При какой температуре кипит вода и как понять, что она закипела
. Как вскипятить воду без нагрева
Процесс кипения воды
Принято считать, что вода кипит при 100 °C. Но в действительности заставить воду бурлить можно при температуре ниже этого значения или вовсе без нагрева. Рассказываем, как такое возможно и какая вода закипит быстрее — пресная или соленая.
Что такое кипение
После того как вода закипит, ее температура остается постоянной даже при добавлении большего количества тепла
Кипение — это процесс перехода жидкости в пар во всем объеме вещества [1]. Другими словами, вода закипает вся: на дне и на поверхности. В этом главное отличие кипения от испарения, когда жидкость тоже превращается в пар, но в самом верхнем слое, граничащем с воздухом. С точки зрения физики кипение происходит так [1], [2]:
Процесс кипения воды
- В любой жидкости изначально содержится некоторое количество растворенных газов и воздуха. По мере нагрева они преобразуются в пузырьки, которые сперва появляются на стенках или дне посуды — в местах, где температура выше всего.
- Одновременно начинается испарение. С точки зрения физики это означает, что молекулы воды быстро и хаотично двигаются, аккумулируя энергию. В определенный момент ее становится достаточно для разрыва связей между частицами, и происходит фазовый переход — от жидкости в водяной пар, который испаряется в те самые пузырьки.
- По мере роста температуры давление пара в пузырьках увеличивается, они становятся больше и отрываются от стенок и дна посуды.
- Поднимаясь, пузырьки достигают слоев воды, которые еще не такие горячие, как нижние. От этого пузырьки схлопываются, выделяя акустические волны. Это как раз то самое шипение, которое слышно в момент закипания воды.
- Чем больше пузырьков поднимается наверх и схлопывается, тем активнее слои воды перемешиваются. В итоге весь объем жидкости прогревается равномерно. В этот момент пузырьки с водяным паром уже достигают поверхностного слоя и лопаются там. Вода начинает бурлить. Над кастрюлей появляется горячая дымка или сильная струя пара, который вырвался из пузырьков.
Температура кипения воды
Температура, при которой вода закипает, называется точкой кипения
Температура кипения воды — это общепринятое значение в градусах Цельсиях, равное 100. Когда вода прогревается до этой температуры, она кипит. Но в определенных условиях кипение возможно и при более низких показателях Цельсия. Почему это возможно? Дело в том, что температура кипения — это не только градусы, которые мы ощущаем как «горячо» или «холодно», это еще и величина давления.
За нормальное давление принято 760 мм рт. ст. или 1 атм. При нем вода кипит при температуре 100 °C: давление водяного пара в пузырьках достигает атмосферных значений, они лопаются и высвобождают пар [3]. Однако в разных географических точках давление будет разным. Например, поднявшись в горы, оно снизится, как и температура кипения воды.
На температуру кипения также влияет изначальный состав жидкости, ее молекулярная структура. Так, в одних и тех же условиях обычная чистая вода закипает при 100 °C, а этиловый спирт — при 78,5 °C [4]. Также на скорость и температуру закипания влияют различные примеси в воде, например столовая соль.
Температура кипения соленой воды
Соленая вода кипит при большей температуре, чем чистая. Эту закономерность отражает второй закон Рауля. Он гласит, что повышение температуры кипения пропорционально добавленному в раствор веществу [5]. Если коротко, то чем больше соли насыпать в воду, тем больше тепла понадобится ей для закипания. Это связано с тем, что плотность и теплопроводность воды увеличатся, как и время до бурления. В среднем на каждые 29 г соли, растворенных в килограмме воды, точка кипения повышается на 0,5 °C [6].
Тогда почему при добавлении соли в воду кажется, что она начинает кипеть быстрее? На самом деле вода не начнет кипеть быстрее. Возникающие в этот момент многочисленные шипящие пузырьки — это видимая глазу реакция растворения соли [7]. Быстрее такая вода не закипит, а вот точка кипения повысится.
Температура кипения в зависимости от давления
В физике температуру кипения воды определяют как давление ее паров, равное давлению газа над ней [4]. По сути, равенство этих величин — одно из главных условий для закипания. На практике это означает, что чем ниже давление, тем ниже точка кипения, и наоборот.
Яркий пример этого — попытка вскипятить воду на больших высотах, где атмосферное давление значительно ниже. Например, на вершине Эвереста, расположенной на высоте почти 10 тыс. м, вода начинает кипеть при температуре всего 68 °C [8]. Это происходит потому, что пузырькам воздуха в кипящей жидкости требуется меньше времени, чтобы достичь равновесия с окружающим давлением. Но хотя вода и кипит, ее температура недостаточна для быстрого приготовления пищи. По этой причине опытные альпинисты обычно берут с собой заранее приготовленные продукты, которые нужно лишь разогреть.
Интересный факт: вскипятить воду можно вообще без нагрева, то есть без источника постоянного тепла. Но для этого придется экстремально понизить давление внешней среды. Один из таких опытов выглядит так: стакан с теплой водой помещают под колбу, из которой откачивают воздух. По мере понижения давления вода в стакане начинает бурлить, то есть кипеть.

Как понять, что вода закипела
Закипание воды происходит в несколько этапов
Когда вода начинает сильно бурлить, а с ее поверхности исходит горячий пар — она закипела. Этой точке предшествуют несколько этапов, по которым можно понять, что закипание началось [9]:
- Нагрев. На этой стадии никаких видимых процессов в жидкости не происходит, но на поверхности уже началось испарение. Почувствовать это можно, если поднести руку — ее обдаст еще пока теплым паром.
- Образование пузырьков. При достижении определенной температуры (зависит от давления) испарение начнется во всем объеме жидкости. На стенках сосуда возникнут множественные пузырьки: они будут увеличиваться в размере, соединяться в струи и двигаться кверху. Процесс будет сопровождаться шипением.
- Начало кипения. Достигнув точки кипения, вода начнет бурлить, пузыри будут во всем объеме и больших размеров. Парообразование станет бурным, над поверхностью воды появятся струи горячего пара. Это значит, что вода кипит.
После того как вода закипела, держать дольше на плите кастрюлю не имеет смысла, так как ее температура при нормальном давлении останется постоянной — 100 °C. При этом испарение приобретет более интенсивный характер. Если кастрюлю или чайник не снять с огня, то вся вода попросту выкипит или испарится.