这个问题事实上很难的!
首先考虑沸点的问题。
你注意过没有,用锅烧开水的时候,加热一会,就
会看到锅底附近出现许多小泡泡,随着温度不断升高,
泡泡越来越大。这是因为壶底受热快,紧挨壶底的水首
先变成水蒸气,在水中形成泡泡;同时,原来溶解在水
中的空气,也因受热析出、膨胀而形成小气泡,周围的
热水又会向小气泡里蒸发水蒸气,使气泡慢慢变大。当
加热到一定的温度时,水中这些气泡变得相当大,由于
浮力作用就会上升,升到水面便破裂开来。这种在液体
内部和表面同时进行的急剧的气化现象,就叫做沸腾。
这时,我们就说水烧开了。水沸腾时的温度叫做水的沸点,
我们平常说“水的沸点是100℃”,那是指在一个大气压下
(101.5Kpa)水沸腾时的温度。那么水的沸点是不是一成
不变呢?不是的。水的沸点是随大气压强的变化而变化的
:气压增大了,沸点就升高。因为水面上的大气压力,总
是要阻止水分子蒸发出来,所以气压升高的时候,水要化
成水蒸气必须有更高的温度。一般在海拔不高的地面上,
大气压强基本上是一个大气压。低于海平面的地方(如很
深的矿井),气压高于一个大气压,在那里烧水,水的沸
点要升高,据测定,深度增加一公里,水的沸点就提高3度。
相反,气压减小,沸点也就降低。如海拔越高的地方,空
气越稀薄,气压也越低,这个地方水的沸点就降低了。在
世界之巅的珠穆朗玛峰上烧水,只要烧到73.5℃,水就被
烧“开”了。这样的“开水”,不能把饭菜煮熟,也不能
杀死某些细菌。因此,地质工作者和登山队员在高山上工
作时,都要使用高压炊具——高压锅。它是利用高压下沸
点升高的原理制成的。密封的锅盖使锅内的蒸气无法逸出,
因此气压增大,沸点提高,饭菜就熟得快了。
接下来是冰点,因为这里讨论的是水(液态)而非冰(固态)。
热力学上的冰点是根据水中固、液两相共存时的温度
确定的,在标准大气压下为0℃。
如果是单就纯水来说, 压力会导致冰点的降低.(但
导致沸点的上升!!)另外,添加水溶性物质,例如盐,也
是方法之一 ,因为任何物质溶于水时,都会降低水的冰点
(0℃)。至于温度可降低多少, 这需实验来说明.
在现实的情况下,是否有凝结核,是个重要因素,有人
向个长者请教,他说:若是纯水,全无杂质,在一般大气压力
下, 甚至水温降至零下40度,水仍可维持液态而不结冰, 这是"过冷"(supercooled water)。他又问:如果这"过冷"水,突然受到扰动,是否会瞬间结冰? 长者回答说:不会。(!!)
附图:(
http://img172.photo.163.com/ivy7070/22937732/576622940.gif)
此图是所谓冰或水的三相图(即固、液、气三相)。
冰、水与水蒸气同时共存的温度也就是三相点
是摄氏0.1度水最低温会随着压力增加而下降 但是
请注意图中压力的单位以及数值,那可不是一般实
验可以达到的状况!
(另:大学热力学课本(fundamentals of classical thermodynamics,
Gordon J. Van Wylen,Richard E. Sonntag,page 40)有水的相位图(phase diagram of water),可看出压力升高,凝固温度会降低的,只有第一相的冰,其它相的冰,凝固温度,随压力增大而升高,故除了过冷水外,水的最低温应该是第一,三相冰,与水共存之三相点,由图上推估之,应是近2000个大气压力,约摄氏零下21度.)
所以,如果哪个牛人肯用微积分对付一下上图,求作极端情况值(如:0℃时,如果出现三相点-沸点,其气压是否是负值),应该可以得到精确的解释.现在我只能说:如果"另"的数据是无误的,再考虑到非纯水中溶液依数性的因素,基本可以肯定,零度的水是可能沸腾的。
(资料来源:
http://www.oh100.com和
http://www.phy.ntnu.edu.tw)
参考资料:(资料来源:http://www.oh100.com http://www.phy.ntnu.edu.tw)