金屬熔化很常見,但沒聽說木材能熔化,為什麼木材不能熔化?

2020-12-07 科技領航人

金屬和巖石都能熔化,木材能熔化嗎?您可能一生中至少曾經考慮過一次,對嗎?您可能現在也已經知道答案了:不能熔化,為什麼不能熔化呢?

如果南極冰山由於大氣溫度升高而融化(全球正在變暖),為什麼燃燒的亞馬遜雨林不能熔化而是變成塵土和灰呢?

亞馬遜雨林燃燒

答案當然與木材的化學成分有關,這與冰或任何其他均勻固體的化學成分不同,但細節可能仍然是個謎。

是什麼阻止了木材的熔化?

您可能已經知道,固體在特定溫度下會熔化成液體,並且在進一步加熱時,液體最終會變成氣體。這裡常見的誤解是,每個堅硬而堅固的物體都是固體,而從純粹的科學角度講並不是這樣,固體是具有緊密間隔的晶格的純結晶物質。簡而言之,固體是由單個元素或分子組成的物質,因此在其整個形式中具有恆定的分子鍵結合。

另一方面,木材是一種非晶態固體,由水分子,木質素和纖維素(均為長鏈有機化合物)緊密結合在一起,形成複雜的化學鍵,各自具有獨特的熔點。結果,燃燒一塊木頭將首先使水分子蒸發,從而導致纖維素和木質素鍵的纏結。這些分子然後與大氣中的氧氣反應,生成標誌性的黑炭,這稱為熱解。

高度放大的木材圖像,顯示纖維素纖維糾

您可能會認為,如果我們在遠離所有大氣障礙的真空條件下燃燒木材,那麼每種成分都會在其自身的熔點下熔化,最終使我們產生熔化的木材。但是,事實並非如此。

在真空中燃燒木材

儘管水分子和任何此類揮發性物質將在真空中蒸發,但是粗纖維素纖維強烈抑制了木材向液相的轉變。 取而代之的是,提供給木質原木的熱量將破壞纖維素的弱羰基鍵,從而留下甲烷以及含有碳和氫、木炭和二氧化碳的有機化合物。

熔化和燃燒之間的區別

熔化是在恆定溫度下將物質狀態從固相改變為液相的過程。 該溫度是其在特定壓力條件下的熔點,這是每種物質所獨有的溫度。在這種狀態變化過程中,該物質的化學組成以及分子式保持不變。

鎵就是一種這樣的金屬,它會以大約29度

但是,在我們的實驗中,我們正在"燃燒"木材,燃燒本質上是一種氧化物質的方法。該物質與氧相互作用(在大多數情況下),一起形成新化合物。與我們的原始物質相比,該新物質具有不同的分子式,並且可能具有完全不同的外觀和一組物理性質。

既然您知道要加熱的木頭實際上已經燃燒了而沒有熔化,那麼讓我們添加新的變化。

有沒有辦法融化木材?

從理論上講,很有可能使用其他方法來熔化木材。在標準壓力和溫度下,碳的熔點為3500攝氏度。當此熔點降低到一定溫度(通過控制壓力通過實驗獲得)時,木材"可能"能夠熔化……(注意"可能"的壓力。正如您剛剛了解到的那樣,理論結論,無論多麼令人信服,往往與現實世界中經歷的實際現象大不相同)。

儘管我們在技術上能夠產生上面概述的實驗室條件,但是還沒有任何公開的文獻或研究論文對此假設進行檢驗。

直到目前為止,我們只能得出結論,木材不能融化,但隨著科學技術地發展,是否能實現熔化木材,我們拭目以待!

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