水的性质：体积变化与水化为蒸汽的过程

为了进一步说明可燃物燃烧时产生水的奇妙过程，首先我必须告诉大家，水是可以在各种不同的条件下存在的。虽然你们对水的各种状态可能已经非常熟悉了，但我认为还需要略加解释，以便大家更清楚地看出，蜡烛燃烧时生成的水也好，从河流或海洋里取来的水也好，尽管它神通广大，千变万化，实质上却毫无区别，完全一样。

首先我要说明的是，水在最冷的情况下便呈现为冰。以科学研究的眼光来看，我们说水，不论它呈固体、液体或气体状态，在化学性质上都是一样的水，都是由两种物质化合而成的东西。这两种物质，有一种我们已经在蜡烛的燃烧中找到了，另一种，我们将在别处发现。最近天气比较冷，我们有很多绝好的机会，看到水是能够变为冰的，而当温度升高的时候，冰又恢复原状融化为水，等温度升至一定高度时，水又会以蒸汽的姿态出现。这会儿摆在我们面前的是密度最大、分量最重的水^[2]，虽然它能在重力、状态和其他许多性质上发生一些变化，但变来变去，水总归是水；同时，不论是用冷却法使它凝结成冰，或是用加热法把它化为蒸汽，它的体积都会膨胀扩大，有所增加。结成了冰，它就与众不同，强硬无比，化为蒸汽以后，它又变得庞大异常，奇妙透顶了。比方，往这只白铁筒里倒约莫5厘米高的水进去，等会儿我们即可看出，水化为蒸汽后，体积上究竟有怎样的不同。

利用白铁筒在火上加热的这段空隙时间，让我们来谈谈水结成冰的问题。我们可以用盐与碎冰的混合物把水冻成冰，从而也能看出，通过这种变化，水将扩张成为一种体积较大的物体。这些罐子都是用铸铁制成的，估计有1/12厘米厚，非常坚固。我已经在这些铁罐里装好了水，而且装得非常小心，里面所有的空气全给排了出来，罐盖也拧得死紧，一点不会漏气。如果使这些铁罐里的水冻结起来，我们就会看到，铁罐将无法容纳结成的冰，内部的膨胀会使它裂碎。请看这几块碎铁片，就是由跟这一模一样的铁罐破裂而成的，待会儿我还要取两只这样的铁罐，放进盐和碎冰的混合物，好让大家亲眼看看，水结成冰以后在体积上发生的这种离奇的变化。

同时，请大家注意水在加热时所发生的变化—它逐渐地不再保持原有的液体状态了。这只玻璃瓶的瓶口上盖着一块表面玻璃，瓶里的水正在沸腾，你们发觉出了什么事没有？吧嗒、吧嗒、吧嗒，瓶口上的小玻璃盖像扇活门似的在那儿响个不停，因为从沸水中冒出来的水蒸气要夺路而出，所以弄得小气门上下跳动、吧嗒作响。大家很容易看出，玻璃瓶里这时已经充满了水蒸气，要不，它们也不会这样穷凶极恶往外硬冲了。大家再看，这些水蒸气在体积上要比水大得多，它一面拼命往瓶外冲，同时又一次一次地充满了整个玻璃瓶；可是，瓶内水的体积却看不出有多大变动，这说明水化为蒸汽后在体积上的变化是极大的。

现在，我已经把装有水的铁罐罐，放进了这种冰冻的混合物里，我们且来看它到底会发生什么情况。大家瞧，铁罐里的水和外面容器中的冰，是互不侵犯毫无联系的，然而，它们之间却可以传热。假如实验进行得很顺利，那么不消多久，当铁罐及其含有物冷却到一定程度，当这只或那只铁罐爆裂的时候，我们马上可以听到啪的一声巨响，这时候，如果再把铁罐检查一下，我们就会发现，里面尽是大块大块的冰，因为冰的体积比水大，铁罐太小，无法容纳，所以被冰胀破了。大家都很清楚，冰是浮在水面上的，要是哪个孩子打冰窟窿中掉进了水里，他就会想办法爬到冰上，让冰把他浮起来。你们琢磨琢磨这个道理看，为什么冰会往上浮？很简单，因为冰的体积比产生它的水来得大，所以它的密度就比水小。

我们再回过头来谈热力对水所起的作用问题。瞧这只白铁筒在冒热气呀（图㉓）！可以看出，要不是白铁筒里已经充满了蒸汽，它就不可能有这么多的热气往外冒。同时，我们既然可以用加热的方法把水化为蒸汽，那我们也能通过冷却法，使蒸汽还原为液体状态的水。假如我们取只玻璃杯，或者不管什么样冷的物件，往这股蒸汽上面一放，瞧，它立即变得湿漉漉的，蒙上了一层水；只要玻璃杯保持冷却状态，便一直可以发挥这样的冷凝作用。你们看这些顺着杯子往下直淌的水，就是这种冷凝作用的结果。我还可以给大家做一种实验，来说明水从气体状态回复到液体状态的冷凝过程，如同蜡烛燃烧时生成的气体，冷凝在小碗底上，恢复了水的状态一样。

图㉓(www.xing528.com)

为了让大家真实而又全面地看到这些变化，我把这只装满蒸汽的白铁筒紧紧盖起来，假如我们往它身上浇冷水，叫里面的蒸汽恢复液体状态，你们看白铁筒怎么样，它马上瘪掉了。如果刚才把盖子盖紧了，还是继续加热的话，白铁筒就会胀破；可是当蒸汽还原成水的时候，由于蒸汽冷凝使白铁筒内出现真空现象，所以就瘪了进去（图㉔）。我做这些实验的目的，无非是想让大家看出，上面发生的种种变化，都没能使水有任何根本的改变；因此，白铁筒只好让步，浇冷水的时候，朝里瘪，继续加热时，往外鼓。

图㉔

大家想过没有，水化为蒸汽以后，它的体积到底有多大？图㉕画着两个立方体，一个是立方米，一个是立方厘米^[3]，而1立方厘米的水，足足可以膨胀成1立方米的蒸汽，反过来，应用冷却法，又能使l立方米的蒸汽，还原为1立方厘米的水（这时候，一只铁罐爆裂了）。嘿！我们的一只铁罐炸裂了！瞧，铁罐有一边裂了道1/8厘米宽的口子（说到这里，另一只铁罐也啪的一声裂了开来，弄得冰和盐的混合物四处飞溅）。好，又炸破了一只！你们看，尽管铁罐有1/3厘米厚，可它还是叫冰给炸开了。这样的变化在水里是经常发生的，而且不需要借助人力。我们在这儿用了一点点冻结性的混合物，也只是因为要在铁罐周围，造成个小小的冰冻世界，代替那漫长的严寒季节。要是到了加拿大，到了英国北部，你就会发现，这些冻结性的混合物在此地所干的事情，那边的室外温度也照样可以干得出来。

图㉕

懂得了这些道理，往后不管水发生什么变化，也休想瞒得过我们了。水，无论在哪儿，汪洋大海里的也好，蜡烛烧成的也好，到处都是一样的。那么，也许有人要问了，蜡烛燃烧时生成的水是打哪儿来的呢？要回答这个问题，我必须跳开一小段，先给大家提个头儿，以后再按部就班详细谈。很明显，蜡烛烧成的水是打蜡烛那儿来的，但这是不是说，它事先就藏在蜡烛里的呢？不，它并不藏在蜡烛里，也不躲在蜡烛周围的为它燃烧时不可缺少的空气里，两者当中都没有，而是产生于它们共同的反应之中，一部分来自蜡烛，一部分来自空气。这一点，我们还得继续往下追索，这样我们才能彻底明白，桌上点的蜡烛究竟经过了哪些化学变化。我们怎样来达到这个目的呢？就我自己说来，可以通过许多方式，可是，我要求大家从对我谈过的一些原理的理解中，来认识这个问题。