從小我們就知道,水在溫度達到100攝氏度時就會沸騰。水在這個溫度被燒開之後,我們就可以煮麵條或者煮湯了。但是,這個說法其實並不完全正確。畢竟,在科學領域任何一句話都是相對的概念。所以說,水的沸點也是由很多條件共同決定的。
首先,我們要搞清楚的是:液體怎麼才會沸騰?一種液體,比如說水,是由很多個分子構成的,若這些分子處在一種比較鬆散的狀態,相互之間的作用力就比固態時小—水的固態就是冰,冰的分子間作用力大於水的分子間作用力—那就會以液體的形式存在。
比如,我們所說的水在100攝氏度沸騰,指的是純水和蒸餾水—沒有任何雜質溶於其中的水。然而,我們平時喝的水都含有各種各樣的雜質,你可以隨便從商店裡挑一瓶礦泉水出來,看看上面的成分表,上面都寫著:鈣、鎂、鈉、鐵、碳酸化合物、硫酸化合物……
舉個例子,我們廚房中用的鹽其實就是氯化鈉,當我們往水裡加入足量的氯化鈉時,這杯水的沸點就會升高。也就是說,這個時候要燒開水需要達到比100攝氏度更高的溫度。把1升水的沸點提高1攝氏度需要往裡面加大約58克的鹽。同樣地,這樣也能降低水的凝固點—在這個時候,水在低於0攝氏度的時候才會結冰。這是因為組成氯化鈉的離子融入水分子之中,讓水分子很難凝固成冰。這就是為什麼在寒冷的冬天,我們通常會往公路上撒鹽,就是為了避免水結冰引發的交通事故。
另外,我們平時說水在100攝氏度會沸騰,是通常默認壓強條件是海平面高度上的氣壓大小。要記住:我們通常都會承受一定的壓力(當然了,我指的不是社交軟體裡聊到的工作壓力),所有人都承受著空氣重量帶來的壓力,也就是大氣壓力。同時,這個氣壓也會影響水的沸點—大氣壓越低,液體的沸點就越低。這是為何呢?因為液體中的分子在比較低的氣壓條件下,會更容易掙脫彼此之間的相互作用力,變成氣態。低氣壓不會帶給液體分子那麼大的「束縛」
那麼,怎樣才能降低壓強,讓水在更低的溫度下沸騰呢?很簡單,登上一座高山就行了。大氣壓強來源於位於我們上方的空氣,那麼如果我們所處的位置越高,在我們上方的空氣就越少,壓強也就越小。通過計算得出:海拔每升高10米,就能夠降低1毫米汞柱的壓強(1大氣壓=760毫米汞柱)。所以推算得出:在珠穆朗瑪峰山頂,水的沸點比在阿利坎特[ 阿利坎特:西班牙東南沿海的一個省份。]的沙灘要低一些。
珠峰的海拔為8848米,通過計算,我們可以得出在珠峰頂上水的沸點是86攝氏度。在海拔11000米處,水的沸點是71攝氏度。那麼,在海拔19000米處(等於奧地利人菲利克斯·鮑姆加特納那驚世一跳的一半高度),即所謂的「阿姆斯特朗界線」[ 阿姆斯特朗界線:依照地理位置與大氣環境的差異,通常位於18900~19350米的高空。],又會是什麼樣的情況呢?在這個高度上,大氣壓強是海平面氣壓的十六分之一,此時水的沸點等於人的體溫—36攝氏度。
科學逸事:血液會沸騰嗎?答案是否定的,因為人體的血壓比外界氣壓高70~120毫米汞柱(是的,就是你熟悉的那個體檢項目—測血壓)。海平面的壓強為760毫米汞柱,在這個高度可以算出我們的血壓位於830~880毫米汞柱之間。在這個壓強之下,血液的沸點為47攝氏度。而在血液沸騰之前,我們就會因為被烤焦而死掉。