众所周知,当水的温度达到0摄氏度时,它会结冰,完成从液体到固体的相变。然而,在其他时候,水以一种奇怪的方式表现:当它远低于零摄氏度时,它不会结冰。它仍然是液体,但有一点振动或其他干扰,如冰晶和其他杂质的加入,它很快冻结成冰。

在零度以下不会结冰的水被称为过冷水,一些过冷水的温度可以达到零下几十度。那么,为什么会出现这种奇怪的现象呢?我们今天就来讨论这个问题。要使水在标准大气压下从液态变为固态,必须满足两个条件。第一是温度必须小于或等于零摄氏度,第二是必须有晶核。
那么这个晶核是什么呢?冰实际上是一种晶体,水从液体到固体的转变就是水的结晶过程。结晶过程可以在没有固体存在的情况下完成,这种初始的固体称为原子核。一般来说,我们接触到的水中含有大量的杂质。

 

过冷水不会结冰,因为它没有晶核。过冷水通常是没有杂质的纯水,因为水中没有可以作为晶核的固体物质,所以即使温度足够低,也不会结冰。这就解释了为什么当我们向过冷水中加入作为晶核的杂质时,它会立即结冰。那么,为什么在不添加杂质的情况下,只要摇晃过冷水就会结冰呢?这是因为纯水也可以自己形成冰芯,这就是所谓的“晶体”。静止的水不能自发地克服晶界能,这需要额外的能量。
当我们摇动过冷水时,我们把能量注入水中。初始原子核在高能过冷水中形成。一旦原子核形成,其余的水就会附着在原子核上,现在让我们看看如何在日常生活中获得过冷水。

 

有了上面的知识,我们知道要获得“过冷水”,必须满足三个条件,第一是温度在零度以下,第二是水不能有杂质,第三是保持水的稳定性,不能有振动。根据这些情况,我们可以去超市买一瓶纯净水,然后放入冰箱的冷冻室,注意冷冻室的温度最好设置在零下5摄氏度以下。等待一段时间(越长越好,建议超过2天,在此期间不要摇晃冰箱)。如果你买的纯净水足够“纯净”,你的冰箱足够稳定,恭喜你得到了“过冷水”。