為什麼在標準大氣壓下,不存在低於0℃的液態水,也不存在高於0℃的固態冰,不存在超過100℃的液態水,卻存在低於100℃的水蒸氣呢?例如日常空氣中的水蒸氣,甚至在低於零攝氏度的南極,空氣中也是存在水蒸氣的,這又該如何解釋呢?
有一個典型的栗子,比如說玻璃試管加熱,若不放沸石,溫度就嗖嗖嗖的上去了,因為是玻璃壁,非常光滑,幾乎沒有汽化核,所以會變成過熱液體(也就是100度以上的水),這時如果對試管進行擾動(那就是暴沸)或者有沸石(汽化核),那麼液體會沸騰。凝結核同理,再舉個栗子,天上空氣飽和進行降溫,這時空氣會變得過飽和,需有灰塵(凝結核)會開始下雨(當然改變條件可以是下雪)。有一個凝結核的實驗,就是把純的水在玻璃試管裏降溫降溫,變為過冷水(水溫低於0度),拿出來,進行擾動(搖一搖拍一拍),水就一下子變冰了(以前看到過一個魔術的gif便是這個)。
~~目前就想到這些啦~~
(若有錯誤歡迎指出喵)--來自萌萌噠的蘿蔔絲(??ω??)?
過冷水和過熱水都可以存在,不過其實都是些特例啦(沒有凝結核之類的),可以看B站視頻:
與水有關的10個實驗_嗶哩嗶哩 (゜-゜)つロ 乾杯~-bilibili?
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另外,從水的相圖來說,水的三相點(氣液固平衡共存的條件)是0.01攝氏度。所以冰是可以高於0度存在的。
至於低於100攝氏度的水蒸氣,那是因為多組分體系下(或者有空間容納多組分),體系的最終穩定狀態是體系能量最低的時候。以常溫的水舉例,密閉容器條件下,如果水佔了一部分體積,但是有部分空間是真空,那麼體系能量最低的狀態是小部分水變作水蒸氣,維持一定氣壓和液態水共存。而不是液態水和真空這個體系能量最低。