子,可以彼此推開而形成極小的氣泡。當過熱的液體溫度遠高于沸點時,小氣泡內的飽和蒸氣壓就比外界的壓強高,于是氣泡迅速增長而膨脹,以至由于破裂引起工業容器的爆炸。液體之所以發生過熱的原因是液體里缺乏形成氣泡的核心。為了清除在蒸餾過程中的過熱現象和保證沸騰的平穩狀態,常加沸石,或一端封口的毛細管,因為它們都能防止加熱時的暴沸現象,把它們稱做止暴劑又叫助沸劑,沸石具有三維硅氧四面體和三維鋁氧四面體獨特結構,這些四面體按一定的規律排列成具有一定形狀的晶體骨架。沸石的礦物骨架是一開放性的,具有很多的大小均一的通道和空腔(3~11À;)。在這些孔穴和通道中吸附著金屬陽離子和水分子,這些陽離子和水分子與陰離子骨架間的結合力較弱。沸石的這種特殊結構決定了它所特有的防爆性能。 值得注意的是,不能在液體沸騰時,加入止暴劑,不能用已使用過的止暴劑。簡單說就是因為加熱時燒杯中的液體會向上沖,從而造成了一個個冒出來的“噴泉”,劇烈時甚至會濺出傷人,而沸石能夠有效的阻止液體的向上沖,使加熱時液體能夠保持平穩。
沸石應在加熱前加入。如果在加熱后才發現忘加沸石, 此時不能直接補加, 否則極易引起暴沸, 因為此時液體很可能已經過熱。而應停止加熱, 等液體冷卻后再行補加。如果中途停止加熱蒸餾, 則重新開始蒸餾時必須添加新的沸石。另外, 用過后的沸石不能直接再次使用, 因為此時沸石孔內已沒有空氣。但經過洗滌和烘干后的沸石可以再次使用。那為什么在日常生活中煮開水時不發生暴沸現象呢? 原因很簡單, 通常水中溶解有不少空氣, 這些空氣在加熱過程中成氣泡逸出, 而水蒸氣可以蒸發到空氣泡中。由于空氣泡較大, 曲面上的附加壓力并不明顯??諝馀菰谑軣嵘仙倪^程中起到了攪動水的作用, 從而使上下水溫基本一致。當達到水的正常沸點時, 水的蒸氣壓等于外壓; 此時, 水就能很平穩地沸騰, 而不會出現暴沸現象。