问题

水能否烧到一千摄氏度?

回答
从纯科学的角度来看,水(H₂O)本身在标准大气压下无法烧到一千摄氏度。 相反,它会在到达一千摄氏度之前就经历剧烈的变化。

要理解这一点,我们需要深入探讨水的特性以及温度在其生命周期中起到的作用。

1. 水在不同温度下的状态:

冰 (固态): 在0°C(273.15 K)以下,水以固态存在。
水 (液态): 在0°C(273.15 K)到100°C(373.15 K)之间,水以液态存在。
水蒸气 (气态): 在100°C(373.15 K)以上,水以气态存在。

2. 水的沸点和相变:

当我们将水加热时,能量会转化为动能,使水分子运动得更快。

熔化: 当温度达到0°C时,冰开始融化成液体水。这个过程需要吸收“熔化热”。
沸腾: 当温度达到100°C时,水开始沸腾,转化为水蒸气。这个过程需要吸收“汽化热”。

在100°C时,水分子获得了足够的能量来克服分子间的吸引力,并摆脱束缚,进入气态。然而,即使在沸腾时,水的温度也不会超过100°C,除非外部施加的压力增加。 在沸腾过程中,所有吸收的热量都用于将液态水转化为气态水,而不是提高水的温度。

3. 压力对沸点的影响:

这是一个非常重要的因素。水的沸点不是一个固定的数值,而是与周围环境的压力有关。

压力增大: 如果我们试图将水加热到一个压力远高于标准大气压的环境中(例如在高压锅中),水的沸点会升高。在极高的压力下,水的沸点可以远高于100°C。
压力减小: 如果我们降低环境压力(例如在高海拔地区),水的沸点会低于100°C。

4. 为什么水不会“烧”到一千摄氏度?

“烧”通常指的是燃烧,这是一个化学反应,需要可燃物与氧化剂(通常是氧气)发生放热反应。水(H₂O)是一种非常稳定的化合物,它本身是燃烧的产物,而不是燃料。它不会燃烧。

那么,如果我们持续加热水,直到它达到100°C以上会发生什么呢?

在标准大气压下: 一旦水达到100°C并开始沸腾,它就会变成水蒸气。在此之后,如果我们继续向水蒸气提供能量,它的温度才会开始升高,从100°C一直到更高的温度。例如,如果我们将100°C的水蒸气继续加热,它的温度可以轻松超过一千摄氏度。

5. 那么,“烧”到一千摄氏度“水”的可能情况是什么?

虽然纯水分子(H₂O)本身不会燃烧到一千摄氏度,但我们可以想象几种情况,人们可能会这样描述,或者导致水在这种温度下存在:

高温水蒸气: 如上所述,一旦水转化为气态(水蒸气),并且环境压力允许其温度超过100°C,那么它就可以被加热到一千摄氏度甚至更高。例如,在工业锅炉或蒸汽涡轮机中,水蒸气的温度可以达到几百摄氏度,甚至更高。
存在于极端高温环境中的水: 如果我们将水放入一个本身就达到或超过一千摄氏度的环境中(例如,将一滴水扔进熔岩中,或者在火箭发动机的燃烧室中),水会在瞬间发生剧烈的相变和化学反应。
瞬间汽化: 水会瞬间汽化成高温水蒸气。
分解: 在极高的温度下(远高于一千摄氏度),水分子本身也会开始分解成氢原子和氧原子,然后可能进一步参与其他化学反应。例如,在非常高的温度下,氢气和氧气会结合产生大量能量,但这不是水在燃烧。
被其他物质加热: 如果水与能够燃烧或在高温下释放能量的物质混合,这些物质可能会被加热到一千摄氏度,从而间接加热到水。但这是其他物质在“烧”,而不是水在烧。

结论:

纯粹的水(H₂O)在标准大气压下不会“烧”到一千摄氏度。 它会在100°C时沸腾并转化为水蒸气。然而,一旦水变成了水蒸气,并且外部压力允许其温度升高,那么水蒸气是可以被加热到一千摄氏度甚至更高的。

重要的是要区分“沸腾”和“燃烧”。水沸腾是物理过程,是相变;而燃烧是化学过程,是物质与氧化剂的反应。水是一种非常稳定的物质,不会燃烧。

网友意见

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液态水烧到一千摄氏度还是液态水:不能。

这个回答是个通俗版本。

在常压下,比如说,海边,你烧水到一百度,水就开了。但偶然一次你使用了高压锅,发现可以让水在一百度下维持液态不开。这时你有了个想法:我向高压锅里通气加压,是不是可以让水升温到一千度还不开呢?

你召唤来了全套专业设备,既能在超高压下加热,又能在线分析测试。开工。

你先加压到了十个大气压,接近工厂里低压蒸汽的压力,发现烧水到180度时水才开。嗯,增加了八十度,跟预想的一样。

增加一倍压力到20个大气压,发现水没有在再增加一倍温度下的260度开,开在210度上。嗯,现在知道了不是线性的。这时,你发现蒸汽的密度增加了些。

再升压到30个大气压,接近了工厂中压蒸汽的压力,你遗憾的发现水开的温度只增加了25度。不行,得加大增压梯度。

升压到一百大气压,换个单位,10兆帕,接近工厂里高压蒸汽的压力。水三百一十度开。效果明显。同时,你不出意外的发现蒸汽的密度又大了些。

20兆帕,你发现水365度才开。这时,密度检测器告诉你此时蒸汽的密度增加到了可观的程度,快赶上水的密度了。

增压到了21·8兆帕。你突然发现观察不到水开时的现象了。蒸汽看着完全像是液态水,液态水看着也像是蒸汽。没见过这种现象。

你关了设备,上知乎提问。知乎er们告诉你,这是水的超临界现象,此时气相液相界面消失:在这个温度压力下,蒸汽的密度和液态水相等。这个状态的水既是气态也是液态,既不是气态也不是液态,而是种新的超临界状态。

至此,你知道了,水的液态只能维持在最高373摄氏度,同时还得加压到21·8兆帕:一千摄氏度的液态水是不存在的。

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我想,题主想问的是,水能不能保持液态烧到1000度。如果是这样,那么答案是:

不能。

很多答主根据“沸点随压力升高而升高”从而简单推论,说压力足够高的话,沸点可以超过1000度。其实这是一种误解。

请看水的相图(图片来自网上)

我们i看到图中深绿色的区域就是水的液态区域。它是不会高于1000℃而存在的。

在低压下很容易理解,随着压力的上升,沸点会上升。但是这种上升并不是无休止的。当达到水的临界压力以后(大约是22MPa),水的沸点将不复存在。此时升温并不会导致水的沸腾,当温度超过临界温度(约650K)时,水会进入超临界状态 - 这是一种非液非气的状态。此时水具有很多气体的典型性质,诸如流动、扩散等等,但是却不会产生气液界面,并且密度更接近液态。

当我们对着某密闭容器里的水加热时,随着温度的升高,水不断蒸发,气压不断升高。在低压情况下,我们会看到气液两相的并存:有着明显的液面。当接近临界点时(亚临界状态),我们会看到液面渐渐模糊。最后当达到临界点的时候,我们会看到容器里的流体突然发生了变化:界面消失了,气液两相不复存在,它们变成了一体,不分彼此。(图片来自网上)

这时候,水就是超临界状态:既不是气体,也不是液体。

当压力极高的时候,水就总是以冰的形式存在(50GPa以上),无论如何加热都不会使它融化。

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