水在0度及0度以下都可结冰。
0度是水和冰的临界温度,水在0度时,为冰水混合物。这里说的都是纯净水,水的纯度会影响它。其实我们平常说的温度,就是一水的标准来规定的,国际是把冰水混合物的温度定为0度,把沸水的温度定为100度,从而来划分温度的。
温度高时水分子动能大而无法牢固产生氢键,分子间以尽可能小的进行杂乱无章的排列。 温度降低后(低于4度),越来越少的分子动能不足以打破产生的氢键,而氢键有一定键长,所以4度以后固定的氢键越来越多。
当0度时所有的分子都被固定在一定区域内,氢键使分子彼此保持一段距离,即为结冰。水结冰体积增加1/10,所以相同质量的水和冰的体积比为10:11。
水瞬间结冰的原理
原理是:过冷。温度低于凝固点但仍不凝固或结晶的液体称为过冷液体。过冷液体不稳定,只要投入少许该物质的晶体,便能诱发结晶,并使过冷液体的温度回升到凝固点。这种在微小扰动下就会很快转变的不稳定状态称为亚稳态。即可快速结冰。
过冷水的状态非常不稳定,稍微受到惊扰就会瞬间结冰,这种不稳定的状态叫做“亚稳态”,如果此时投入少量固体物质,或者轻轻晃动一下,或者提高周围环境温度,水就会立刻结晶凝固。水质越纯净,过冷现象越明显,如果是高纯水,要到零下40℃才会结冰。