В учебниках пишут, что температура кипения воды равна 100°С. При этом считается само собой разумеющимся, что внешнее давление должно составлять 1 атм. Но это понимают не все люди.

Дело в том, что вода кипит не "при 100°С", а при той температуре, когда давление насыщенных паров воды становится равным внешнему давлению. Следовательно, с уменьшением атмосферного давления температура кипения воды уменьшается, с увеличением - растет. Например, это ощутимо в горах: на высоте 3000 м над уровнем моря давление воздуха около 0.7 атм, при таком давлении вода кипит при 89°С; на высоте 6000 м давление около 0.5 атм, температура кипения воды 81°С, а на горе Эверест (высота - 8.8 км) атмосферное давление падает уже до 0.3 атм, что соответствует кипению воды при 68°С.

Если внешнее давление равно, например, 2 атм, температура кипения воды уже составляет около 120°С. Другими словами, если нагреть воду в закрытом сосуде до 100°С, она не будет кипеть, поскольку атмосферное давление равно 1 атм, давление насыщенного пара воды 1 атм, общее давление внутри сосуда 1 + 1 = 2 атм. Кстати, не думайте, что если вы нагреете воду в этом сосуде до 120°С, то она закипит. Пар из закрытого сосуда никуда не девается и повышает внутреннее давление. При 120°С давление в закрытом сосуде с водой составит 1 +2 = 3 атм - вода при таких температуре и давлении кипеть не будет. Зато, если сосуд разгерметизируется, вода бурно вскипит. Почему? Потому, что давление быстро упадет до 1 атм., а температура в первый момент так и останется 120°С.

Как видно из приведенной ниже таблицы, при достаточно низких давлениях температура кипения воды может быть даже ниже комнатной.

Зависимость температуры кипения воды от давления

p		t, (°C)
кПа	кгс/см2
0.981	0.01	6.698
1.961	0.02	17.20
3.923	0.04	28.64
9.807	0.1	45.45
19.61	0.2	59.67
29.42	0.3	68.68
39.23	0.4	75.42
49.03	0.5	80.86
58.84	0.6	85.45
68.65	0.7	89.45
78.45	0.8	92.99
88.26	0.9	96.18
98.07	1.0	99.09
101.3	1.033	100.00
147.1	1.5	110.79
196.1	2.0	119.62
245.2	2.5	126.62
294.2	3.0	132.88
392.3	4.0	142.92
490.3	5.0	151.11
588.4	6.0	158.08
686.5	7.0	164.17
784.5	8.0	169.61
882.6	9.0	174.53
980.7	10.0	179.04
1961	20.0	211.38
2452	25.0	222.90
4903	50.0	262.70
9807	100.0	309.53

Сравнив эту таблицу с таблицей изменения атмосферного давления с высотой (над уровнем моря), можно определить, при какой температуре будет кипеть вода на разных высотах.

Давление атмосферы на различных высотах над Землей
(согласно Енохович А. С. Краткий справочник по физике [ссылка])

Высота,км	Давление, Па	Давление мм рт.ст.
0	101325	760
0.05	100726	755
0.1	100129	751
1	89876	674.1
2	79501	596.3
5	54048	405.4
8	35652	267.4
10	26500	198.8
12	19399	145.5
15	12112	90.8
20	5529	41.5
30	1197	8.98
50	79.8	0.59
100	3.19·10-2	2.4·10-4
120	2.67·10-3	2.0·10-5

К счастью, чтобы увидеть кипение воды при комнатной температуре совсем не обязательно подниматься в стратосферу. Не обязательно даже иметь вакуумный насос, способный создавать разрежение в колбе.

Опыт простой и наглядный [1]. Нам понадобится круглодонная колба с пробкой, которая плотно закрывается, и электрическая плитка. Желательно - штатив.

Я взял литровую колбу, налил в нее примерно 200 мл воды и поставил на электрическую плиту. Вода закипела. Через некоторое время колба заполнилась водяным паром. Закрыл колбу пробкой (герметично), быстро снял с плиты и закрепил над кристаллизатором. Подождал, пока кипение прекратится. Вылил на верхнюю часть колбы холодную воду из кружки.

Вода внутри колбы вскипела, кипение было бурным, с образованием больших пузырей пара. Когда кипение прекратилось, снова облил колбу холодной водой - и так несколько раз. Каждый раз после обливания колбы холодной водой ее содержимое вскипало - несмотря на то, что вода в колбе была уже не горячей, а только теплой.

При обливании колбы холодной водой водяной пар, расположенный в верхней части колбы, конденсируется, давление внутри падает и вода в колбе вскипает. - Просто и наглядно.

Для этого и других экспериментов с разрежением или вакуумом не стоит использовать колбу (или другой сосуд) с плоским дном - он может не выдержать давления атмосферного воздуха и взорваться. Толстостенные стеклянные сосуды с плоским дном способны выдержать вакуум, к сожалению, толстые стенки означают не только механическую прочность, но и плохую термостойкость, а воду нужно кипятить.

Остерегайтесь попадания кипятка на кожу. Не смертельно, но есть риск получить ожоги. Это может произойти, например, если вы неплотно закроете колбу и попытаетесь ее перевернуть.

__________________________________________________
¹ Аналогичный эксперимент - см. статью Кипение воды при комнатной температуре (колба) [ссылка]

Смотреть Видео (123 Мб, .avi )

<Кипение. Пленочное кипение>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Вакуум, опыты с ним (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]