从小我们就知道,水在温度达到100摄氏度时就会沸腾。我们就可以煮面条或者煮汤了。但是,这个说法实际上并不完全正确。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:液体怎么才会沸腾?一种液体,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——那就会以液体的形式存在。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达到某些特定的程度,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——没有一点杂质溶于其中的水。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,我们厨房中用的盐实际上的意思就是氯化钠,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,这样一个时间段要烧开水要达到比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——在这样一个时间段,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。这就是怎么回事在寒冷的冬天,我们一般会往公路上撒盐,就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:我们一般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所承受的压力),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,液体的沸点就越低。这是为何呢?因为液体中的分子在比较低的气压条件下,会更易挣脱彼此之间的相互作用力,变成气态。低气压不会带给液体分子那么大的“束缚”。
珠峰的海拔为8848米,通过计算,我们大家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”(依照地理位置与大气环境的差异,通常位于18900~19350米的高空),又会是怎样的情况呢?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。
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·鲍姆加特纳变成全球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。这样的一个过程中,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,会发生啥事呢?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)。真实的情况会是: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摄氏度是身体可接受的温度。也就是说,在此假设下,他最后会因为缺氧窒息而死。
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。
C: 在珠穆朗玛峰山顶的水是不会沸腾的,很简单,因没有哪个正常人会想要爬到世界最高的山峰上去烧水!
