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水在真空状态下会结冰吗?

 hercules028 2019-09-16

  在一个密封的透明容器里放一些水,用抽气机不断地抽取容器中的气体,你会发现抽取到一定程度后容器中的水会沸腾,这是因为水的沸点与外界压强有关,压强越小沸点越低。高原地区的大气压强比较小,水的沸点比较低,用水煮饭时就不容易熟。换用高压锅煮饭就能够很快将食物煮熟。


  气压的变化能够影响水的沸点,会不会也能够影响凝固点?不断地降低气压,当接近绝对真空时,水会不会变成固体的冰?

  压强的确会影响水的凝固点,这点可以从水的相图中直接得到。水的固态、液态、气态就是三种相。相图就是在一个坐标系中将固态、液态、气态对应的区域区分开。坐标系的横轴表示温度,纵轴表示压强,不同温度和压强下水是固态、液态还是气态就可以直接在相图中得到。

  

  上图为水的相图,蓝色区域代表固态,绿色区域代表液态,红色区域代表气态。从图中可以看到,当温度低于一定值(251.165K)时,不论外界压强是多少,水都不会以液态的形式存在。当压强低于一定值(611.73Pa)时,不论温度是多少,水也不会以液态的形式存在。在更低压强及更低温度下,水只能以固态的形式存在。

  将水放在一个密封的容器内,不断抽取容器中的气体,水会不断蒸发。压强降低到一定程度后使得水更可能以固态和气态的形式存在。水的蒸发会带走一部分热量,当温度低到一定程度后水就会变成固态的冰。这样就依靠降压将水变成了固态的冰。


  在太阳系海王星之外的柯伊伯带以及更远的奥尔特云有大量的冰块。它们之所以能够保持固态是因为它们满足成为固态冰的条件:那里是一片黑暗寒冷之地,同时外太空中压强几乎为零。水在这样的环境下只能以固态冰的形式存在。

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