快開的水一直從底部冒氣泡的位置有什麼原因？

01-13

為什麼快開的水冒氣泡的位置總是在一個地方而不是其他位置？

可能是因為那個地方溫度稍高一點吧(畢竟溫度不會完全一樣)或者類似於過飽和溶液中的凝結核吧。

先上結論：容器底部具有形核功低、溫度極高兩個特性允許大量的氣泡（成分為空氣和水蒸氣）的形成；在水沸騰之後出現的氣泡僅含有水蒸氣，只要還有液態水的存在氣泡就將源源不斷。

這道題必須從兩方面回答：「固定位置」和「一直」。

先從「固定位置入手」。氣泡冒出，或是說溶於液體的氣體的析出的過程，是一種「相變」的過程，由純凈的液體變為氣體和液體的混合物。因為：（以下引文來源百度百科：相變）

任何氣體或氣體混合物只有一個相，即氣相。液體通常只有一個相即液相。

所以，溶於液體的氣體析出的過程是由「液相」變為「氣相」的過程。眾所周知，物質三態的轉變之間都有能量的交換，「相變」過程也有能量的交換，這種能量交換被稱為「形核功」：

形核功：形成臨界晶核所需要的能量。

也就是說，當氣泡需要析出時必須要有足夠的能量形成「晶核」。而縱觀整個液體內部，發現與容器壁接觸處所需的「形核功」是最低的，這是因為玻璃不論怎麼打磨都不可能做到完全光滑，那麼這些微觀不可見的小凹凸點就為氣泡的產生提供了晶核，這種過程稱為「異質形核」。其所需的能量遠比「均勻形核」，在母相中均勻地生成氣泡來的低，這就解釋了氣泡一般在容器壁上形成的原因。而由於打磨工藝的限制，總有一些點上比其他要更為粗糙，這也大大降低了所需的形核功，從宏觀上看就永遠是這幾個點在形成氣泡。

（有興趣的話請參考我另一個回答：為什麼冰塊會凍出這種規則的氣泡？ - 北極狐的回答 - 知乎）

那麼，我們再說說氣泡在容器底形成的最多，而容器壁其次的原因。需要注意的是，與汽水中二氧化碳析出不同，開水中的溶劑「水」也經歷著三態的變化。如果使用家用煤氣灶加熱水，其外焰溫度可達1400-2000℃（取決於可燃物），而用於加熱的容器是金屬製品，即熱的良導體，處於下層的水在整體的水快開時其溫度想必是極其高的，必將形成大量的水蒸氣。但是由於周圍都是溫度較低的液態水，這些水蒸氣又迅速被冷凝成為液態水的一部分，當然從宏觀上看是無法發現這一液態到氣態再到液態的微觀過程的。

但是由於上述所說，一些溶於水的空氣在容器底部形成氣泡，水蒸氣就會進入這些氣泡中同時使氣泡的體積增加，那麼其排開水的體積就會增加，隨之是氣泡受到的浮力增加到擺脫容器底部對氣泡的附著力使氣泡上浮。而側壁上的溫度遠不及容器底部的溫度，則出現這種現象會比容器底部晚的多，如果水量小甚至不會出現。

隨著氣泡的上浮，水溫逐漸降低使得氣泡內氣壓減小，而另外一些水蒸氣則會被較冷的水重新冷凝回去，這樣一來氣泡漸漸縮小至沒有。

接下來說一下「一直」有氣泡的原因。隨著水繼續吸收熱量，各部分水的溫度均達到沸點開始沸騰。而沸騰僅在表面發生，所以水裡面大量水分子之間的氫鍵已經被打破，形成氣體。宏觀而言，沸騰的水實則是氣態水的液態水溶液。而這些氣態水在高溫下極易析出，其析出的方式就如上述一樣，需要「晶核」和「形核功」，而此時形核功最低處依然是容器底部，這也使得氣泡依然不斷從容器底部析出，只是此時氣泡並不在是水蒸氣和空氣的混合物，而是純凈的水了。

總結一下：容器底部具有形核功低、溫度極高兩個特性允許大量的氣泡（成分為空氣和水蒸氣）的形成；在水沸騰之後出現的氣泡僅含有水蒸氣，只要還有液態水的存在氣泡就將源源不斷。

以上。