如果一個絕對密封的容器裝滿水,一直加熱會怎麼樣?

2020-12-03 艾伯史密斯

如果容器是理想剛體(不融化、不反應),那麼水不會減少,水會先轉變為超臨界水,最後成為等離子體;實際當中,超臨界水會和容器發生化學反應,然後水還未轉變為等離子體,容器就已經融化。

我們知道,水的沸點會隨著壓力的增加而增加,比如標準大氣壓下,水的沸點為100℃,10個大氣壓下,水的沸點將上升到180℃。

密封容器裝滿水,在加熱過程中,由於容器限制了水體積的增加,所以內部壓力急劇升高,水的沸點也會隨之升高,變化過程如下。

(1)剛開始容器內部的水為液態,所以水的參數變化,會在三相圖中氣液轉變線上方的液態區域內,也就是圖中的藍色粗線上方(溫度升高、壓力升高的等密度線)。

(2)當溫度高於臨界溫度Tc=374.2℃時,水就會轉變為超臨界水,超臨界水同時具備部分液態水和氣態水的性質,也可以看成氣液混合態,此後無論壓力如何增加,水都不可能變為純液態。

(3)如果繼續對容器進行加熱,內部的壓力上升非常快,直到把容器撐爆。

(4)如果假設容器能繼續承受壓力,那麼內部溫度能上升到1000℃以上,此時高溫水的化學性質非常活波,能和許多金屬單質發生化學反應。

(5)如果繼續加熱容器,就得考慮容器的熔點了,鐵的熔點為1535℃。

(6)如果容器是理想剛體(不融化、不反應),那麼容器內的水在3000攝氏度以上,就會轉變為等離子體,水分子瓦解為氧原子和氫原子,核外電子也會脫離原子核束縛,此時已經沒有任何固體物質能承受。

處於高溫高壓的水,分子熱運動非常劇烈,如果容器的熱脹冷縮率小於水的熱脹冷縮率,那麼內部水的壓力增加將會非常快,或許還沒有到達1000攝氏度,容器就發生爆炸了。

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