1樓：農民聊科學
這看起來像是一個很傻的問題，因為就連小學一年級的孩子都知道水在0℃時會結冰，中學課本也明確寫著水的冰點是0℃，絕大多數的科學資料中也將標準大氣壓下水的凝固點定為0℃，把這個問題拿出來討論純粹就是沒事找事。
但事實果真如此嗎?我們今天就來說道說道水結冰的科學。
冰水的冰點其實遠低於0℃
當我們將一杯自來水放入冰箱，它會在0℃時就凍成冰塊，這似乎印證了課本上的說法。但如果你是一個有潔癖的人，你將杯子洗得極乾淨，再倒上一杯蒸餾水放進冰箱，就可能發現一種奇怪的現象：你從冰箱裡取出的還是一杯水，而當你把杯子放在桌子上再往裡插進一根吸管時，它凍上了。
如果你嫌洗杯子麻煩，還可以直接把從超市裡買來的純淨水直接放進冰箱冰凍室，也可以得到類似的結果。這個實驗成功的前提是你放進冰箱的一定是純淨水或蒸餾水，礦泉水或天然水都不行，同時你從冰箱裡取出瓶子時動作要十分輕柔，這個道理我們放在下面講。
一個過冷水的實驗
聰明的你一定想到了，這種現象叫“過冷水”。也就是說，你從冰箱裡小心拿出來的水實際上已經低於0℃，只是某些條件未滿足，它並不會凍成冰。
水為什麼結冰?
水在室溫下是液體，它由無數水分子組合而成，每個水分子中有一個氧原子和兩個氫原子。氧原子的最外層有兩個孤對電子，它容易從外界得到兩個電子，氫有一個電子，這樣氧就與兩個氫原子共同結合成了一個米老鼠頭形狀的水分子，兩個氫原子就像米老鼠的耳朵。
水分子3d模型
由於氫原子的電子被吸引到了氧原子的那一邊，所以水分子氫原子的這一邊帶正電，而氧原子那一邊就帶了負電，這使得水分子有了極性，這是水分子能形成氫鍵的關鍵因素。
水分子有極性
當許多水分子聚集在一起時，帶負電的氧原子會與另一個水分子帶正電的氫原子相互吸引，從而形成氫鍵，這樣每一個水分子就可能與它周圍四個水分子組成氫鍵。事實上，水的絕大多數物理和化學特性都與這些氫鍵有密切關係。
水分子通過氫鍵結合
由上面的分析我們可以看出，水分子是由氫鍵這種靜電引力相互結合在一起的，由於這種力比較弱，每個水分子都可以在自己的位置上晃動，它們之間也可以隨時變換位置，因此水在常溫下表現為流動的粘性液體。
隨著溫度逐漸降低，水分子得到的能量越來越低，它晃動的幅度越來越小，當氫鍵的靜電力佔優勢時，水分子之間的位置會相對固定下來，從而形成結晶。這就是固體的冰。
水分子在冰晶體中的排列
水發生相變的條件
水通常有氣態、液態和固態三種形式(超流體等等在此處忽略)，這三種形式又被稱為水的三種相，水的相變受溫度和壓力的影響，通常體現在下面這張相變曲線圖上。
水的相變與溫度壓力關係
事實上，當水處於合適的溫度時時，它並不能馬上發生相變，水的凝結還需要另一個重要因素，那就是它需要一個凝結核。這被稱為“成核效應”，無論是氣態水凝聚為液體還是液態水結冰，單有水分子不行，它還需要有雜質參加進來，否則完成相變的溫度會發生大幅度改變。
自然界中的水大多含有豐富的雜質，其中包括一些微小的固體顆粒物和我們看不見的礦物鹽，這些雜質由於與水分子帶有不同的電荷，它們也更容易改變其周圍水分子的運動狀態。研究表明，如果這些雜質顆粒或分子帶有更多的正電荷，它就更容易讓其周圍的水分子減少振動，因為雜質的分子更大，正電荷的雜質會吸引水分子中的氧原子，將其強行固定下來，從而帶動周圍其它水分子成核形成結晶。
所有雪花都是空氣中的水氣在灰塵雜質周圍成核形成的冰晶
純水難以成核凝結
純水大多通過蒸餾或反滲透技術製成，它中間含有雜質數量極少，所以純水缺乏成核條件。現實中製備超純水很難，但科學家們已經通過實驗得出標準壓力下超純水只有在-48.3°c時才會均勻成核，這是因為在超純水中沒有雜質，儘管水分子振動幅度極小，由於沒有成核位置，它與周圍其它水分子之間的氫鍵很難固定下來，這時候水還是液態的過冷水。
過冷水始終處於結晶的臨界狀態，一旦你向其中投入凝結核，或者哪怕是一顆細小的灰塵或冰晶，它會以此為中心以極快的速度結晶，變成一整塊冰。
另一種情況是過冷水發生振動，也會迅速成核結冰。當你用玻璃棒攪動它，或者輕輕敲擊杯子，其中的一部分水分子會因受到振動改變角度，從而與相鄰水分子之間產生距離變化，這種變化會導致分子之間氫鍵的調整，從而快速結晶。
一瓶過冷水受到振動而快速結晶
當條件滿足時，水結冰就很快
高空中的溫度經常低於-10°c，但在這裡的雲層中依然存在大量液態的小水滴和水蒸氣，因為缺乏固體的灰塵和雜質，它們不會結冰。當飛機穿過這些雲層，過冷的小水滴會在機身和機翼上迅速成核結冰，這嚴重影響到航空安全，因此飛行員會根據機載雷達或按照地面指示避開這些雲層。
高空雲層中的過冷水在機翼上結冰會影響飛行安全
當我們從冰箱中取出冷凍的食品時會感覺它粘手，這是由於過低的溫度迅速使我們手指上的汗水結冰，從而將手指與食物凍在了一起。這不需要擔心，因為你手指的溫度可以在幾秒之內融化這薄薄的冰層。
相比之下你更需要留意這樣一個忠告：在北方的寒冬裡，千萬不要嘗試舔戶外的鐵柱子，冰會迅速粘住你的舌頭，給你帶來擺脫不掉的麻煩。
2樓：姜玉
水凝固成冰的一個必要條件是：必須有凝結核。純水是不結冰的，你可以用蒸餾方法得到純水，並且冷卻過程中要保持水均勻受冷、不可有擾動。
則會生成低於0℃的水，這樣的水你扔進去一點雜質就會瞬間結冰,它可以是微小的冰晶，可以是水中的懸浮物，可以是器皿的壁。
3樓：劉心安兒
這是因為溫度比較低，然後這些液體在遇冷之後，就會迅速凝結，然後就會結成冰塊；一般這些水在遇到冷空氣之後，會逐漸凝結，然後慢慢的就會變成冰。
4樓：愛小樹苗
這是因為水遇到了冷空氣，最後凝結成冰，結冰是一個非常快速的過程，如果有一定的溫度的話會瞬間結冰。
5樓：qwq閱讀小棧
原因：外界溫度達到水的凝固點。
結冰過程：水結冰的時候，溫度均為零，因此與之相關的分子平均動能並未改變。而水結冰是一個放熱過程，因此分子勢能發生改變，某一特殊區段內，分子間距離曾丹，分子勢能減小。
此時，水變成冰。
6樓：小明學科學
水在零下攝氏度下就會結冰，這是一個物理變化的過程，低溫下水分子排列變得緊湊有序，因此水變成了晶體，也就是冰。
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