水能烧到1000度吗?为什么?

常规的水有三态 , 即固态、液态、气态 。 这三态能够相互转化 , 科学的说法是相变 。 水的相变是由于温度和压力导致的 , 一般情况下 , 在一个大气压条件下 , 0℃及其以下温度时 , 水呈现固态(结冰);0℃以上到99℃ , 水呈现液态 , 可以洗东西和饮用;100℃ , 严格说来达到99.974℃时 , 水呈现出气态 , 即变成水蒸气蒸发 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
1个大气压是指在海平面的气压 , 气压单位为Pa(帕) , 1个大气压为101325Pa , 或称为101.325kPa(千帕)、1013.25hPa(毫巴、百帕) 。 民间俗称1个大气压为1公斤压力 , 就是每平方厘米承受1公斤压力 。
随着压力增高 , 水的沸点也会提高
在烧水时 , 随着温度增高 , 水会从液态转化为蒸气(气态) 。 如果压力不升高 , 再怎么烧 , 水一直到蒸发完 , 也不会超过100℃ 。 但如果在封闭的情况下 , 比如在家用高压锅密封情况下烧水 , 水蒸气无处排泄 , 就会积聚在锅里 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
水蒸气的密度为0.6g/cm^3 , 只是水密度1g/cm^3的60% 。 随着蒸气越来越多 , 被密封的蒸气就在锅里越聚越多 , 密度就越来越大 , 就会导致对水体的挤压 , 这样水体承受的压力就会越来越大 , 沸点(相变成蒸气)的温度就会越来越高 。
如家用高压锅最高压力一般可达2公斤 , 这是压力锅承受压力极限 。 但在使用中 , 有排气阀和安全阀 , 是不允许到达这个压力的 , 一般限定在1公斤以内 , 以0.5~0.8公斤为宜 。 这个压力是在1个大气压环境下 , 锅内能够增加的压力 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
在增加2公斤气压下 , 水的沸点为134℃;在增加1公斤压力下 , 水的沸点为120℃;在增加0.5~0.8公斤压力下 , 水的沸点为112~117℃ 。 这样 , 水温高了 , 加上压力 , 在高压锅焖骨头或其他难以煮烂的食物 , 就能够更快更容易煮透煮烂 。
但水温升高会有一个临界点 , 达不到1000℃
从压力和沸点的关系来看 , 压力越高 , 沸点温度越高 , 因此水温就会越高 。 也就是说压力越大 , 水温越高 , 水温与压力成正比 。 但水温会随着压力不断增大 , 一直这样呈线性上升吗?从理论和实验证据证明不会 。 因为到达一个压力临界点 , 水蒸气的密度和水的密度就会一样了 , 这样温度就再也升不高了 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
这个临界点就在225个大气压 , 到达这个压力 , 水温可达374.3度 , 此后 , 压力在升高 , 温度也无法上升了 。 这个374.3度的水(或者水蒸气)就叫超临界水 。 到了这个临界点后 , 压力再往上升 , 水温也不上升了 。
从这个意义上来说 , 水温是不可以烧到1000摄氏度的 。
压力高到极端 , 水就会结冰
达到一个极限 , 水不但不再汽化 , 甚至连液态也无法保持了 , 反而会“结冰” 。 这是水相变的一种奇妙性质 。 但此冰已经非彼冰(常见的冰)了 , 而是一种高密度的冰 。 而且随着压力增高 , 这些冰的结构还会发生变化 , 一路攀升 , 现在科学实验已经制造出了18号冰了 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
这样水的形态除了常见的三态 , 加上这18种冰 , 水在特殊条件下 , 就有了20态了 。
制造出这些特殊冰的压力至少要达到1万~10万公斤压力 , 也就是说每平方米的面上要承受1000万吨到1亿吨 , 恐怖吧?而要制造出18号冰 , 则需要达到300万~400万公斤的压力 。 科学家是在微观条件下 , 采用多路激光轰击才瞬间达到这个压力的 , 是在实验室制造出了黑色的18号冰 , 这“块”冰要用显微镜才能看到 。
300~400万个大气压是什么概念?这是地球核心才能够达到的压力 , 是目前在实验室能够制造出微观压力的极限了 。 因此 , 18号冰是在极端挤压状态下形成的 , 其密度是普通冰的4倍 。 这种冰呈现出特殊状态 , 被称为“超离子冰” , 是一种有点扭曲的新型水结晶 。
水能烧到1000度吗?为什么?
文章图片
这冰有些怪异 , 有人认为其存在于超现实主义边缘 , 当然这只是一家之言 。 这种冰并非单一的固体 , 而是一部分呈现固体状态 , 一部分具有液体性质 , 表现为单个水分子分裂 , 氧原子形成一个立方晶格 , 氢原子则像液体一样流过刚性的氧笼 。