一直烧下去,水温能达到多高,可以到一千度吗?

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。

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。

水蒸气的密度为0.6g/cm^3,只是水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。

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。

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。

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。

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。

据科学家们披露,在制造18号黑冰时,除了压力,温度还达到了2000多摄氏度。这是不是可以认为水温达到了2000多摄氏度呢?我认为不是的,这是在制造这种特殊冰的时候需要的环境温度,并非水温本身达到的温度。

这种奇异的冰在自然界存在吗?科学研究认为是存在的,而且在太阳系,比正常水或水冰多得多,因为在天王星和海王星的深处,很可能就广泛存在这种冰,而这两个星球质量都比地球大十几倍。

  • 压力再高,物质就发生了质变

白矮星上的压力至少有4.5亿个大气压,中子星上的压力则达到1万亿亿亿个大气压,因此这种天体物质的原子被压瘪了或压碎了,物质成为超密度状态。如白矮星物质为电子简并态物质,密度达到每立方厘米10吨;中子星物质为中子简并态物质,其密度达到每立方厘米10亿吨。

在这种压力下,不管是水还是其他任何物质,都会变成物质的第六态或第七态,就是电子简并态或中子简并态。白矮星和中子星表面和内部温度都极高,以万或亿为单位计量。如白矮星表面可达10万摄氏度,核心可达数十亿摄氏度;中子星更甚,表面可达百万度,核心可达万亿度。

但这种致密天体上的物质,早就不是水或者我们地球上的任何物质了。这个就不展开说了,感兴趣的朋友可以搜看我早先发过的相关文章。欢迎讨论,感谢阅读。

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