砂糖和鹽都會結塊，處理方法卻完全相反，為什麼？
― 一個是失去水分而結塊，另一個是吸收水分而結塊
兩者都是白色的顆粒，也都會在廚房裡結塊。可是對砂糖有效的做法，用在鹽上，鹽反而結得更嚴重。這是因為結塊的結果雖然相似，過程的方向卻是相反的。
打開一包放了好一陣子沒用的砂糖，裡面的糖已經結成一大塊。用湯匙尖端戳一下，會發出「叩」的一聲硬響。
同一個櫃子裡的鹽罐又如何呢？它濕濕潤潤的，怎麼搖都倒不出來。打開蓋子用手指一壓，鹽塊就「沙沙」地碎開了。
常聽到的處理方法，其實也完全相反。砂糖要放一片吐司，鹽則要放乾燥劑或炒過的米。一個是補上水氣，另一個是除去水氣。
結塊的原因，大致可分成兩種
砂糖顆粒的表面，附著一層極薄的糖水膜。空氣一乾燥，只有水分跑掉，原本溶解的糖就在顆粒與顆粒的縫隙間變回結晶。這些結晶就像黏著劑。
鹽裡混有會吸引空氣中水蒸氣的成分。潮濕的日子，它把水聚集起來，讓表面溶解；等到乾燥的日子再度變乾，顆粒之間就形成了橋。
兩者最後形成的，都是同一種東西：「結晶橋」。不同的是，為了做出這座橋，水往哪個方向移動。這個方向的差異，直接決定了處理方法的差異。
砂糖為什麼會在乾燥的地方結塊呢
家庭常用的上白糖看起來乾爽，其實含有一點點水分。這些水裡溶了很多糖，顆粒表面就像包著一層濃稠的糖漿膜。
放在乾燥的空氣中，只有水分會從這層膜蒸發。剩下的糖無處可去，就在顆粒互相接觸的那一點析出成結晶。無數細小的結晶柱形成後，袋子裡的糖就變成一整塊了。
所以放吐司的方法才有效。吐司散發出的水蒸氣會重新形成水膜，把橋再度溶解。圖 1 的左側，就是這種「水分散出去」的流程。
鹽為什麼會在潮濕的日子結塊呢
鹽本身，也就是氯化鈉，並不是特別愛吸水的物質。一般認為，要等空氣濕度超過約 75％，它的表面才開始溶解。
可是餐桌上的鹽，還混有少量來自鹽滷（苦汁）的其他成分。其中的代表氯化鎂，據說在濕度約 33％ 時就開始吸水。這樣的濕度不必等到梅雨季，在廚房裡就很常見。
被聚集起來的水會稍微溶解鹽的表面。等到乾燥的日子來臨，水分散去，原本溶解的鹽就在顆粒的接點凝固。在鹽罐裡放乾燥劑，就是為了阻止這第一步。
減少了鹽滷的精製鹽不容易結塊，是因為會吸水的成分本來就少。反過來，天日鹽或藻鹽容易受潮，也可以用同樣的道理解釋。顆粒越大，接點的數量越少，所以粗鹽即使結塊，也比較容易弄碎。
總結
砂糖和鹽，都是靠同樣的「結晶橋」結塊。但引發橋形成的原因，砂糖是水分散出去，鹽則是水分進來。所以砂糖袋裡放吐司、鹽罐裡放乾燥劑，這兩種完全相反的處理方法都是正確的。
白色顆粒結塊的原因，不只一種。
水跑掉之後，或是水來過之後，都會留下同樣的橋。
水只有一點點，反而讓顆粒之間黏得更緊，這個道理在濕沙的文章裡也會談到。沒有加糖也能變甜的原理，則在烤地瓜的文章裡介紹。
- 在小碟子裡各取 1 大匙的砂糖和鹽，放在同一個房間裡 3 天到 1 週左右。選在梅雨季或連續下雨的日子，差異會比較明顯。
- 每天用竹籤的尖端輕輕戳一下，比較表面的樣子。鹽會變得濕潤發亮，砂糖則會逐漸乾燥發白。
- 結塊之後，只在砂糖那一碟旁邊放一小片吐司，再蓋上蓋子。放一天，確認砂糖鬆開了，而鹽沒有變化。
冰箱裡很乾燥，不適合保存砂糖。放進冰箱的砂糖特別容易變硬，就是因為發生了和這個實驗相同的事。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與教科書的連結明確標示內容屬於國中理化到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「基礎化學・化學」學到的範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄裡的內容
- 大學高中不會學到、屬於大學專業課程（物理化學・食品工程）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教，是目前研究者正在探究中的話題
國中名詞：這個現象有名字
- 固結（結塊）：粉末或顆粒的集合體，隨時間變成一整塊的現象。是處理粉體的工廠裡最令人頭痛的問題之一。
- 潮解：物質吸收空氣中的水蒸氣，自己變成水溶液的現象。氯化鎂和氯化鈣是代表。
- 結晶橋：在顆粒與顆粒的接點，原本溶解的成分再度變成結晶而形成的細柱。固結的真面目就是它。
國中高中用算式驗證：變成橋的砂糖有多少量呢
在袋子裡乾燥而跑掉的水，只有非常少。這樣還能形成硬塊嗎？我們用溶解度來算算看量。
| 用符號寫 | M ＝ W × （S ÷ 100） |
| 用文字寫 | 變成橋的砂糖質量 ＝ 跑掉的水的質量 × 100 g 水可溶解的砂糖質量 ÷ 100 |
| 這個式子從哪裡來 | 它就是溶解度的定義。從飽和水溶液中只抽走水，原本溶在裡面的部分，依質量守恆就會以結晶的形式留下來。 |
| 1 袋上白糖的質量 | 1000 g |
| 上白糖所含水分的比例 | 一般認為約 1％（0.01） |
| 20℃ 時 100 g 水可溶解的蔗糖 | 一般認為約 204 g |
| 符號的意義與單位 | M 是變成橋的砂糖質量（單位為公克），W 是跑掉的水的質量（單位為公克），S 是溶解度（每 100 g 水的公克數） |
| 袋中所含水的質量 | 1000 × 0.01 ＝ 10 |
| 溶解在那些水裡的砂糖 | 10 × 2.04 ＝ 20.4 |
| 占整袋的比例 | 20.4 ÷ 1000 ＝ 0.0204 |
如果 1 袋的水全部跑掉，就有 20.4 g 的砂糖變回結晶。只占整體的約 2％。不過砂糖的顆粒非常小，1 袋裡有數千萬顆。橋只集中在那些接點上，所以即使只有 2％，也足以形成硬塊。
高中高中＋「濕度到多少會開始溶解」是固定的
高中在飽和水溶液上方，水蒸發的能力比純水小。這稱為蒸氣壓下降。所以飽和水溶液即使在乾燥的空氣中也不會完全乾透，遇到潮濕的空氣還會吸收水分。
高中＋這個達到平衡的濕度稱為臨界相對濕度。氯化鈉約為 75％，六水合氯化鎂約為 33％。房間濕度一超過這個值，顆粒表面就開始變成水溶液。在砂糖這邊，同樣的想法是用水活性這個量來處理。
大學決定粉末結塊速度的因素
固結的理論，是由聚集在顆粒接點的液體量，以及由此而來的結晶成長組成的。處理液體形成的曲面導致蒸氣壓改變的，是克耳文方程式；處理液體量與吸引力關係的，是液橋力理論。也已知混合鹽的臨界相對濕度，會比各個成分單獨時更低。食品工程把這些整合成一張水活性等溫線圖，用來設計保存性。
📖 算式的推導與更進一步的內容：潮解（維基百科日文版） ／ 溶解度（維基百科日文版）
研究還不太清楚的事
- 橋什麼時候會斷 結塊的粉末要用多大的力才能弄碎，應該取決於橋的粗細與數量。但要測量袋子裡接點的分布，方法還很缺乏，預測至今仍依賴經驗。
- 溫度上下變動的效果 已知在日夜溫差大的櫃子裡，結塊會進行得比較快。一般認為是水反覆移動與再結晶所致，但重複幾次會進展多少，還不清楚。
- 防結塊的添加物 讓粉末更容易流動的微粒是怎麼發揮作用的，是覆蓋在表面，還是妨礙橋的成長，說法還沒有統一。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「就目前所知範圍內的說明」。廚房裡發生的許多事，至今仍是工程上的課題。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・水溶液與溶解 | 水蒸發後，原本溶解的東西會析出的地方 |
| 高中 | 化學・溶解度與蒸氣壓下降 | 用算式驗證的計算，以及飽和水溶液的說明 |
| 高中＋ | 化學・臨界相對濕度 | 鹽在 75％ 與 33％ 時表現不同的地方 |
| 大學 | 物理化學・食品工程 | 克耳文方程式與水活性等溫線 |
| 研究 | 粉體工程 | 橋的強度，以及防結塊添加物的作用 |
| ― | 與生活的連結 | 砂糖放吐司、鹽放乾燥劑，這兩種相反的處理方法 |
- Salt Industry Center of Japan (公益財団法人塩事業センター)「Salt Encyclopedia (塩百科)」
- Japan Society for Food Engineering (日本食品工学会) 等編《Food Engineering Handbook (食品工学ハンドブック)》（水活性與保存性的章節）
- Handbook of Chemistry, Fundamentals (化学便覧 基礎編)（氯化鈉、氯化鎂、蔗糖的溶解度與潮解條目）
- Sugar Industry Association (精糖工業会)「砂糖的種類與性質 (砂糖の種類と性質)」相關解說資料（上白糖的水分與轉化糖條目）
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中的數值僅供理解原理的參考與概算。關於食品的保存，請以產品標示或製造商的說明為優先。