水在沸腾的同时还能结冰,你知道原理吗?
这是一个圆底烧瓶,里面装着一些透明液体,随着真空泵的不断抽取,瓶内的气压会急速降低。
在某一刻,我们能看到液体忽然冻结成了固体,而这个状态还没有维持多久,一个大气泡冒了出来,固体又变回了液体。
在接下来的短短几十秒内,瓶子里就像是举办了一场变装表演,时而沸腾,时而结冰,让人应接不暇。
当然了,这并不是一个魔术,而是因为瓶内的压强和温度达到了环洗烷的三项点。
也就是说,在这一条件下,物质的气象、液相和固相可以共存。
我们不妨以最熟悉的水为例,看一看它的三相图。
首先,横坐标代表温度,纵坐标代表压强。
第一条是固体和气体间的升华曲线,第二条是固体和液体间的融化曲线,第三条则是液体和气体间的气化曲线,而它们相交的点便是。
水的三项点,此时的温度是0.01摄氏度,压强为611.657帕。
那是不是说,如果符合这个条件,我们也能看到和开头一样的神奇景象了?实验者往蒸馏水中放了一些玻璃球,它不仅可以帮助结冰,还能防止沸腾式液体飞溅。
下面同样是打开真空泵,我们能看到容器里的压强和温度都在降低,很快水就开始沸腾,一段时间后,液体逐渐结冰,而就在结冰的同时,下方还有气泡冒出。
在某个瞬间,我们甚至能看到变大的气泡将厚厚的冰层顶开。
就这样,水在三项之间不停游走着,整个画面有趣极了。
也正是因为水的三相点有准确的数值,人们还会把它当做测量温度的池子。
比如在标准大气压下,将水银柱放在纯水当中,当水达到三项点时,水银柱的高度是零摄氏度。
而当水达到沸点时,水银柱的高度就是100摄氏度,最后将其等分为100份,便有了我们熟悉的摄氏温标。
最后再给大家分享一个有些反直觉的现象,我们都知道,在标准大气压下,水一旦超过100摄氏度,就会变成气态。
可是来自麻省理工学院的研究团队发现,如果将水束缚到一个尺寸相当于几个水分子大小的纳米管当中,那么纵使温度已经升高到了105摄氏度以上,水还是会保持固态,也就类似于我们肉眼看到的冰。