容器里的水是否会发生变化取决于温度以及这是一个什么样的容器。
这应该是一个足够坚固、不会泄漏,并且是足够耐高温的容器。如果是金属容器,铁肯定不行,它需要是熔点更高的金属,比如一个厚厚的、金属钨做的空心球。
(一颗炙热的金属球)
为什么铁不行?
因为铁的熔点只有1538℃,事实上在这个温度以下铁就会因高温变软,进而在内部强大的水蒸气压力下发生爆炸;与此同时,被高温加热后的水蒸气有极强的氧化性,它可以迅速与铁反应生成氧化铁,即使铁球不爆炸,水中的氧原子也会很快被消耗光。
钨的熔点达3422°C,并且钨不容易被氧气氧化,还能抵抗酸和堿的侵蚀,因此是我们拿来做试验的理想材料。
水在容器里加热后的状态还要看它是否装满。
如果容器中装了一半的水,那么水在加热后会先开始蒸发,然后成为过热蒸汽;而如果容器中全部装满了水,完全没有空隙,则在加热后将不会有蒸发发生,水会在达到373.85度时直接成为超临界液体。
(水分子蒸发与冷凝的微观过程)
当我们继续加热这个密封容器,其内部的水温度也随之继续上升,直到温度达到2200℃时,容器中会有3%的水开始出现热解反应。
(水分子之间靠氢键连接)
我们在开始时说过,铁制的容器不耐高温,因为铁的熔点在1538°C,实际上在加热到1500°C之前,容器内水的巨大压力就已经使其产生爆炸了。另外,高温水蒸汽会与铁发生氧化反应,这事实上也会使水减少。
(水蒸汽压力随温度升高而急剧上升)
当水被加热到2200°C,一部分水分子的氢氧化学键出现断裂,变成氢原子、氧原子、氢气、氧气和氧化氢等物质;而当温度继续上升至3000°C,容器内将有超过一半的水分子被分解为H、H2、O、O2和OH,甚至还会有H?O?和HO?出现。现在你应该明白了为什么我们需要用金属钨来做这个密封容器,因为钨的熔点达到3422°C,它应该可以抵御水热解过程带来的巨大内部压力。
(这是水分子的电解反应,相比之下水热解后的产物要复杂得多)
如果容器内的水没有装满,在水被热解后,它在容器内会是H2O、H、H2、O、O2、OH、H2O2和HO2混在一起的炙热的气态物质;而如果一开始容器内装满了水,那么它在高温热解之后会是两种被打乱元素混在一起的超临界流体“汤”。
如果你继续加热钨容器,在接近钨的熔点时它