热爱105度的你，滴滴清纯的蒸馏水！
本文含有危险操作，请勿在家中模仿
省流版：根据高中物理学到的克劳修斯-克拉伯龙方程，可以求得当水的沸点超过105摄氏度时，环境压强需要达到121千帕（约等于1.2个标准大气压）。因此只需要一个普通高压锅（内部气压可以达到2个标准大气压）烧开水就可以轻松达成“105度的蒸馏水”成就！还有更简单（但比较危险）的方法，参见正文——
什么是蒸馏水？
蒸馏水通常情况下指代的是不含任何杂质（矿物质、其他液体、空气泡）、完全由水分子组成的纯净水。我们都知道水的沸点是100摄氏度，冰点是0摄氏度。但实际上，对于一滴清纯的蒸馏水，0度和100度并非绝对的界限：零下的“过冷水”在自然界广泛存在，100度以上的“过热水”也很不难获取！
方法一：改变气压
地球有大气层，我们都生活在大气层的底部。大气层自然也是受到地球重力约束的——实际上，地球上的每个人头顶都顶着一千多公里高的大气柱子！这个大气柱子在头顶产生的压力除以面积，就是“大气压”。
证明大气压强存在的著名实验——马德堡半球实验
在标准大气压下，水才有0摄氏度的冰点和100摄氏度的沸点。当环境压强发生变化，两种变化发生的温度也会随之调整。按照高中物理知识，水的沸点温度与大气压强的关系可以用克劳修斯-克拉伯龙方程来描述：
对于温度T1=105摄氏度，可以算出需要的压强P1=120517帕斯卡，即120.517千帕，约等于1.2个标准大气压。所以在1.2个标准大气压下，水的沸点就会来到105摄氏度！
水在固-液-气之间转化的过程也叫“相变”，由环境压强和温度决定，我们可以通过“三相图”来查找特定气压和温度下水的状态。当温度超过374摄氏度并且气压超过22064千帕（约218个大气压）时，也就是临界点，水会变成“超临界流体”，难以区分气态或者液态。而在温度为0.01摄氏度并且气压只有611帕斯卡（千分之六个大气压）时，水可以在固、液、气三种状态之间自由转化，这个点也被称为三相点。克劳修斯-克拉伯龙方程描述的就是从三相点到临界点中间的这一段边界线（下图蓝线）。
方法二：没有那么复杂！
直接静置加热到100度以上！
（危险操作，请勿随意模仿）
当温度突破100摄氏度，纯净水如果本身不含任何气泡，那么它不会立即沸腾，比如在微波炉中长时间加热一杯静置的纯净水。这种“过热水”状态可以持续到将近120摄氏度。此时取出这杯水，只要有任何干扰破坏了水滴的表面，引入水泡，液态水内部分子之间的氢键就容易快速断裂，我们就会看到一整杯水在短时间内迅速沸腾，短时间会产生大量超过100摄氏度的高温水汽，极其容易烫伤，没有安全措施的小伙伴请勿尝试！
为什么？首先，微波炉热水时水的整体受热较为均匀，难以出现内部的对流，因此在加热过程中很难出现气泡。而水的沸腾必须要有气泡作为“核”。水从液态变为气态或者液态变为固态的相变过程中，能量方面其实与各类化学反应一样，需要跨越一个“门槛”，称为“激发能”。如果没有外力干扰破坏这个“门槛”，水就会一直保持液态。
汽水的气泡也是如此产生的。汽水里的气泡本质上是溶解在水中的二氧化碳气体。由于二氧化碳的沸点非常低（-78摄氏度），室温经过高压静置后基本没有气泡的汽水，只要稍有晃动就会迅速产生大量气泡。如果加入“曼妥思”糖，糖果表面自带的大量孔隙是极其良好的核化初始点位，会迅速产生巨量气泡。
插入水杯的手指提供了大量可以产生“核”的位点，促使大量气泡产生并附着在手指表面。（不要插入热水哦！）
成核过程（nucleation）与过冷水
类似地，当温度下降到0摄氏度以下时，通常情况下我们会看到水开始结冰的现象。但也有例外：大气层中的云能保持到零下40度都不结冰！
一个简单的过冷水实验：将一瓶未开封的纯净水放进冰箱冷冻室（或者寒冬夜晚的车里）充分冷冻一段时间，然后不管是打开瓶盖，还是用物体敲击瓶身，都可以发现一整瓶水快速冻结为冰的神奇现象。
为什么呢？这是因为水结冰需要有“核”作为起始点，这种“核”可以是微小的难溶固体颗粒，比如沙子、花粉、细菌，也可以是粗糙的固体表面，比如铁栏杆、有污渍的玻璃等。在这样的界面上，液态水中没有规则的水分子更容易排布出冰的晶体结构，可以迅速“成核”冻结，即使这个物体本身温度并不在零下。冬季户外一些物体表面容易结冰、结霜，还有美丽的雾凇现象，往往是悬浮在空气中的水在某个界面上冻结而成。
雪和冰雹的形成，也是由于空气中存在的气溶胶颗粒为过冷水提供了“凝结核”。这样的凝结/冻结过程称为“异质成核”过程，因为水滴的凝固有其他物质参与。如果要让水滴仅依靠自身冻结（均质成核），需要温度降低至-38摄氏度以下！
不正确的方法：破坏蒸馏水的“清纯”
值得一提的是，水中如果存在可溶性物质如食盐、糖等，水的凝固点就会下降，而沸点上升。
水凝固成冰时，散乱的水分子需要依靠稳定的氢键变成更为规则的晶体结构，而外来的离子和分子很容易破坏这些氢键，导致水分子很难凑出规则的冰晶结构，因此凝固点降低。
氢键很容易被外来的“杂质”破坏
水沸腾时，需要使得水的饱和蒸气压超过大气压，而盐离子或者糖分子这些“杂质”则会降低水的饱和蒸气压——简单来说，因为在水面上，“杂质”会取代一部分水分子，从而抑制水的沸腾。这个现象被法国科学家拉乌尔总结为拉乌尔定律：在一种溶液中分子数量占比百分之x的液体成分，蒸气压是其纯液体的百分之x，如下图所示。
盐水、糖水在100摄氏度也不会沸腾，需要提高温度或者降低外界气压。当然，这样一来水也不“清纯”了！
当下一次听到“super idol的笑容”响起，希望你还能记得，105度的蒸馏水并非无稽之谈~
参考资料
Salzman, William R. Clapeyron and Clausius–Clapeyron Equations. Chemical Thermodynamics. University of Arizona.
H. R. Pruppacher and J. D. Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation, Kluwer (1997).
https://en.wikipedia.org/wiki/Nucleation
Meranda, D., & Furter, W. F. (1977). Elevation of the boiling point of water by salts at saturation: data and correlation. Journal of Chemical and Engineering Data, 22(3), 315-317.
来源：石头科普工作室
编辑：夜凌Ryelin
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