При какой температуре кипит вода¶

При какой температуре кипит вода — вопрос, касающийся фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное (кипения). При нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа, или 760 мм рт. ст.) вода кипит при 100 °C (373,15 K). Это значение принято за определение нормального давления и служит эталоном в физике, химии и технике.

¶Факторы, влияющие на температуру кипения

Температура кипения воды зависит не от количества тепла, а от внешнего давления. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот.

При понижении давления вода закипает при более низкой температуре, что используется, например, при выпаривании растворов в вакуумных установках.

¶Кипение на высоте

На высоте над уровнем моря атмосферное давление ниже, поэтому вода закипает раньше. На вершине Эвереста (8848 м) давление составляет около 33 кПа, и вода кипит приблизительно при 71 °C. В горах продукты, которые принято варить при 100 °C, приходится готовить дольше, а для некоторых процессов (например, выпечки) используют скороварки, повышающие давление внутри сосуда.

¶Кипение под давлением

Повышение давления позволяет довести воду до температур, недостижимых при нормальном давлении. Скороварка работает по этому принципу: давление внутри повышается до 1,5–2 атм, температура кипения поднимается до 110–120 °C, что ускоряет приготовление пищи. Промышленные паровые котлы работают при давлениях в десятки и сотни атмосфер, где вода кипит при 200–350 °C. Суперкритические котлы работают при давлении выше критической точки воды (22,064 МПа, 374 °C), где жидкая и газообразная фазы не различаются.

¶Критическая точка воды

Критическая точка воды — состояние, при котором исчезает граница между жидкой и газообразной фазой. Её параметры: температура 374 °C, давление 22,064 МПа, плотность 322 кг/м³. Выше этой точки вода находится в сверхкритическом состоянии — суперкритическом флюиде, обладающем свойствами и жидкости, и газа. Суперкритическая вода используется в промышленности для окисления органических отходов и в экологических технологиях.

¶Точка тройного вещества

Помимо критической точки, важной характеристикой воды является точка тройного вещества — состояние, в котором сосуществуют три фазы: твёрдая, жидкая и газообразная. Для воды она соответствует температуре 0,01 °C (273,16 K) и давлению 611,657 Па. Именно по этой точке была определена шкала Кельвина: 273,16 K принято за точку тройного вещества воды.

¶Примеси и температура кипения

Чистая вода кипит при 100 °C, но наличие примесей повышает температуру кипения. Раствор соли кипит при более высокой температуре: 10%-й раствор поваренной соли закипает примерно при 102 °C. Этот эффект называется повышением температуры кипения и используется при выпаривании морской воды для получения пресной. Обратный эффект — понижение температуры кипения — наблюдается при смешивании воды с органическими растворителями, например, спиртом.

¶Значение в быту и промышленности

Температура кипения воды имеет практическое значение во многих областях:

• Пищевая промышленность — стерилизация, консервирование, выпаривание.
• Энергетика — производство пара для турбин.
• Медицина — стерилизация инструментов и материалов.
• Химическая промышленность — дистилляция и перегонка.
• Быт — приготовление пищи, стирка.

В медицине и лабораторной практике для стерилизации используют автоклавы, где давление повышается до 2 атм, а температура — до 120–134 °C, что обеспечивает уничтожение спор бактерий.

¶Интересные факты

• При понижении давления до 611 Па вода кипит уже при 0 °C, одновременно замерзая — это состояние называется сублимационным кипением.
• В космосе, в невесомости, вода кипит при любой температуре выше 0 °C, так как давление в космосе практически равно нулю. Это создаёт опасность для астронавтов, выходящих в открытый космос без скафандра.
• Температура кипения воды при нормальном давлении была принята за определение градуса Цельсия в 1742 году шведским учёным Андерсом Цельсием.

Источники:

• ГОСТ 8.586.1-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Средства измерений массовой доли воды в жидкостях.
• БСЭ, статья «Кипение».
• «Физическая химия», учебник под редакцией В. А. Кириллова.
• Справочник «Теплотехнические свойства воды и водяного пара».