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水沸騰到100度會産生什麼氣體
水沸騰到100度會産生什麼氣體
更新时间:2024-10-21 19:23:38

在我們的認知裡,當水的溫度達到100攝氏度時它會沸騰,而降到0攝氏度時便會結冰,而且用我們日常的加熱方法最多也隻能将水加熱到100攝氏度,可是有幾位來自麻省理工學院的科學家在做實驗的時候發現,水的溫度不僅能加熱到100攝氏度以上,而且它在105攝氏度時還會凝固,他們是怎麼做到的呢?是什麼影響了水的沸點和凝固點,以至于水在比其沸點還要高的溫度下會結冰?

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)1

首先我們要知道,在标準大氣壓下水的沸點就是100攝氏度,在這樣的情況下再怎麼對水進行加熱,它也隻會慢慢進行揮發,進而變成水蒸氣,而溫度不會得到進一步升高,所有那幾位科學家在做實驗時一定是在特殊的實驗室條件下完成的。

那麼他們的實驗過程究竟究竟是怎樣的呢?我麼一起來詳細看一下。

原來,科學家們在做實驗的時候,為了能夠使水在實驗的過程中能更好地保持其穩定性,專門用上了比較特殊的納米管。

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)2

為什麼說納米管特殊呢?

因為它比我們人類的頭發絲還要細上一萬倍,同時還擁有比鋼材堅硬100倍的硬度,而且納米管還具備優秀的導熱性以及導電性,是一種非常昂貴的新型材料,科學家們就是将水放入了納米管中來進行實驗的。

他們在實驗的過程中,納米管進行不斷的加熱,當水達到100攝氏度的時候,它如同我們平時燒開水是一樣的,開始從液态變成氣态,但是由于納米管的直徑非常小,水從液态變為氣态之後,沒有能及時地揮發出來,而在這時,科學家們并未停止對納米管的加熱,緊接着當水的溫度升高到105攝氏度時,它居然“結冰”了!

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)3

這裡要說一下,其實105攝氏度并不是水變成固态時所達到的确切溫度,105攝氏度隻是科學家們默認水固态化的一個最小溫度值

而之所以水會在被加熱到105攝氏度的時候結冰,主要是因為當水的溫度不斷升高時,水分子的運動狀态,因此而受到了影響,發生了一些變化,在極其細小的納米管中,水分子無法進行正常的活動,也不能像往常一樣揮發,那麼其内部的能量就無法得到釋放,所以才會結成“冰”,而這時水所結成的冰與我們平常冷凍時時期結成的冰不同,它實則隻是一種晶體,并不是我們平時見到的在0攝氏度以下所形成的那種冰。

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)4

其實這種現象也是一種,很正常的物理現象,并非偶然發生,它是有原理支撐的,而之所以科學家們會對這一現象感到震驚,這是因為水的這一結冰點與他們此前所預想的結果有出入罷了。

後來科學家們,經過多次的實驗還發現,他們在做這一項實驗時,所使用的碳納米管直徑不同,則會導緻後續水結成冰時的溫度不同,比如他們使用直徑為1.05納米的碳納米管和直徑是1.06的碳納米管進行該項試驗,所得出來的水冰點會相差10攝氏度,這一現象也可以充分說明,在極其狹小的空間内,空間大小的不同,還是會對水冰點的溫度帶來很大影響的。

那麼水的冰點還會受到哪些因素的影響呢?

水的冰點及凝固點或熔點,我們通常所說的冰點,其實是指在一個标準大氣壓的環境下,水的凝固點是零攝氏度。那麼若水沒有處在一個标準大氣壓下,它的冰點就不會是0攝氏度了。

此外,水的純淨度也會影響水冰點的高低,就比如我們常見的海水,海水中含有大量的鹽,所以海水的冰點與普通的純淨水冰點相差非常大,當海水中的鹽度達到24.695的時候,海水的冰點是零下1.332攝氏度。

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)5

除了水之外,其他物質的熔點也不是一成不變的。

在這裡我們要重申一下物質熔點的概念,物質的熔點指的就是在一定的壓力下,純物質的液态與固态,呈現出平衡時所處的溫度。換句話來講就是,在這一壓力以及熔點溫度條件下,純物質呈現液态的化學勢與其呈現固态的化學勢是相等的。

我們再說明白一點,熔點就是指,固體從固态的狀态融化變成液态的狀态時所處的溫度。反過來看,液體從液态轉變為固态時所處的溫度就是凝固點。

首先,絕大部分的物質的熔點與水一樣,都會受到壓強大小的影響。

而且大多數物質的熔點與壓強的關系是,當壓強逐漸增大時,它的熔點會随之變高,這是因為大部分物質的熔化過程實則是一個體積變大的過程。隻是我們前面所說的水比較特殊,當冰熔化成水時,它的體積不但不會變大,反而還會逐漸變小,所以對于像水這一類的少數物質來說,壓強越大,那麼它的熔點也會随之降低。

其次,大部分物質的熔點還與物質中所含的雜質有關。

在日常生活中,大部分物質都并非是絕對純淨的,都會在不同程度上或多或少地摻雜一些雜質,即使摻雜在物質中的雜質量極其少,也可能會對其熔點産生非常大的影響。

比如我們在水中加入很多鹽,通過攪拌使其溶化在水中,那麼這些水的熔點就會出現非常明顯的下降,海水同樣是這個道理。

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)6

不知有沒有細心的朋友發現,在冬天的時候,哪怕是在同一片區域,溫度相同的情況下,也會是河水率先結冰,而海水則需要到達更低的溫度時才會出現結冰現象,就是因為海水中溶有大量的鹽,造成了海水熔點的下降。

水沸騰到100度會産生什麼氣體(水能加熱到105為何不沸騰反而結冰)7

所以在大自然界中,任何物質凝固點都并非是一成不變的,他們會受到壓強等各類因素的影響,而科學家們發現在納米管中,水達到105攝氏度時會結冰也隻是大自然中無數個正常物理現象中其中的一個,相信未來在我們人類的共同努力探索下,我們還會繼續解鎖一個又一個大自然的奧秘,我們會更加了解我們賴以生存的大自然。

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