「水滴石穿」是物理變化還是化學變化？

知識 11-18

「水滴石穿」是一句成語，意思是「水不停地滴下來，能把下面的石頭滴穿」。比喻力量雖小，但功到自然成。

水滴能石穿的原因不止一種，有的是物理變化造成的，有的是化學變化造成的。

水滴石穿的一種原因是水從高處滴落，其衝擊力比較大，衝擊力給石頭帶來磨損，水滴日復一日、年復一年，一滴一磨，石頭就被磨穿了。這一過程是物理變化，只是石頭的形狀發生了變化，沒有產生新的物質。

水滴石穿的另一種原因是由於空氣中含有的二氧化碳與水的共同作用。二氧化碳溶於水而生成碳酸，所以水滴實際上是具有弱酸性的碳酸溶液。當水滴落在石灰石、大理石這一類石塊上時，碳酸就會與石塊中的主要成分碳酸鈣發生化學反應，生成能溶於水的碳酸氫鈣，使石塊局部緩慢溶解併流失。溶洞現象就是水滴石穿的一個典型例子。這個現象大家很熟悉，不多說。還有一種原因是受酸雨的腐蝕。

溶洞給人以神秘，夢幻的色彩，千姿百態的鐘乳石﹑石筍﹑石幔和石花都給人以美的感受。神奇的是，他們竟在悄悄的遊走，長高，變小，可生物學上已經否定鐘乳石等是生物的命題。而今天，我要討論的角度不同，從化學角度分析鐘乳石的不斷變化和不同姿態的形成，破解溶洞的形成。

溶洞中構成乳石的是石灰岩，而石灰岩的性質與大理石，石灰石相似，主要成分為碳酸鈣（CaCO3），而鐘乳石一系列變化的產生原因來源於主要成分碳酸鈣的一系列變化。

所以，我們不得不探究的是碳酸鈣的性質。

CaCO3碳酸鈣有這樣一種性質：當它遇到溶有CO2的水時就會變成可溶性的碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]其化學反應式為：CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

溶有碳酸氫鈣的水如果受熱或遇壓強突然變小時溶在水中的碳酸氫鈣就會分解，重新變成碳酸鈣沉積下來，並同時放出二氧化碳：Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O

可見溶洞中的各種景象的形成是遵循這兩條反應的。CaCO3在兩條反應中分解又析出，不斷發生上述反應，就形成了溶洞中各種奇異的，遊走變化的乳石。

參觀過溶洞的人不難發現，乳石互不相依，上面的圖案各不相同，十分有層次感，像層層雲朵。若僅考慮上文提出的兩條反應是無法解釋這一現象的。

接下來在已提出的兩反應的基礎上，讓我們探討乳石的層層疊疊，圖案各異的效果是如何形成的。而雕琢這幅傑作的大師是石灰石地區地下長期溶蝕的結果。

石灰岩里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用能轉化為微溶性的碳酸氫鈣。由於石灰岩層各部分含石灰質多少不同，被侵蝕的程度不同，（即參與反應的CaCO3的量不同）就逐漸被溶解分割成互不相依、陡峭秀麗，層層疊疊的山峰和奇異的溶洞。例如於世的桂林溶洞、北京石花洞，就是由於水和二氧化碳的緩慢侵蝕而創造出來的傑作。

分情況來說，還是遵循著兩條反應的，只是溶有碳酸氫鈣的水，當從溶洞頂滴到洞底時，由於水分蒸發或壓強減少，以及溫度的變化都會使二氧化碳溶解度減小而析出碳酸鈣的沉澱。這些沉澱經過千百萬年的積聚，漸漸形成了鐘乳石、石筍等。如果溶有碳酸氫鈣的水從溶洞頂上滴落，隨著水分和二氧化碳的揮發，則析出的碳酸鈣就會積聚成石幔、石花。如若洞頂的鐘乳石與地面的石筍連接起來，就會形成奇特的石柱了。總結來說，石灰岩中CaCO3的不斷反應溶解，不斷析出，再加上水和二氧化碳的緩慢侵蝕以及外界環境提供的不同反應條件，都聯手打造出溶洞這美麗的奇蹟。

接下來小編就給大家分享一個趣味化學實驗——溶洞的形成模擬實驗

原料：磷酸三鈉（晶體）、三氯化鐵（晶體）、氯化銅（晶體）、膽礬（晶體）、明礬（晶體）、硫酸鎂（晶體）、蒸餾水等。

儀器設備：天平、粗鐵絲、塑料鏤孔隔板、鑷子、燒杯（1000mL）、葯匙等。

原理：5%磷酸三鈉溶液能與多種晶體鹽表面形成具有半透膜性質的難溶鹽，將晶體放在瓶中生長液的頂端，在重力的作用下使晶體表面的難溶鹽從上往下生長。

操作步驟：

1、將配製好的 5%磷酸三鈉溶液倒入標本瓶內靜置，備用。

2、將固定有晶體的支架，輕輕放在步驟 1 標本瓶的液面上方，觀察奇妙的實驗現象。