过冷水

因为水中缺少凝结核而引起的现象

过冷水是这样形成的：是因为水中缺少凝结核，或其它原因，在0℃以下还保持着液态，这样的水叫过冷水。其中过冷水的温度低于饱和温度，饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽的温度等于饱和温度，过热蒸汽的温度高于饱和温度。区别于上述概念，在工程热力学中，当水温低于饱和温度时（常压下为100摄氏度）称为过冷水。

定义

简略定义

因为水中缺少凝结核，或其它原因，在0℃以下还保持着液态，这样的水叫过冷水。

详细定义

温度低于凝固点但仍不凝固或结晶的液体称为过冷液体。过冷液体是不稳定的，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。当用适当的方式缓慢冷却饱和溶液时，可使其变成过饱和而不析出溶质的结晶，这种现象也称为过冷，这种溶液称为过冷溶液。过冷溶液也是不稳定的。

当温度低到冰点之下时，若水中没有一个结晶核来结晶，那么即使在0℃之下也不会结冰。如果这个时候放入一点晶核，那么会立即凝结。

过程

水在加热至过热过程中分为5个状态、3个阶段，温度由低到高排列：

（1）过冷水

（2）饱和水

（3）湿饱和蒸汽

（4）干饱和蒸汽

（5）过热蒸汽。

其中，过程（1）~（2）为预热阶段、（2）~（4）为汽化阶段、（4）~（5）为过热阶段。

生成条件

过冷液体产生的原因是因为液体太过纯净，没有凝固所需的“结晶核”所致。当具备凝固所需物质，例如投入少许固体，或摇晃液体，都能让液体迅速凝固。

其实在一个大气压力之下，也存在过冷水和过热水。人们普遍有一个错误认识，那就是由温度和压强决定水的状态。但是那只是达到平衡时的状态。

水的凝结凝固和气化的不平衡状态可以持续相当长的时间。水凝固成冰的一个必要条件是：必须有凝结核。它可以是微小的冰晶，可以是水中的悬浮物，可以是器皿的壁。如果不具备这些条件，液态水可以较长时间保持在冰点以下而不结冰。如果这时突然有凝结核闯入，则结冰异常迅速。如果高空大气中有这样的水滴，对飞机的安全是一个严重挑战。

气态水成液态水也是需要凝结核的。

水的沸腾也需要一个类似的条件，但不是凝结核，而是水中的微小气泡或容器壁表面的微小气泡或是容器表面极其微小的的裂纹中的空气。否则极易形成过热水。（在诸多化学实验中都会在加热液体时放入点瓷片等，就是充当了凝结核的作用，以防止液体的暴沸。）

形态

水在0℃以下不结冰凝固有4种情形：

·水过于纯净

·水中没有能作为晶核的杂质

·水在流动

·高气压，所处压力越高，冰点越低

转化

当达到过冷水的条件时它会马上变成冰。比如天空中的飞机穿过有过冷水的云层时，云中的过冷水遇到飞机，在有凝结核时会马上结成冰，飞机机身就是凝结核，飞机就容易发生坠机事故。

《海尔兄弟》第33集冰川危机其中有个片段就是一个池塘在零下的温度仍未结冰，海尔哥往里面扔了几块石头，于是湖就冻起来了。这是理论上的结果。实际上在这种环境下不可能存在过冷水，空气中有灰尘，水中也有杂质，浮游生物等，都可能作为凝结核。

在儒勒·凡尔纳的《环绕月球》中也有同样的现象

过冷现象

液体或溶液的过冷现象

不止是水，其他液体或溶液也存在过冷现象。

示例

在云层中有许多水滴在温度低于0℃时仍不冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，马上就会冻结成冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴的外部立即冻成冰壳，但它内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结释放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳来得高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的小冰屑，随气流飞到云的上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并停留在云的中下部。

制作方法

实验原理

在一定压力下,当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象，当过冷液体温度升高后，会出现过冷液体凝固的现象。

实验步骤

1.先将冰箱冷冻室温度调至-7℃。 2.再将三瓶矿泉水放入冷冻室，记录时间

3.三天后将矿泉水拿出来观察，发现水还没完全冰冻。 4.同时打开，喝一口，观察，还没冰冻。 5.喝完第二口，观察，发现水冻住，不能喝了。

实验现象解释

过冷现象: 结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。在一定压力下,当液体的温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象,此时的液体称为过冷液体，这是一种热力学上的不稳定状态，在通过外界摩擦等作用下会迅速凝固，并使温度回升，表现于步冷曲线上便是一个V字形。液体越纯，过冷现象越明显。高纯水-40摄氏度才开始结冰。这是因为液体太过纯净，没有凝固所需的“结晶核”所致。当具备凝固所需物质，例如投入少许固体，或摇晃液体，都能让液体迅速凝固。这个实验现象中冰箱拿出来的起始未冻冰的液体是过冷液体。过冷液体是不稳定的，当过冷液体温度上升、被摇晃时反而会出现冰冻现象。

注意事项

1.切记要把瓶子竖着放，并且在整个过程中不要摇动瓶子或冰柜，否则一定失败； 2.瓶子是玻璃瓶装比较好，这样实验效果更明显； 3.拿瓶子时要轻轻取出，并放在固定的地方；

4.喝完第一口时，可以把瓶子竖直拿向下撞一下，也可以发现液体即时冰冻的现象；

（具体过程可参考《名侦探柯南》漫画File.827；TV动画《名侦探柯南》TV 706）

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