水為什麼結冰?

為什麼水會結冰？

溫度高的時候，水分子是不斷運動的，水可以流動。溫度越低，分子運動就越不激烈。當溫度低至冰點的時候，水分子就基本不動了，停住了這是分子間距離相對增加一點，並表現為引力，所以水就不流動了，且冰的體積比水大十分之一。從宏觀上來看——水就結冰了。

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為什麼熱水比涼水更容易結冰？

和以下兩項因素有關：

1、溫度高引起高速的蒸發；

2、溫度高引起的黏度降低。

當水潑出去後，水在地面覆蓋成一層薄的水層，這時候結冰的速度與水的總質量並沒有關係，而是和單位面積水的質量有關，也就是說和水層的厚度直接相關，熱水黏度低，顯然熱水形成的水層就比冷水的要薄，同時，熱水蒸發量大，趨向於水層更容易變薄。因此儘管熱水溫度高，但是水的凝固熱539卡/克，遠遠高於水的熱容1卡/克·度，所以決定凝結速度的並不是溫度。

歷史上所謂的姆潘巴現象並不是起始於姆潘巴本人，最早可能是起始於亞里斯多德。書中是這樣記載：“先前被加熱過的水，有助於它更快地結冰。”這句話的原意本來是指曾經被加熱過冷卻後的“水”（生活中我們一般稱之為“涼開水”或者“熟水”）較之沒有被加熱過的“水”（我們一般稱之為“鮮涼水”或者“生水”）在時間上更易快捷的結冰上凍及早結冰，由於表述上的不清楚和人們理解上的差異，有人把亞里斯多德書中記載的“先前被加熱過的水”理解成高於一般常溫的熱水（如70-80度的準開水。熱水比涼水更容易結冰，這是以訛傳訛，央視10就此問題出過一期節目，證明涼水更容易結冰。這類什麼“水變油”、“N射線”、“姆潘巴現象”偽科學很多。

我們用90℃與30℃進行對比實驗，實驗證明不可能90℃的同樣材料比30℃的先結冰，其主要原因是液體從90℃下降到10℃耗時僅1成，從10℃下降到0℃耗時也為1成，而從0℃的冰固化需8成時間！90℃的與30℃的液體幾乎同時結冰！不可能熱的先結冰！

產生姆潘巴現象的原因

是否有可能90℃的高溫液體比30℃的冷液體先結冰呢？

實驗證明這可能是一個誤解，可能是因為冰箱內溫度不均勻性、材料不同尤其是澱粉多少不同所引起。

1、用儀表測試：

用儀表測試冰箱的最冷處在－25℃時，在有些地方只有－10～－15℃，可相差10～15℃，如果正巧將熱液體放在冷卻管附近，那麼它就會比冷液體先結冰。

2、不同材料有不同冰點：

例如含糖牛奶的冰點會從0℃下降到－10℃。

3、粘度不同其冷卻速度不一樣：

例如當牛奶中放糖後粘度增加，在其盛器表面易先結冰，而中間結冰晚。

4、含水量越少越易先結冰：

當冰淇淋中含糯米、赤豆、綠豆等澱粉狀物質時，易先結冰，而且降溫接近0℃時馬上變得很硬，這是因為含水少，其中水在固化時所需散熱少會先結硬（不同於先結冰）。

5、冰淇淋比純牛奶先結冰：

將一盒市售冰淇淋與同樣重量的牛奶分別盛入二個同樣的盒內加熱到50℃後，同時放入冰箱內，一定是市售冰淇淋先結冰，其原因是市售冰淇淋中含有糊精、增稠劑、乳化劑等，從而導致其先結冰。

6、冰淇淋中含有非液體材質：

實驗證明放入100克的純水或純牛奶不可能在2小時內結冰（冰箱內同時放12盒時，結冰時間為10小時），除非冰淇淋中含有一定量澱粉類物質。

7、澱粉材質中加糖：

實驗證明澱粉類（如稠八寶粥）加糖攪拌後會變稀薄，實驗結果會比不加糖的晚結冰。

為什麼溫水比冷水結冰快?

是因為溫水較冷水膨脹,內部空間較大,密度較小且水分子較活躍,相互碰撞較頻繁。所以,在冬天寒冷的情況下，活躍的水分子把冷氣溫迅速相互傳遞並較為暢通地在密度較小的溫水裡傳播，整體水溫下降的速度也就相對較快。冷水的密度較大，水分子活動也較慢，冷氣溫在冷水裡的整體傳播速度也就較緩慢。所以這時溫水比梗水凍得相對更快。

為什麼水在低於零度才開始結冰

我們在課本上學到，當溫度降到0℃時水就會變成冰。但實際情況並非如此簡單。一方面自然界中的水不是純淨的水，裡面溶解了很多物質，水的凝固點降低，水需在0℃以下才能凍結；另一方面，當溫度剛好由零度以上降到0℃時，水是不會結凍的，因為結冰時放出的潛熱很大，如果正好是冰點，剛生成的冰晶又會很快融化掉。所以，一般溫度在零度以下河水才出現凍結現象。

靜水結冰需要較甚的過冷，實驗室裡曾經記錄到蒸餾水過冷到-20℃還不見冰晶出現的數據。一般靜水冷卻到4℃後，水面繼續降溫，僅能使表層發生冷卻，底層在較長時間裡還是維持在4℃的溫度，所以靜水凍結是從水面開始的。

初冬時節河流淌凌是河流開始結冰的最初階段。河水是洶湧流動的，流水結冰過程與靜水很不相同。流水由於處在流動狀態，紊流擾動強，不僅表層冷卻迅速，就是底層也同時降溫，水面和水內幾乎可以同時結冰。大多數研究者認為，河流結冰是同時在水面和水中發生的。理由是河流混合作用強，在結冰前河水上下都能達到大體相同的溫度，只要有結晶核，就可以在任何地方開始結冰。底冰的存在證明了這種理論的可能性。

河流封凍有二種情況。一種是從岸邊開始，先結成岸冰，向河心發展，逐漸匯合成冰橋，冰橋寬度擴展，使整個河面全被封凍。還有一種是流冰在河流狹窄或淺灘處形成冰壩後，冰塊相互之間和冰塊與河岸之間迅速凍結起來，並逆流向上擴展，使整個河面封凍。

沸水和冷水哪個結冰更快？為什麼呢？

絕對是冷水,說熱水那些是錯的.

詳見:

這個叫潘巴母效應，已經證明是錯的了,是中國三個女生證明的。當時是潘巴母來不及把做雪糕的材料加水的混合液冷卻就放進冰箱冷卻，結果很多冷卻好放進去的雪糕未結冰，但他的卻結冰了——的確是被證明是錯的，當時他產生這樣結果的原因如下：

（1）他是用熱水溶解一些糖做雪糕，來不及冷卻，但這樣，因為糖未完全溶解，所以凝固點比其他人的溶解好的雪糕高，所以先結冰。

（2）他擺得很靠近冰箱的吸熱的管。

（3）礌來實驗之所以也是這樣——思維定勢。

我自己試過，冷水先結冰的

比如一杯水a度，一杯b度（a>b>0），a要到0度，先要達到b。假設先放進A杯，到達b度時放入B杯，它們同時變成0度，所以A杯用更多時間，所以更慢，所以冷水塊！

為什麼純水不會結冰?

熱力學上的冰點是根據水中固、液兩相共存時的溫度

確定的，在標準大氣壓下為0℃。

如果是單就純水來說, 壓力會導致冰點的降低.（但

導致沸點的上升！！）另外，添加水溶性物質,例如鹽，也

是方法之一 ，因為任何物質溶於水時，都會降低水的冰點

（0℃）。至於溫度可降低多少, 這需實驗來說明.

在現實的情況下,是否有凝結核,是個重要因素,有人

向個長者請教,他說:若是純水,全無雜質,在一般大氣壓力

下, 甚至水溫降至零下40度,水仍可維持液態而不結冰, 這是"過冷"（supercooled water）。他又問:如果這"過冷"水,突然受到擾動,是否會瞬間結冰? 長者回答說:不會。（！！）

附圖：（img172.photo.163.com/ivy7070/22937732/576622940.gif）

此圖是所謂冰或水的三相圖（即固、液、氣三相）。

冰、水與水蒸氣同時共存的溫度也就是三相點

是攝氏0.1度水最低溫會隨著壓力增加而下降 但是

請注意圖中壓力的單位以及數值，那可不是一般實

驗可以達到的狀況!

（另：大學熱力學課本(fundamenta訂s of classical thermodynamics,

Gordon J. Van Wylen,Richard E. Sonntag,page 40)有水的相位圖(phase diagram of water),可看出壓力升高,凝固溫度會降低的,只有第一相的冰,其它相的冰,凝固溫度,隨壓力增大而升高,故除了過冷水外,水的最低溫應該是第一,三相冰,與水共存之三相點,由圖上推估之,應是近2000個大氣壓力,約攝氏零下21度.）

所以，如果哪個牛人肯用微積分對付一下上圖，求作極端情況值(如:0℃時,如果出現三相點-沸點,其氣壓是否是負值),應該可以得到精確的解釋.現在我只能說:如果"另"的數據是無誤的,再考慮到非純水中溶液依數性的因素，基本可以肯定，零度的水是可能沸騰的。

（資料來源：www.oh100.com和www.phy.ntnu.edu.tw）

（資料來源：www.oh100.com www.phy.ntnu.edu.tw）

為什麼把水放在冰箱兩個小時拿出來時可瞬間結冰

冰的形成其實是一個結晶的過程，如果原本水中已存在結晶核（冰晶），低於其標準熔點的液體的水分子就會在核周圍形成結晶結構，依附在冰晶上，結成冰的過程就可以進行。但是有些水太潔淨，沒有塵埃和雜質，容器又非常乾淨而平滑，缺少這樣的晶核，冰晶就因無處可依附而不能形成，於是溫度軸上的液體部分可以一直延伸，即使溫度低於冰點（0°），水仍然會維持在液體的狀態，直到均勻核化結晶生成。