如果你曾经烧过水，你会注意到随着水的加热，会形成非常小的气泡，从底部上升到顶部。最初，气泡很少而且相距很远，但随着水变热，更多更大尺寸的气泡开始形成。增加热量进一步导致更大的气泡，这些气泡经常形成并立即上升到顶部。当水开始沸腾时，这种升级达到峰值。

但是为什么沸水会产生气泡呢？

答案与水本身的化学性质有关。更具体地说，它与水中所有溶解的物质有关，以及水分子之间的键合性质。

水分子的化学性质

每个水分子由两个氢(H)原子和一个氧(O)原子组成。两个H原子都与唯一的O原子共价键合。自然界中的每一个元素都力求达到尽可能低能量的状态。这种状态是通过失去或获得电子以达到最近的惰性气体配置来实现的。

氧原子在其价（最外层）壳层中有六个电子。最近的惰性气体氖在其价壳层中有八个电子。因此，O具有获得两个电子并获得稳定电子配置（进入最低能量状态）的强烈趋势。氢在其价壳上有一个电子，而最近的惰性气体氦在其价壳上有两个电子。因此，H倾向于获得一个电子以获得稳定的电子配置。

两个H原子都与O共享一个电子，而O共享两个电子，每个H一个。这是一种共价键。由于一种称为电负性的特性，氧有很强的倾向将共享电子吸引到自身。因此，电子在O原子附近花费的时间多于H原子，导致O上的部分负电荷和H上的部分正电荷。

水分子的几何形状使得电荷不会相互抵消，并且电荷中心是分开的（极化）。当两个轻微极化的水分子相互靠近时，一个分子的部分负O吸引另一个分子的部分正H，形成弱分子间键。这称为氢键，是将水分子保持在一起的力。

由于氢键较弱，水在室温下保持液态，随着温度升高，分子获得更多能量以克服分子间氢键。在100摄氏度时，能量足以使分子脱离。

水中溶解物

只有当两种物质的分子之间存在相互作用时，一种物质才能溶解在另一种物质中。同样，一些气体，例如O2、CO2、N2、NH3和SO2，会溶解在水中，因为水分子和气体分子之间存在一些吸引相互作用。

气体溶解在水中有两种方式：范德华键和氢键。

异核分子（即具有来自不同元素的原子），如NH3或CO2，在原子之间具有电负性差异。N和O分别比H和C更具电负性。因此，N和O保持部分负值，而H和C部分变为正值。这导致NH3和CO2分子的部分极化。

负端（N和O）被吸引到水的部分正H上；同时，正端（H和C）被部分负的水O吸引，这就是氢键。气态分子的极化程度越大，它在水中的溶解性就越好。

同核分子（即具有相同元素的原子），如O2和N2，是非极性的，并且微溶于水（溶解度非常低）。弱的范德瓦尔斯引力将这些气体与水分子结合在一起。这些比偶极-偶极相互作用弱得多。

气体在水中的溶解度随温度升高而降低。

水沸腾时事件的顺序

让我们在室温(25摄氏度)下取液态水。在此温度下，O2的溶解度为8.27mg/L，CO2的溶解度为1.5g/L。随着温度升高，气体和水分子获得更多的动能。这种能量使所有分子更容易克服分子间吸引力。在50摄氏度时，O2的溶解度降至2.75mg/L，CO2的溶解度降至0.75g/L。这种溶解度的降低意味着气态分子可以克服弱的分子间吸引力。由于气体分子的密度低于水的密度，因此它们会以气泡的形式上升到顶部。由于范德华力较弱，N2和O2等同核分子在较低温度下会冒泡。升高温度会进一步导致极性分子（如CO2和NH3）冒泡，这些分子由偶极-偶极相互作用保持。

这种冒泡一直持续到达到水的沸点。水的加热并不完全均匀，这意味着存在温度较高和较低的区域。在90摄氏度以上的温度下，底部附近的一些水分子获得足够的能量以转变为气相。形成气态水区域，从底部升起的巨大气泡表明。此外，由于分子的剧烈运动，对流加热进一步提高了温度。在100摄氏度时，几乎所有的水分子都有足够的动能转变为汽相，水汽的气泡会开始迅速上升！