冰块的消失速度和可乐罐子
可乐放在冻箱里几小时几本不会裂开,而几天差不多肯定会裂开。理解这个现象的关键在于注意到下面的事实。
(1)。物质从固态直接变为气态的过程叫升华。冰的升华速度不是很小。如果关掉冰箱的制冰功能,残留的冰块过一段时间就消失了。这个时间大约是一个月。
(2)。二氧化碳的冰点很低,-50度左右。在冻箱温度下应该是气态。一罐可乐里的二氧化碳如果都变成气态,压力估计能把一厘米厚的罐子都撑破。具体数值要请J师傅估算。
实际可乐罐子的破裂过程应该是:在结冰的时间尺度上(大约两小时),绝大部分二氧化碳和水一起结冰。这样饮料的体积只增加约8%,罐子的弹性足可以容纳这样的膨胀。但之后冰的升华持续不断。
即使水的分压超过饱和分压,动态的升华/凝固也一直进行。 由于温度高于二氧化碳的冰点,在此过程中释放的二氧化碳为气态,不停地增加压力。观察表明压力增加到破裂所需值的时间为一天。按(1),这个时间内冰的升华量不是太小,而依(2),破裂所需的压力又不必太高,只要很少的二氧化碳气体就够了。
如果一定要用热力学来解释,就是固态的二氧化碳-水“溶液”(对应原始可乐的溶解度)的二氧化碳饱和蒸汽压很高,远超过罐子的承受力。但我没有找到相关的数据。