这看起来像是一个很傻的问题,因为就连小学一年级的孩子都知道水在0℃时会结冰,中学课本也明确写着水的冰点是0℃,绝大多数的科学资料中也将标准大气压下水的凝固点定为0℃,把这个问题拿出来讨论纯粹就是没事找事。
但事实果真如此吗?我们今天就来说道说道水结冰的科学。
冰
水的冰点其实远低于0℃当我们将一杯自来水放入冰箱,它会在0℃时就冻成冰块,这似乎印证了课本上的说法。但如果你是一个有洁癖的人,你将杯子洗得极干净,再倒上一杯蒸馏水放进冰箱,就可能发现一种奇怪的现象:你从冰箱里取出的还是一杯水,而当你把杯子放在桌子上再往里插进一根吸管时,它冻上了。
如果你嫌洗杯子麻烦,还可以直接把从超市里买来的纯净水直接放进冰箱冰冻室,也可以得到类似的结果。这个实验成功的前提是你放进冰箱的一定是纯净水或蒸馏水,矿泉水或天然水都不行,同时你从冰箱里取出瓶子时动作要十分轻柔,这个道理我们放在下面讲。
一个过冷水的实验
聪明的你一定想到了,这种现象叫“过冷水”。也就是说,你从冰箱里小心拿出来的水实际上已经低于0℃,只是某些条件未满足,它并不会冻成冰。
水为什么结冰?
水在室温下是液体,它由无数水分子组合而成,每个水分子中有一个氧原子和两个氢原子。氧原子的最外层有两个孤对电子,它容易从外界得到两个电子,氢有一个电子,这样氧就与两个氢原子共同结合成了一个米老鼠头形状的水分子,两个氢原子就像米老鼠的耳朵。
水分子3D模型
由于氢原子的电子被吸引到了氧原子的那一边,所以水分子氢原子的这一边带正电,而氧原子那一边就带了负电,这使得水分子有了极性,这是水分子能形成氢键的关键因素。