如果一个绝对密封的容器装满水,一直加热会怎么样?

如果容器是理想刚体(不融化、不反应),那么水不会减少,水会先转变为超临界水,最后成为等离子体;实际当中,超临界水会和容器发生化学反应,然后水还未转变为等离子体,容器就已经融化。

我们知道,水的沸点会随着压力的增加而增加,比如标准大气压下,水的沸点为100℃,10个大气压下,水的沸点将上升到180℃。

密封容器装满水,在加热过程中,由于容器限制了水体积的增加,所以内部压力急剧升高,水的沸点也会随之升高,变化过程如下。

(1)刚开始容器内部的水为液态,所以水的参数变化,会在三相图中气液转变线上方的液态区域内,也就是图中的蓝色粗线上方(温度升高、压力升高的等密度线)。

(2)当温度高于临界温度Tc=374.2℃时,水就会转变为超临界水,超临界水同时具备部分液态水和气态水的性质,也可以看成气液混合态,此后无论压力如何增加,水都不可能变为纯液态。

(3)如果继续对容器进行加热,内部的压力上升非常快,直到把容器撑爆。

(4)如果假设容器能继续承受压力,那么内部温度能上升到1000℃以上,此时高温水的化学性质非常活波,能和许多金属单质发生化学反应。

(5)如果继续加热容器,就得考虑容器的熔点了,铁的熔点为1535℃。

(6)如果容器是理想刚体(不融化、不反应),那么容器内的水在3000摄氏度以上,就会转变为等离子体,水分子瓦解为氧原子和氢原子,核外电子也会脱离原子核束缚,此时已经没有任何固体物质能承受。

处于高温高压的水,分子热运动非常剧烈,如果容器的热胀冷缩率小于水的热胀冷缩率,那么内部水的压力增加将会非常快,或许还没有到达1000摄氏度,容器就发生爆炸了。