來源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)

從小我們就知道,水在溫度達(dá)到100攝氏度時(shí)就會(huì)沸騰。我們就可以煮面條或者煮湯了。但是,這個(gè)說法其實(shí)并不完全正確。畢竟,在科學(xué)領(lǐng)域任何一句話都是相對(duì)的概念。所以說,水的沸點(diǎn)也是由很多條件共同決定的。

首先,我們要搞清楚的是:液體怎么才會(huì)沸騰?一種液體,比如說水,是由很多個(gè)分子構(gòu)成的,若這些分子處在一種比較松散的狀態(tài),相互之間的作用力就比固態(tài)時(shí)小——水的固態(tài)就是冰,冰的分子間作用力大于水的分子間作用力——那就會(huì)以液體的形式存在。我們平時(shí)說的“溫度”實(shí)質(zhì)上形容的是組成物質(zhì)的分子振動(dòng)頻率:一個(gè)物體的溫度越高,組成它的分子振動(dòng)頻率越高(當(dāng)分子不再運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,這個(gè)物體將會(huì)是目前所知的最低溫度,即“絕對(duì)零度”——零下273攝氏度,也等于0開氏度。雖然熱力學(xué)原理和量子物理學(xué)有研究表明物體不可能達(dá)到這種溫度)。

因此,當(dāng)某個(gè)物體沸騰時(shí),也就是從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí),這些分子的振動(dòng)頻率已經(jīng)達(dá)到一定程度,能讓它們擺脫液態(tài)時(shí)分子之間彼此的相互作用力,然后變得更加松散,融入組成空氣的分子之中,形成氣體。就這樣,水分子不再處于液態(tài)時(shí)的相互牽制狀態(tài),進(jìn)入到自由游走的氣態(tài),各個(gè)分子都努力地想要占據(jù)更多的空間。事實(shí)上,這個(gè)現(xiàn)象包含了很多隱藏的條件,比如,我們所說的水在100攝氏度沸騰,指的是純水和蒸餾水——沒有任何雜質(zhì)溶于其中的水。然而,我們平時(shí)喝的水都含有各種各樣的雜質(zhì),你可以隨便從商店里挑一瓶礦泉水出來,看看上面的成分表,上面都寫著:鈣、鎂、鈉、鐵、碳酸化合物、硫酸化合物……

舉個(gè)例子,我們廚房中用的鹽其實(shí)就是氯化鈉,當(dāng)我們往水里加入足量的氯化鈉時(shí),這杯水的沸點(diǎn)就會(huì)升高。也就是說,這個(gè)時(shí)候要燒開水需要達(dá)到比100攝氏度更高的溫度。把1升水的沸點(diǎn)提高1攝氏度需要往里面加大約58克的鹽。同樣地,這樣也能降低水的凝固點(diǎn)——在這個(gè)時(shí)候,水在低于0攝氏度的時(shí)候才會(huì)結(jié)冰。這是因?yàn)榻M成氯化鈉的離子融入水分子之中,讓水分子很難凝固成冰。這就是為什么在寒冷的冬天,我們通常會(huì)往公路上撒鹽,就是為了避免水結(jié)冰引發(fā)的交通事故。

另外,我們平時(shí)說水在100攝氏度會(huì)沸騰,是通常默認(rèn)壓強(qiáng)條件是海平面高度上的氣壓大小。要記住:我們通常都會(huì)承受一定的壓力(當(dāng)然了,我指的不是社交軟件里聊到的工作壓力),所有人都承受著空氣重量帶來的壓力,也就是大氣壓力。同時(shí),這個(gè)氣壓也會(huì)影響水的沸點(diǎn)——大氣壓越低,液體的沸點(diǎn)就越低。這是為何呢?因?yàn)橐后w中的分子在比較低的氣壓條件下,會(huì)更容易掙脫彼此之間的相互作用力,變成氣態(tài)。低氣壓不會(huì)帶給液體分子那么大的“束縛”。

科學(xué)逸事:

珠峰的海拔為8848米,通過計(jì)算,我們可以得出在珠峰頂上水的沸點(diǎn)是86攝氏度。在海拔11000米處,水的沸點(diǎn)是71攝氏度。那么,在海拔19000米處(等于奧地利人菲利克斯·鮑姆加特納那驚世一跳的一半高度),即所謂的“阿姆斯特朗界線”(依照地理位置與大氣環(huán)境的差異,通常位于18900~19350米的高空),又會(huì)是什么樣的情況呢?在這個(gè)高度上,大氣壓強(qiáng)是海平面氣壓的十六分之一,此時(shí)水的沸點(diǎn)等于人的體溫——36攝氏度。

凡人亦英雄:

2012年10月14日,YouTube全球直播鏡頭中,在沒有借助任何外在機(jī)器支撐的條件下,菲利克斯·鮑姆加特納成為世界上首位成功完成超音速自由落體的跳傘運(yùn)動(dòng)員。在經(jīng)歷多次失敗后,他終于做到了從距地面高度約3.9萬米、懸掛在氦氣球上的太空艙上跳下(這個(gè)氦氣球由高韌性的塑料制成,厚度僅為0.02毫米)。他在40秒內(nèi)達(dá)到373米/秒(1.343千米/小時(shí))的速度,最后成功著陸。這個(gè)過程中,有幾秒內(nèi)他甚至處于間歇性失憶的狀態(tài)。截至目前,高空自由落體世界紀(jì)錄的保持者是阿蘭·尤斯塔斯在2014年完成的——高度為41150米!

那么,假設(shè)菲利克斯的特制宇航服在這個(gè)高度上破損,會(huì)發(fā)生什么事呢?會(huì)自燃嗎?不會(huì)。會(huì)爆炸嗎?也不會(huì)(雖然在電影中有無數(shù)個(gè)這樣的鏡頭)。實(shí)際情況會(huì)是:他的宇航服變?yōu)榛覡a和粉末,喉腔黏膜等器官中的水分和眼淚都會(huì)沸騰,因此身體會(huì)變得干枯——但是不會(huì)燃燒起來,因?yàn)?6攝氏度是身體能夠接受的溫度。也就是說,在此假設(shè)下,他最后會(huì)因?yàn)槿毖踔舷⒍馈?/p>

科學(xué)逸事:

血液會(huì)沸騰嗎?答案是否定的,因?yàn)槿梭w的血壓比外界氣壓高70~120毫米汞柱(是的,就是你熟悉的那個(gè)體檢項(xiàng)目——測(cè)血壓)。海平面的壓強(qiáng)為760毫米汞柱,在這個(gè)高度可以算出我們的血壓位于830~880毫米汞柱之間。在這個(gè)壓強(qiáng)之下,血液的沸點(diǎn)為47攝氏度。而在血液沸騰之前,我們就會(huì)因?yàn)楸豢窘苟赖簟?/p>

我把“水的沸點(diǎn)在珠穆朗瑪峰之巔是多少?”這個(gè)問題發(fā)表在各大社交網(wǎng)站上。

這里有一些充滿智慧的評(píng)論:

A: 你說在微波爐里還是在鍋里?

B: 不會(huì)沸騰。當(dāng)你真的爬到珠峰山巔的時(shí)候,水早就被你喝光了。

C: 在珠穆朗瑪峰山頂?shù)乃遣粫?huì)沸騰的,很簡單,因?yàn)闆]有哪個(gè)正常人會(huì)想要爬到世界最高的山峰上去燒水!

經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)摘自《那些聽過卻從未搞明白的問題》四川文藝出版社