水結冰後所有溶解在水中的物質都會析出么?

據說完全不溶於水的物質不存在,水結冰後,裡面溶解的物質會怎麼變化呢?


從溶液開始冷卻肯定會經過固液兩相區,這時肯定有一個東西會析出出來,要麼是水(結冰),要麼是溶質(「溶解度下降」),要麼激素他們形成的複合物。

固-液兩組分相平衡的種類很多,許多二元合金會形成種類繁多的固溶體(Solid solution)、固態多相體系或者形成化合物。在固液平衡中動力學因素會佔有重要地位,相圖很難側准,因此在這方面的研究主要是冶金研究,水體系的研究並不多。不過總體而言,水-溶質體系不易形成固溶體,所以在冷卻結冰後會「析出」(注意,固態混晶是兩相,溶質仍然析出了)。然而許多溶質可以和水形成化合物,所以又不能算嚴格的析出,例如硫酸-水體系:

和水-鹽體系:

在這兩種體系下,固相中都包含了水和溶質形成的化合物。如果控制組分慢速冷卻,是有可能得到單一的、均相的晶體的。

如果不形成化合物則會得到簡單的多的相圖,例如下圖裡的水-蔗糖體系:

在這張相圖裡,「H2O(s) + Liq.sol.」的區域為冰和溶液共存,「C12H22O11(s)」則是蔗糖和溶液共存。底下的一大塊區域——「Crystalline phase H2O(s) + C12H22O11(s)」則為冰和蔗糖形成的混晶。

但是我不是說過固液平衡會受動力學嚴重影響嗎?在水-蔗糖體系里如果你直接冷卻很可能會得到玻璃態的固體,它是蔗糖-水體系「來不及」形成整齊晶體造成的結果。圖片中右下角的「Glass phase」區域就展示出玻璃態的介穩範圍。

固體水(冰)是典型的氫鍵晶體,而且是水分子形成的網格狀結構,這種特性使得它難以形成固溶體(不像合金)。但是形成包合物仍然是可以的。著名的「可燃冰」就是甲烷和水形成的包合物,不過它要在高壓相下合成,不能算是「冷卻析出」的了。


從室溫降到0度時,隨著溫度的降低,大多數物質的溶解度都會降低,所以,在結冰之前就會有部分物質析出。


溶解了其他物質的水即溶液已經不是純水了,所以其熔點也會相應的改變,大多是降低,因此,溶液溫度在下降到熔點的過程中又會慢慢析出部分物質,但溶液中的溶質並未完全析出。


當溫度降到溶液熔點以下時,開始結冰,即溶液結冰,溶質依舊在溶液之中,但溶液已經變成固相狀態。舉個例子的話,就是溶解了色素的糖水凍成了棒冰。


廣義上說,溶液之中的溶劑不一定要求是液體或水,溶劑也能是氣體或者固體,在這裡就是冰。


恭喜題主解決了海水淡化,污水處理這些世界性難題!


樓主讓雪糕冰棒情何以堪


當然不會,吃過鹽水棒冰么?


水中溶解的空氣會析出嗎?人家可是氣體


跟擴散速度有關


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