氨的喷泉
一烧瓶氨气，挤进几滴水，烧杯里的水就被外面的空气压上管子，在瓶里喷成粉红色的喷泉。
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倒扣的一瓶氨气
一只彻底干燥的 500 毫升圆底烧瓶，装满氨气，瓶口朝下夹在铁架台上。瓶口塞着双孔橡皮塞。
一个孔插着玻璃管，上端拉成细细的尖嘴，伸到烧瓶中心；下端露出瓶外约 20 厘米，插进一杯水里。另一个孔插着一支滴管，里面吸了一点水。英国皇家化学会的做法用一支 10 毫升注射器，罗格斯大学的演示用一个橡皮球。
烧杯里的水滴了几滴酚酞，是无色的。这个演示由老师在通风橱里做，戴护目镜；只能用圆底的厚壁硼硅玻璃瓶，别的瓶子可能被压瘪炸裂。
500 毫升圆底烧瓶 · 双孔橡皮塞 · 尖嘴管 · 滴管 · 一杯加了酚酞的水
比空气轻的气体
氨气比空气轻：同样体积，只有空气的约六成重。所以装氨气时瓶口朝下，氨从下面通进去，往上把空气挤出来。
瓶子必须干。氨极易溶于水，瓶壁上哪怕有一点水，装进去的氨就先溶掉了，演示就会失败了。
实验室里的氨可以加热浓氨水得到；工厂里的氨怎样造出来，见“从空气里取氮”那一页。氯化氢比空气重，同样的演示要瓶口朝上，从底下装。
氨 约 0.6 · 空气 1 · 氯化氢 约 1.27（同体积的重量，空气为 1）
挤进几滴水
捏一下滴管，几滴水进了瓶里。氨溶在水里的量多得惊人：20 °C 时，100 克水能溶 52.6 克氨。气体按 20 °C 算，一体积水约溶下 740 体积。
同样一体积水，只能溶约 0.94 体积二氧化碳、约 0.03 体积氧气。氯化氢也很能溶，约 480 体积；二氧化硫约 42 体积。
照这个比例，半毫升水在一个大气压下能装下约 370 毫升氨气，差不多是整瓶氨的四分之三。
20 °C，一体积水溶下的气体体积：氨 约 740 · 氯化氢 约 480 · 二氧化硫 约 42 · 二氧化碳 约 0.94 · 氧 约 0.03
压力掉下去
气体溶进水里，瓶里的气体分子少了，空间没变，压力就降下来：p·V = n·R·T。
瓶子是封着的，压力一降，水能溶下的氨也跟着变少。按 Perman 1903 年测的氨水蒸气压来算，半毫升水静静地放着，最后能让 500 毫升的一瓶氨降到大约半个大气压，约一半的氨溶进了这几滴水。
其实用不了这么多。这套装置的尖嘴比烧杯的水面高约 22 厘米；瓶里的压力只要比外面低约 2.2 千帕，即一个大气压的 2%，水就能一直升到尖嘴。
本页的模型：瓶里的压力和管里的水柱 · 水柱高 = 压差 ÷ (ρg)
空气从外面压上来
瓶子并没有把水“吸”上去。烧杯的水面上压着大气，每平方厘米约 10 牛；瓶里的压力低了，两边一差，水就被推上管子。
1644 年，托里拆利在信里写：撑住水银柱的力“来自外面”，是外面空气的重量。用吸管喝水也是这样：嘴里的压力低一点，水就被大气压上来。
大气能压起的水有一个上限：即使瓶里完全没有气体，20 °C 时也只能把水托起约 10.35 米。伽利略在 1638 年记下，抽水泵提水不过 18 肘，约 10.5 米。
一个大气压托起约 10.35 米水柱（20 °C）· 这里只需 22 厘米
喷泉自己越喷越快
水一到尖嘴，就喷进瓶里，碎成细小的水滴。每一滴都碰上氨气，马上把它溶掉，所以水进来得越多，瓶里的压力反而越低。
本页的模型里，喷泉开始后一两秒，瓶里就只剩不到十分之一个大气压，水从 1.5 毫米的尖嘴喷出，速度约每秒 10 米，一直冲到瓶顶，再顺着瓶壁流下来。
氨差不多溶完以后，剩下的只有原来混在瓶里的空气。水越灌越满，这点空气被越挤越小，压力回升，喷泉慢下来。喷多久取决于烧瓶大小和尖嘴粗细：英国皇家化学会说能喷好几分钟；本页的模型约半分钟。
本页的模型：尖嘴处的水速和瓶里的水 · 尖嘴 1.5 毫米
粉红色从哪里来
氨气不是粉红的。烧杯里的水加了酚酞，这是一种指示剂：pH 低于 8.3 时无色，高于 8.3 开始变粉，到 10 左右已是很深的粉红。
氨溶在水里是弱碱：NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻。只有很少的氨分子接过一个氢离子，0.1 摩尔每升时约 1.3%，但产生的 OH⁻ 就足以让溶液的 pH 升到 11 左右。
所以管里的水还是无色的，喷出尖嘴、碰到氨，才变粉。整瓶氨溶进约半升水，pH 约 10.9。酚酞要到 pH 14 以上的强碱里才会再褪色，氨水远远到不了。
酚酞：pH 8.3 以下无色，8.3–10 变粉 · 喷泉的水 pH 约 10.9
另一种喷泉
换成氯化氢也能喷。20 °C 时一体积水能溶下约 480 体积氯化氢。它溶在水里是强酸，几乎全部变成离子，溶下去就不再出来。
1892 年 Newth 的演示书里，水里加蓝色石蕊，喷出来变成红色；英国皇家化学会现在用通用指示剂，也是变红。整瓶氯化氢溶进约半升水，pH 约 1.4。
我们找到的最早记载是 1876 年 Karl Heumann 的演示手册：一只倒挂的 2 到 3 升干燥玻璃瓶装满氨，管子在瓶里拉成 2 毫米的尖嘴；水里加了被酸染红的石蕊，喷出来是一股蓝色的喷泉。
氯化氢 约 480 体积 · 蓝色石蕊遇酸变红 · pH 约 1.4
剩下的那个气泡
喷泉停下时，瓶顶总留着一个气泡，那是空气。英国皇家化学会说，它的大小说明当初瓶里的氨装得有多满。本页的模型里，瓶里有 5% 的空气，最后能灌满约 95%；有 30% 的空气，只能灌到约七成。
瓶子潮湿，氨在装的时候就溶掉了，演示会失败。塞子或管子漏一点气也不行：空气补进来，压力降不下去，所以不要用软木塞。
水温高一些，溶的氨少一些：50 °C 时 100 克水只溶 22.9 克，不到 20 °C 时的一半。但在本页的模型里，几滴 50 °C 的水仍能把瓶里的压力降到约四分之三个大气压，足够让喷泉开始。我们没有找到“水热了就不喷”的来源。
本页的模型：瓶里留下的空气和最后灌满的比例
拆开
七样东西：烧瓶、橡皮塞、尖嘴管、滴管、烧瓶夹、铁架台、烧杯。最要紧的是塞子和管子都不漏气，烧瓶是圆底、厚壁的，而且干燥。
烧瓶 · 橡皮塞 · 尖嘴管 · 滴管 · 烧瓶夹 · 铁架台 · 烧杯
换一种气体
这是本页的模型，按上面写的几条式子在网页里算：理想气体、各种气体测得的溶解度、管里的水被压差推上去。溶得多快是模型自己取的，只决定事情来得快慢，不决定最后到哪里。
每按一次“挤一下滴管”，就重新来一次：选气体、水温、挤进几滴水、瓶里混着多少空气，看瓶里的压力、尖嘴的水速，和最后灌满了多少。
本页的模型 · 溶解度按 Seidell 1919 · 氨水蒸气压按 Perman 1903
试一试在实验台上把气体换成二氧化碳，再挤进 0.5 毫升水：瓶里的压力降了多少？水能升到尖嘴吗？同样的几滴水，为什么氨就能喷起来？
模型省略了什么
台上是学校演示装置的模型。尺寸参考 DURAN 的 500 毫升圆底烧瓶、PHYWE 的双孔橡皮塞和 1 升的低型烧杯，不是哪一套实物的复制；滴管照罗格斯大学的橡皮球画，英国皇家化学会用的是注射器。喷泉的过程是本页的模型：瓶里的水当作充分混合，溶解的快慢是模型自己取的；氨用 Perman 在 1903 年测的 20 °C 蒸气压，换到别的温度用 Henry 常数随温度的变化；氯化氢当作在达到一个大气压下的溶解度之前全部溶下；二氧化碳和氧按 Henry 定律。瓶里的气体按 20 °C 的理想气体算，没算溶解放出的热（整瓶氨溶完时，约半升水平均只升温 0.35 °C 左右，最初那几滴水则会热得多）。尖嘴的阻力只用一个系数代替。画出来的喷流比尖嘴的 1.5 毫米略粗，不然在这个大小下只是一根细线；水滴、水膜和瓶壁上的细流是画出来的，不是算出来的。
几个容易误会的地方
水不是被瓶子“吸”上去的，是外面的大气压把它推上去的；瓶里的压力降低，只是让两边不再平衡。氨气不是粉红的，粉红色是酚酞在碱性溶液里的颜色。氨溶在水里不会全部变成 NH₄⁺ 和 OH⁻，绝大部分仍是氨分子，所以它是弱碱。烧瓶最后也不会完全灌满：原来混在里面的空气不溶，最后留成一个气泡。常说的“一体积水溶 700 体积氨”取决于气体按什么温度算：同一个 20 °C 的测量，按 20 °C 的气体约 740 体积，折算到 0 °C 约 690 体积。
常见问题 · 5
- 氨的喷泉里，水是被瓶子吸上去的吗？
烧杯的水面上压着大气，每平方厘米约 10 牛；瓶里的压力低了，两边一差，水就被推上管子。
05空气从外面压上来 ↑- 一体积水能溶下多少氨气？
氨溶在水里的量多得惊人：20 °C 时，100 克水能溶 52.6 克氨。
03挤进几滴水 ↑- 氨的喷泉为什么是粉红色的？
烧杯里的水加了酚酞，这是一种指示剂：pH 低于 8.3 时无色，高于 8.3 开始变粉，到 10 左右已是很深的粉红。
07粉红色从哪里来 ↑- 做氨的喷泉为什么烧瓶必须干燥？
氨极易溶于水，瓶壁上哪怕有一点水，装进去的氨就先溶掉了，演示就会失败了。
02比空气轻的气体 ↑- 喷泉停下后瓶顶为什么留着一个气泡？
喷泉停下时，瓶顶总留着一个气泡，那是空气。
09剩下的那个气泡 ↑
资料来源
- 英国皇家化学会（RSC）、Nuffield Foundation：Ammonia fountain demonstration（器材、干燥、安全、“外面的大气压把水压上去”、最后留下的空气）
- A. Guy（2010）：The ammonia fountain，Education in Chemistry（压力差，不说“吸”；漏一点气就会出问题）
- 英国皇家化学会：The properties of hydrogen chloride（氯化氢喷泉、防护屏、瓶里剩多少空气）
- 英国皇家化学会：Making and testing ammonia（收集装置必须干燥）
- 罗格斯大学化学演示：Solubility of a Gas in Water – Ammonia Fountain（1 升烧瓶、橡皮球滴管；换成空气就不行）
- A. Seidell（1919）：Solubilities of Inorganic and Organic Compounds，第 2 版（氨、氯化氢、二氧化碳、氧、二氧化硫的溶解度；Perman 1903 年测的氨水蒸气压）
- R. Sander（2023）：Compilation of Henry’s law constants (version 5.0.0) for water as solvent，Atmos. Chem. Phys. 23（氨的 Henry 常数随温度的变化）
- 美国国家标准与技术研究院：NIST Chemistry WebBook，水的密度和饱和蒸气压（IAPWS-95）
- 美国国家标准与技术研究院：NIST Chemistry WebBook，氨的 Henry 常数和摩尔质量
- 美国国家标准与技术研究院：CODATA 2022 推荐值（摩尔气体常数 R、标准大气压、标准重力加速度）
- OpenStax：Chemistry 2e，14.3（氨和水的平衡）
- OpenStax：Chemistry 2e，附录 I（弱碱的电离常数，氨 Kb = 1.8 × 10⁻⁵）
- OpenStax：Chemistry 2e，14.7（指示剂：酚酞、甲基橙、石蕊）
- 英国皇家化学会：Acid-base indicators 学习单（酚酞 pH 8.3–10.0 由无色变粉）
- V. M. Petruševski、K. Risteska（2007）：Behaviour of Phenolphthalein in Strongly Basic Media，Chemistry（保加利亚）16（强碱里重新褪色）
- 美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）：化学品危害袖珍指南，氨（比空气轻、暴露限值）
- 美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）：化学品危害袖珍指南，氯化氢（比空气重）
- OpenStax：College Physics 2e，11.4，例 11.5（10.3 米水柱等于一个大气压）
- Science Buddies（2015）：A Really Long Straw，Scientific American（吸管里的水是大气压推上来的）
- 伽利略（1638）：Dialogues Concerning Two New Sciences，Crew 与 de Salvio 英译，1914（抽水泵提水不过 18 肘）
- 托里拆利 1644 年 6 月 11 日致 Ricci 的信，收于 The Physical Treatises of Pascal，Spiers 英译，1937（“the force comes from without”）
- K. Heumann（1876）：Anleitung zum Experimentiren bei Vorlesungen über anorganische Chemie，S. 165–166（我们找到的最早的记载）
- G. S. Newth（1892）：Chemical Lecture Experiments（氯化氢喷泉，蓝色石蕊变红）
- DURAN 圆底烧瓶目录（经销商 Hermes Lab；500 毫升：直径 105 毫米、高 168 毫米、颈 34 毫米）
- PHYWE：双孔橡皮塞，直径 35 / 29 毫米
数据
Solubilities from A. Seidell, Solubilities of Inorganic and Organic Compounds (2nd ed., 1919): ammonia after H. E. Roscoe and W. Dittmar and others, its solutions’ vapour pressures after E. P. Perman (1903), hydrogen chloride after Roscoe and Dittmar and Deicke, carbon dioxide after Bohr, oxygen after Winkler, sulphur dioxide after Schönfeld; the temperature slope of ammonia’s Henry’s law constant from R. Sander (Atmos. Chem. Phys., 2023). Water’s density and vapour pressure from the NIST Chemistry WebBook (IAPWS-95); R, the standard atmosphere and standard gravity are the exact CODATA 2022 values; molar masses from the NIST WebBook. Kb of ammonia from OpenStax Chemistry 2e; phenolphthalein’s range from the Royal Society of Chemistry; relative gas densities from the NIOSH Pocket Guide. The demo after the Royal Society of Chemistry’s Practical Chemistry pages (the ammonia fountain; the properties of hydrogen chloride), A. Guy in Education in Chemistry (2010) and Rutgers University’s lecture demonstrations; its history after K. Heumann (1876) and G. S. Newth (1892); Galileo (1638, tr. Crew and de Salvio, 1914) and Torricelli (1644, tr. Spiers, 1937) on the water column. The volumes of gas per volume of water, the pressures, the pH values and the run of the fountain are computed here; the run is the page’s own model. The apparatus is this page’s model of a school demo, in the sizes of a DURAN 500 mL round-bottom flask (105 mm across, 168 mm high), a PHYWE two-hole rubber stopper (35 / 29 mm) and a 1 L low-form beaker; not a copy of any one rig. Material presets and the model kit as on the site’s other model plates (public/looks/CREDITS.md).
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引用这幅图版
拉普拉斯的迷你世界，图版 84《氨的喷泉》，https://world.lapla.si/zh/fountain/，CC BY-NC 4.0，2026-11-03 更新。
沿这个问题继续
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