基本介紹
- 中文名：過冷水
- 外文名：supercooled water
- 形成原因：水過於純淨
- 形態：水中有不能作為晶核的雜質
- 氣壓環境：低氣壓
- 描述：水在流動
- 別名：未飽和水
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定義
簡略定義
因為水中缺少凝結核，或其它原因，在0℃以下還保持著液態，這樣的水叫過冷水。
詳細定義
溫度低於凝固點但仍不凝固或結晶的液體稱為過冷液體。過冷液體是不穩定的，只要投入少許該物質的晶體，便能誘髮結晶，並使過冷液體的溫度回升到凝固點。這種在微小擾動下就會很快轉變的不穩定狀態稱為亞穩態。 當用適當的方式緩慢冷卻飽和溶液時，可使其變成過飽和而不析出溶質的結晶，這種現象也稱為過冷，這種溶液稱為過冷溶液。過冷溶液也是不穩定的。
當溫度低到冰點之下時，若水中沒有一個結晶核來結晶，那么即使在0℃之下也不會結冰。如果這個時候放入一點晶核，那么會立即凝結。
過程
水在加熱至過熱過程中分為5個狀態、3個階段，溫度由低到高排列：
（1）過冷水
（2）飽和水
（3）濕飽和蒸汽
（4）乾飽和蒸汽
（5）過熱蒸汽。
其中，過程（1）~（2）為預熱階段、（2）~（4）為汽化階段、（4）~（5）為過熱階段。
生成條件
過冷液體產生的原因是因為液體太過純淨，沒有凝固所需的“結晶核”所致。當具備凝固所需物質，例如投入少許固體，或搖晃液體，都能讓液體迅速凝固。
其實在一個大氣壓力之下，也存在過冷水和過熱水。人們普遍有一個錯誤認識，那就是由溫度和壓強決定水的狀態。但是那只是達到平衡時的狀態。
水的凝結凝固和氣化的不平衡狀態可以持續相當長的時間。水凝固成凍的一個必要條件是：必須有凝結核。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。如果不具備這些條件，液態水可以較長時間保持在冰點以下而不結冰。如果這時突然有凝結核闖入，則結冰異常迅速。如果高空大氣中有這樣的水滴，對飛機的安全是一個嚴重挑戰。
氣態水成液態水也是需要凝結核的。
水的沸騰也需要一個類似的條件，但不是凝結核，而是水中的微小氣泡或容器壁表面的微小氣泡或是容器表面極其微小的的裂紋中的空氣。否則極易形成過熱水。（在諸多化學實驗中都會在加熱液體時放入點瓷片等，就是充當了凝結核的作用，以防止液體的暴沸。）
形態
水在0℃以下不結冰凝固有4種情形：
·水過於純淨
·水中有不能作為晶核的雜質
·水在流動
·高氣壓，所處壓力越高，冰點越低
轉化
當達到過冷水的條件時它會馬上變成冰。比如天空中的飛機穿過有過冷水的雲層時，雲中的過冷水遇到飛機，在有凝結核時會馬上結成冰，飛機機身就是凝結核，飛機就容易發生墜機事故。
《海爾兄弟》第33集冰川危機 其中有個片段就是一個池塘在零下的溫度仍未結冰，海爾哥往裡面扔了幾塊石頭，於是湖就凍起來了。這是理論上的結果。實際上在這種環境下不可能存在過冷水，空氣中有灰塵，水中也有雜質，浮游生物等，都可能作為凝結核。
過冷現象
液體或溶液的過冷現象
不止是水，其他液體或溶液也存在過冷現象。
示例
在雲層中有許多水滴在溫度低於0℃時仍不凍結，這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩定的，只要它們被輕輕地震動一下，馬上就會凍結成冰粒。當過冷水滴與霰粒碰撞時，會立即凍結，這叫撞凍。當發生撞凍時，過冷水滴的外部立即凍成冰殼，但它內部仍暫時保持著液態，並且由於外部凍結釋放的潛熱傳到內部，其內部液態過冷水的溫度比外面的冰殼來得高。溫度的差異使得凍結的過冷水滴外部帶正電，內部帶負電。當內部也發生凍結時，雲滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的小冰屑，隨氣流飛到雲的上部，帶負電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負電並停留在雲的中下部。
製作方法
實驗原理：
在一定壓力下,當液體的溫度已低於該壓力下液體的凝固點,而液體仍不凝固的現象叫液體的過冷現象，當過冷液體溫度升高后，會出現過冷液體凝固的現象。
實驗步驟：
1.先將冰櫃冷凍室溫度調至-7℃。 2.再將三瓶礦泉水放入冷凍室，記錄時間
3.三天后將礦泉水拿出來觀察，發現水還沒完全冰凍。 4.同時打開，喝一口，觀察，還沒冰凍。 5.喝完第二口，觀察，發現水凍住，不能喝了。
實驗現象解釋：
過冷現象: 結晶時，實際結晶溫度低於理論結晶溫度的現象。在一定壓力下,當液體的溫度已低於該壓力下液體的凝固點,而液體仍不凝固的現象叫液體的過冷現象,此時的液體稱為過冷液體，這是一種熱力學上的不穩定狀態，在通過外界摩擦等作用下會迅速凝固，並使溫度回升，表現於步冷曲線上便是一個V字形。 液體越純，過冷現象越明顯。高純水-40攝氏度才開始結冰。這是因為液體太過純淨，沒有凝固所需的“結晶核”所致。當具備凝固所需物質，例如投入少許固體，或搖晃液體，都能讓液體迅速凝固。這個實驗現象中冰櫃拿出來的起始未凍凍的液體是過冷液體。過冷液體是不穩定的，當過冷液體溫度上升、被搖晃時反而會出現冰凍現象。
注意事項：
1.切記要把瓶子豎著放，並且在整個過程中不要搖動瓶子或冰櫃，否則一定失敗； 2.瓶子是玻璃瓶裝比較好，這樣實驗效果更明顯； 3.拿瓶子時要輕輕取出，並放在固定的地方；
4.喝完第一口時，可以把瓶子豎直拿向下撞一下，也可以發現液體即時冰凍的現象；
