水的沸点在珠穆朗玛峰之巅是多少?
从小我们就知道,水在温度达到100摄氏度时就会沸腾。水在这个温度被烧开之后,我们就可以煮面条或者煮汤了。但是,这个说法其实并不完全正确。毕竟,在科学领域任何一句话都是相对的概念。所以说,水的沸点也是由很多条件共同决定的。
首先,我们要搞清楚的是:**怎么才会沸腾?一种**,比如说水,是由很多个分子构成的,若这些分子处在一种比较松散的状态,相互之间的作用力就比固态时小—水的固态就是冰,冰的分子间作用力大于水的分子间作用力—那就会以**的形式存在。我们平时说的“温度”实质上形容的是组成物质的分子振动频率:一个物体的温度越高,组成它的分子振动频率越高(当分子不再运动的时候,这个物体将会是目前所知的最低温度,即“绝对零度”—零下273摄氏度,也等于0开氏度。虽然热力学原理和量子物理学有研究表明物体不可能达到这种温度)。因此,当某个物体沸腾时,也就是从液态变为气态时,这些分子的振动频率已经达到一定程度,能让它们摆脱液态时分子之间彼此的相互作用力,然后变得更加松散,融入组成空气的分子之中,形成气体。就这样,水分子不再处于液态时的相互牵制状态,进入到自由游走的气态,各个分子都努力地想要占据更多的空间。事实上,这个现象包含了很多隐藏的条件,比如,我们所说的水在100摄氏度沸腾,指的是纯水和蒸馏水—没有任何杂质溶于其中的水。然而,我们平时喝的水都含有各种各样的杂质,你可以随便从商店里挑一瓶矿泉水出来,看看上面的成分表,上面都写着:钙、镁、钠、铁、碳酸化合物、硫酸化合物……
举个例子,我们厨房中用的盐其实就是氯化钠,当我们往水里加入足量的氯化钠时,这杯水的沸点就会升高。也就是说,这个时候要烧开水需要达到比100摄氏度更高的温度。把1升水的沸点提高1摄氏度需要往里面加大约58克的盐。同样地,这样也能降低水的凝固点—在这个时候,水在低于0摄氏度的时候才会结冰。这是因为组成氯化钠的离子融入水分子之中,让水分子很难凝固成冰。这就是为什么在寒冷的冬天,我们通常会往公路上撒盐,就是为了避免水结冰引发的交通事故。
另外,我们平时说水在100摄氏度会沸腾,是通常默认压强条件是海平面高度上的气压大小。要记住:我们通常都会承受一定的压力(当然了,我指的不是社交软件里聊到的工作压力),所有人都承受着空气重量带来的压力,也就是大气压力。同时,这个气压也会影响水的沸点—大气压越低,**的沸点就越低。这是为何呢?因为**中的分子在比较低的气压条件下,会更容易挣脱彼此之间的相互作用力,变成气态。低气压不会带给**分子那么大的“束缚”。
科学逸事:1大气压=760毫米汞柱=1013毫巴=101300帕
“帕”即“帕斯卡”,是国际单位制中表示压强的基本单位。为纪念17世纪法国数学家、物理学家布莱士·帕斯卡,人们用他的名字来命名压强单位。760毫米汞柱的说法是有科学含义的(必须注意,汞有剧毒):在1643年,一个叫埃万杰利斯塔·托里拆利的意大利物理学家、数学家曾做过一个实验,他在一根长1米、底面积为1平方厘米、一端密封的玻璃管中装满水银,用手指顶住另一端的管口,将其倒插进装有水银的水银槽里。然后,他放开手指,玻璃管中的水银柱立刻下降了几厘米,证明了存在大气压强,并且大气压强等同于这760毫米汞柱的质量。就这样,他发明了水银气压计。你可以用水来重复一次这个实验,但水柱可能达不到这样的高度。
那么,怎样才能降低压强,让水在更低的温度下沸腾呢?很简单,登上一座高山就行了。大气压强来源于位于我们上方的空气,那么如果我们所处的位置越高,在我们上方的空气就越少,压强也就越小。通过计算得出:海拔每升高10米,就能够降低1毫米汞柱的压强(1大气压=760毫米汞柱)。所以推算得出:在珠穆朗玛峰山顶,水的沸点比在阿利坎特[ 阿利坎特:西班牙东南沿海的一个省份。
]的沙滩要低一些。
珠峰的海拔为8848米,通过计算,我们可以得出在珠峰顶上水的沸点是86摄氏度。在海拔11000米处,水的沸点是71摄氏度。那么,在海拔19000米处(等于奥地利人菲利克斯·鲍姆加特纳那惊世一跳的一半高度),即所谓的“阿姆斯特朗界线”[ 阿姆斯特朗界线:依照地理位置与大气环境的差异,通常位于18900~19350米的高空。
],又会是什么样的情况呢?在这个高度上,大气压强是海平面气压的十六分之一,此时水的沸点等于人的体温—36摄氏度。
凡人亦英雄:2012年10月14日,YouTube全球直播镜头中,在没有借助任何外在机器支撑的条件下,菲利克斯·鲍姆加特纳成为世界上首位成功完成超音速自由落体的跳伞运动员。在经历多次失败后,他终于做到了从距地面高度约3.9万米、悬挂在氦气球上的太空舱上跳下(这个氦气球由高韧性的塑料制成,厚度仅为0.02毫米)。他在40秒内达到373米/秒(1.343千米/小时)的速度,最后成功着陆。这个过程中,有几秒内他甚至处于间歇性失忆的状态。截至目前,高空自由落体世界纪录的保持者是阿兰·尤斯塔斯在2014年完成的—高度为41150米!
那么,假设菲利克斯的特制宇航服在这个高度上破损,会发生什么事呢?会自燃吗?不会。会爆炸吗?也不会(虽然在电影中有无数个这样的镜头)。实际情况会是:他的宇航服变为灰烬和粉末,喉腔黏膜等器官中的水分和眼泪都会沸腾,因此身体会变得干枯—但是不会燃烧起来,因为36摄氏度是身体能够接受的温度。也就是说,在此假设下,他最后会因为缺氧窒息而死。
科学逸事:血液会沸腾吗?答案是否定的,因为人体的血压比外界气压高70~120毫米汞柱(是的,就是你熟悉的那个体检项目—测血压)。海平面的压强为760毫米汞柱,在这个高度可以算出我们的血压位于830~880毫米汞柱之间。在这个压强之下,血液的沸点为47摄氏度。而在血液沸腾之前,我们就会因为被烤焦而死掉。
好了,话说回来,太空的环境温度介于水的“三相点”和“临界点”温度之间。“三相点”(水的三相点为0.01摄氏度,6.1173毫巴)是使得一种物质三相(气相、液相、固相)共存的温度和压强数值;“临界点”(水的临界点为374摄氏度,218大气压)是使得物质的某状态不存在的温度和压强的数值(水在临界点状态下,不存在液态,冰会直接变为水蒸气)。太空中的温度和气压条件小于水的三相点,这种情况下水会发生升华(物质直接从固态进入气态的现象),直接从冰变成水蒸气。你可以想象一下,一块冰直接变成水蒸气,而没有经过融化成水的这个过程。这就是太空里没有水滴飘浮的原因。
我把“水的沸点在珠穆朗玛峰之巅是多少?”这个问题发表在各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
@pedagonval: @JesusCalleja[ 此处JesusCalleja在西语中有“耶稣的小心思”之意。
]我相信你肯定知道!
@redex: 你说在微波炉里还是在锅里?
@Carmen Pe?alver Leon: 不会沸腾。当你真的爬到珠峰山巅的时候,水早就被你喝光了。
@Jose Luis Duran: 在珠穆朗玛峰山顶的水是不会沸腾的,很简单,因为没有哪个正常人会想要爬到世界最高的山峰上去烧水!
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