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趣味小實驗（十六）液態金屬

生活科學趣談

影片中的金屬是鎵，30克售價1000元。其熔點是29.78℃，在液態轉化為固態時，體積膨脹率為3.4%，所以必須以塑膠容器盛裝，不能裝在玻璃瓶內，否則會將其撐裂

中文維基”鎵“的條目中提及「鎵能浸潤玻璃，因此不宜存放於玻璃容器中」似乎有誤，因為上則影片可清楚看見鎵因膨脹致使其液面先高出瓶口，藉由晶種先將頂部固化造成後續膨脹的體積無從宣洩，然後才發生玻璃瓶被撐裂的情況。浸潤是毛巾能吸水這類的毛細現象，也就是透過毛細作用在毛巾的縫隙中浸滿了水份。但是玻璃表面光滑無毛細孔，因此無法讓液態鎵滲入其內。以物理的觀點而言，「浸潤」是指液滴在固體表面有著較小的接觸角，就像是水與玻璃管壁間的接觸角是銳角。但是影片卻呈現出「瓶口處的液態鎵或是桌面處看起來像是水銀般有著很大的內聚力，以致於呈現出接觸角為鈍角的現象」。

接著來介紹鎵的另一種玩法

這是因為液態鎵能擴散進入合金的晶格界面，致使界面兩邊的原子失去原先的結合力，從而導致合金材料變得非常脆弱

如果與朋友聚餐時玩這一招，保證嚇死寶寶↓

https://youtu.be/dozKRaWbWqA

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評論4

  1. Kuan-Wun Lin

    這裡的「可以浸潤(wet)玻璃」應是指液態鎵容易沾黏在玻璃上，而事實的確如此。更精確地說，此現象乃由於液態鎵的表面在空氣中易形成氧化鎵薄膜，而氧化鎵容易黏著在玻璃表面，金屬鎵又容易黏著在氧化鎵表面所致。表面無氧化的液態鎵，是不會沾黏玻璃的，而會聚成球狀，看起來跟水銀有點像。
    此外，不宜從影片中的液面向上凸起，推斷鎵不會浸潤玻璃。容我略過物理解釋和數學模型直接舉出反例：水可以浸潤玻璃，但裝滿水的玻璃瓶口，水面也會向上凸起。
    液態鎵擴散至鋁中導致的結構弱化還有另一理論機制：常見的鋁鑄塊皆為多晶鋁，液態鎵會循晶粒介面擴散，導致鎵原子在鋁塊材中的濃度不均；而鎵原子嵌入鋁晶粒的表面，由於晶格不匹配，會導致晶粒介面累積極大的應力，而使塊材結構變得不穩定。據此我推測液態鎵弱化單晶鋁的效果應該差了許多，但我找不到相關資料。
    有一點文中沒提到：液態鎵有過冷(supercooling)的趨向，這也是為什麼要使影片裡玻璃瓶中的液鎵固化，要放入一顆晶種。

  2. 鄭永銘

    有道理，感謝您專業的的指正！關於「「鎵能浸潤玻璃，因此不宜存放於玻璃容器中」這句話在邏輯上是否站不住腳？二者似乎沒有因果關係，應該是因為鎵固化時體積膨脹才將玻璃撐裂吧？使用「因此」是否不恰當？

  3. Kuan-Wun Lin

    能浸潤玻璃應該也是考量之一，但是個人認為鎵固化時會把玻璃撐破才是主要原因。這句話可能考量鎵會因此損失、且玻璃容器會弄髒，但實際上無論使用何種容器，都會發生程度不等的鎵沾黏。實務上，我看過比較多的是用PE或PP容器裝。

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