0度以下的液态水

我们的常识是，当水的温度达到零摄氏度时，就会结冰，完成从液态到固态的相变。然而，在某些情况下，水表现出了奇怪的一面:它的温度明明远低于零摄氏度，但它就是不结冰，仍然保持液态。但稍加震动或其他一些干扰，比如加入冰晶等杂质，就会迅速冻成冰。如下图所示。

这种温度远低于零摄氏度却不结冰的水，被称为“过冷水”。那为什么会出现这种奇怪的现象呢？今天就来说说吧。在标准大气压下，为了使水从液态变成固态，必须满足两个条件。第一是温度要小于等于零摄氏度，第二是要有晶核。这两个条件缺一不可。

那么这个晶核是什么呢？其实冰是一种晶体，水从液态变成固态就是水结晶的过程。在结晶的过程中，一定会有一种固体，这种最初的固体叫做晶核。一般来说，我们接触到的水含有大量杂质(自然界的水也含有大量微生物，不要乱喝)。这些杂质被水用作晶核。当温度足够低时，水会附着在这些天然晶核上，迅速结晶成固体。

冷水不结冰的原因是因为缺少晶核。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，即使温度足够低也不会结冰。这就解释了我们在过冷水中加入一种可以充当晶核的物质，过冷水会立刻结冰的原理。

那么，为什么不加杂质的过冷水即使摇晃也会结冰呢？这是因为纯水也可以自己形成冰核，但这需要一定的条件。从物理的角度来说，水要形成晶核，需要克服一个从液体到固体的能量障碍，这个障碍叫做“晶界能”。但静水无法自发克服“晶界能”，需要额外的能量。

当我们摇晃冷水的时候，我们实际上是在给它注入能量。第一个晶核会在有能量的过冷水中形成。一旦晶核形成，其他水就会紧贴着水，以几何速度迅速冻结。在外界条件不变的情况下，过冷水的温度越低，它需要克服的“晶界能”就越小。因此，远低于零摄氏度的过冷水，只需非常轻微的震动，就能迅速完成冻结过程。

现在我们来看看在日常生活中如何才能得到过冷水。有了以上知识，我们知道，要想获得过冷水，必须满足三个条件。第一是温度低于零摄氏度，第二是水不得含有杂质，第三是保持水的稳定和无振动。根据这些条件，我们可以去超市买一瓶纯净水，然后直立放在冰箱的冰柜里。注意，冰柜的温度最好调到零下5摄氏度以下。等一段时间后(时间越长越好，建议2天以上。这段时间千万不要晃动冰箱)。如果你买的纯净水够“纯”，你的冰箱够稳，恭喜你得到过冷水。好好利用它的特性好好玩一玩！

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