2013年2月28日

生活科學-壓力-此消彼長,真是氣壓


每每提到食品科學或接下來的壓力單元都會提到延長食品保存期限的方式,有脫氧劑、乾燥劑、醃漬、填充氮氣或是真空包裝等等,而氮氣是在二年級剛接觸理化時就會遇到的氣體,只不過鮮少有學生看過它(其實生物課程的氮循環與固氮作用就有提到這個氣體元素)。

雖然環繞在身邊的氣體有大約五分之四是氮氣,但是這也顯現了我們無法直接利用的事實,因為氮氣分子的鍵結力很強,只有植物能將它打斷之後再形成含氮化合物再吸收利用。
零食包裝袋膨脹成這麼大包,廠商真的是佛心來著,加量不加價嗎?

事實上拉塞福當初發現它時,給予氮氣名稱的原意就是「毫無生氣」,既然它是一種不太活潑的氣體元素,就不太會跟週遭物質發生反應,但是如果給予足夠的能量(高溫,如自然界中的閃電等)或強加壓力(高壓,如把它關進可以形成數百倍大氣壓的反應爐中),再加上催化劑的推波助瀾,氮元素還是會產生化學反應的。

所以既然我們只是要滿足口腹之慾,就利用它原本的特性,不易跟食品起化學反應的特質來幫助我們延長食品保存期限。不過我們不使用液態氮來增加脆脆的口感,而是利用氮氣把氧氣的存在降到最低,因為氧氣是造成食品氧化的元兇啊!
這膨脹得嚇人的包裝裡面會是液態氮嗎?不可能!
如果是的話,沸點為攝氏零下196度的它早就爆開了,清境沒冷到這種地步

所以廠商賣給你的是種「幻想」,想像包裝裡面是滿滿的零嘴,打開之後才發現不是那麼回事,可以食用的部分連二分之一不到,畢竟質量守恆在地球上任何一處還是質量守恆,並不會因為從山腳下運到山上,零嘴就會無緣無故增多。那為什麼會比平地上大包呢?廠商多送給大家一點氮氣「聞」嗎?

當然不是,這一切都是氣壓搞的鬼。地球有分為固體的、液體的和氣體的,其中氣體地球大部分集中在地表附近的原因是因為地心引力,而海拔較高的地方,離地球中心稍遠,地球的引力所能吸引住的氣體分子較少,形成較低的氣壓。
質量守恆這個概念會在這裡得到驗證,並不會因為體積變大而使質量增加
反而是因為密閉空間體積的增加使得包裝內的氣壓稍稍下降

當填充氮氣的食品包裝由平地運送到山上時,並不會造成內容物數量上的改變,也就是零嘴沒有變多,保鮮用的氮氣也沒有增加,所以質量是守恆的,包裝內部的氣壓也改變不了太多,稍稍改變的原因可由波以耳定律來解釋(密閉系統中,P1V1=P2V2)。

然而外界氣壓的下降造成密封包裝內外的差異越來越大,越往海拔高的地方膨脹程度就越大,所以當你在便利商店看到這種包裝的時候會訝異於它的「偽充實感」,只不過這是氣體壓力所開的一個小玩笑而已,用不著生氣,生氣也沒有用,因為當你打開包裝時,氣就消了。

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