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木頭可以被高溫融化嗎?把木頭放在真空里行不行?
2023/04/27

隨著溫度的升高,物質由固態轉變成液態的現象是很常見的,例如固態的冰會融化成液態的水,而如果溫度足夠高,很多平常看上去很堅固的固態物質也會轉變成液態,比如說各種金屬,又比如說玻璃。所以問題就來了,木頭也可以認為是一種固態物質,那木頭可以被高溫融化成液體嗎?

在日常生活中,假如你不斷地對一塊木頭進行加熱,那麼你很快就會發現木頭并不會融化,因為當溫度升高到一定程度時,木頭中的化學成分就會與空氣中的氧氣發生劇烈的氧化反應,也就是燃燒,而在木頭燃燒殆盡之后,只會留下一堆灰燼。

既然如此,那我們把木頭放在真空里行不行呢?畢竟真空里是沒有氧氣的。下面我們就來討論一下這個話題。

首先我們需要簡單了解一下冰融化成水的過程,正如我們所知,冰和水其實都是由大量水分子構成的,在固態的冰之中,水分子通過分子間的相互作用緊密地連接在一起,以至于幾乎每一個水分子都不能自由運動,它們只能一個相對固定的位置上振動。

從微觀層面來看,溫度其實就是就是大量微觀粒子熱運動的集體表現,溫度越高,微觀粒子的熱運動就越激烈,所以當冰的溫度持續升高時,其中的水分子的平均動能就會不斷增加,當溫度達到一定程度的時候,水分子之間的相互作用就無法維持水分子的緊密連接,在這種情況下,水分子就被分開了,于是冰就融化成了水。

可以看到,在冰融化成水其實就是一種物理變化,在此過程中,水的化學性質并沒有發生變化,并且這個過程是可逆的,即當溫度降低到一定程度時,液態的水又會重新凍結成固態的冰。

好的,現在我們再來看看木頭。實際上,木頭其實是一種混合物,其主要構成物質是纖維素、木質素和水,其中纖維素和木質素都是高分子化合物,在微觀層面上,它們互相交織在一起,進而使木頭具備了一定的硬度和韌性。

一般來講,分子量越大,分子間的相互作用就越強,所以想要將構成木頭的分子分開,就需要其中的分子具有更高的平均動能,換句話說就是需要更高的溫度。

但問題是,纖維素和木質素本身就是由碳、氫和氧這三種元素構成的長鏈結構,在溫度達到足以使構成木頭的分子分開之前,纖維素和木質素自身的分子結構就會發生斷裂,這也被稱為「熱解」。

所以假如我們將木頭放在真空里,然后對其進行持續加熱,那麼我們將會觀察到,木頭中的水分將首先被蒸發掉,隨著溫度的不斷升高,木頭中的纖維素和木質素就會發生「熱解」 ,并生成多種小分子化合物(例如甲烷、甲醇、一氧化碳等等)。

實際上,早已有人做過與之相關的實驗,在實驗中,研究人員將木頭置入接近真空的封閉容器中,然后對其進行持續加熱,并將產生的物質導入特定的冷卻裝置中。

實驗結果表明,木頭在真空中持續加熱后,雖然可以產生少量的液體,但是這些液體基本上都是水,除此之外,還有一少部分由碳、氫和氧構成的小分子化合物(例如甲醇),很明顯,就算我們將溫度降低,使這些液態物質重新轉變成固態,它們也不重新變成木頭。

綜上所述,就算我們把木頭放在真空里,木頭也不會被高溫融化成液體,因為在高溫的真空環境中,木頭會發生「熱解」,進而生成其它的物質。

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