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在我们的认知中,水的温度达到100摄氏度就会沸腾,但是降到0摄氏度就会结冰,而我们日常的加热方式最多只能将水加热到100摄氏度。然而,几位来自麻省理工学院的科学家在他们的实验中发现,水的温度不仅可以加热到100摄氏度以上,而且在105摄氏度时也会凝固。他们是怎么做到的?是什么影响了水的沸点和冰点,使水在高于其沸点的温度下会结冰?
首先要知道标准大气压下水的沸点是100摄氏度。这种情况下,水再怎么加热,也只会慢慢蒸发然后变成水蒸气,温度不会进一步升高。所有那些科学家一定是在特殊的实验室条件下做的实验。
那么他们的实验过程到底是怎样的呢?让我详细地看一下。
原来科学家在做实验的时候,为了让水在实验过程中更好的保持稳定性,特意使用了特殊的纳米管。
纳米管为什么特别?
因为它比人的头发细1万倍,比钢硬100倍,而且纳米管具有优异的导热性和导电性,所以它是一种非常昂贵的新材料。科学家只是将水放入纳米管中进行实验。
在他们的实验过程中,纳米管被不断加热。当水达到100摄氏度的时候,就和我们平时烧水的时候一样,开始从液态变成气态。然而,由于纳米管的直径非常小,水从液体变成气体后没有及时挥发。这时,科学家们并没有停止加热纳米管,然后当水温上升到105摄氏度时,它竟然“冻结”了!
这里,其实105摄氏度并不是水变成固体时达到的确切温度,而是科学家默认的水变成固体时的最低温度。
水之所以加热到105℃就会结冰,主要是因为当水的温度不断升高时,水分子的运动状态受到影响,发生了一些变化。在极其微小的纳米管中,水分子无法进行正常的活动,无法像往常一样挥发,其内能无法释放,于是形成了“冰”。这时候水形成的冰和我们平时结冰时形成的冰不一样,其实是。
其实这种现象也是正常的物理现象,并不是偶然发生的。它是有原理支撑的,科学家之所以对这种现象感到震惊,是因为水的这种冰点与他们此前的预期不同。
后来经过多次实验,科学家们还发现,他们在做这个实验的时候,使用的碳纳米管直径不同,会导致后续水结冰的温度不同。例如,当他们在这个实验中使用直径为1.05纳米的碳纳米管和直径为1.06纳米的碳纳米管时,获得的水的冰点将相差10摄氏度。这个现象也可以得到充分的解释。在一个极其狭窄的空房间里,/
那么还有哪些因素会影响水的冰点呢?
水的冰点和冰点或熔点,我们通常所说的冰点,其实是指在标准大气压环境下,水的冰点是零摄氏度。那么如果水不在标准大气压下,它的冰点不会是0摄氏度。
另外,水的纯度也会影响水的冰点。比如我们常见的海水中含有大量的盐,所以海水的冰点和普通的纯净水有很大的不同。海水盐度达到24.695时,海水冰点为零下1.332摄氏度。
除了水,其他物质的熔点都不是一成不变的。
在这里,我们要重申一个物质熔点的概念。物质的熔点是指在一定压力下,纯物质的液态和固态处于平衡状态时的温度。换句话说,在这个压强和熔点温度下,液态的纯物质的化学势等于固态的化学势。
我们先说清楚,熔点是指固体从固态熔化成液态的温度。反之,液体从液态变成固态的温度就是冰点。
首先,大多数物质的熔点,像水,都会受到压力的影响。
而且大部分物质的熔点与压力的关系是,当压力逐渐增大时,其熔点会变高,因为大部分物质的熔化过程实际上是一个体积增大的过程。只是前面说的水比较特殊。当冰融化成水时,它的体积不会变大,反而会逐渐变小。因此,对于像水这样的少数物质,压力越高,其熔点越低。
其次,大部分物质的熔点也与物质中所含的杂质有关。
在日常生活中,大多数物质都不是绝对纯净的,都会不同程度地掺杂一些杂质。即使物质中的杂质量极小,也可能对其熔点产生很大影响。
比如我们在水中加入大量的盐,搅拌使其溶解在水中,水的熔点就会明显下降,海水也是如此。
不知道有没有细心的朋友发现,在冬天,同一地区即使温度相同,河流也会最先结冰,而海水只有达到更低的温度才会结冰。正是因为大量的盐溶解在海水中,海水的熔点才下降。
所以在自然界中,任何物质的冰点都不是不变的,它们会受到压力等各种因素的影响。科学家发现,在纳米管中,水达到105摄氏度就会结冰,这只是自然界中无数正常物理现象之一。我相信,在未来,在人类的共同努力下,我们将继续解开一个又一个谜团,我们将更加了解我们赖以生存的大自然。
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