水结冰需要温度小于等于0摄氏度。在水中有冻结核,有了冻结核,乱动着的水分子才能按冰的晶体结构排列起来。还需要水中含有一些小微粒,作为水分子刚开始结冰时的附着物,水中含有的这种小微粒又叫晶核。
水结冰其实是一种结晶的现象,在水结成冰时,水分子的运动不能破坏氢键,氢键起主要作用,它把水分子结起来形成有规则的空间结构结构,在一个晶格中,四个氢原子在正四面体的顶点上,一个氧原子位于四面体的中心。这样,使分子间的空隙变大且保持一定,因此水结成冰时体积变大。而在水中分子运动既能破坏水分子之间的氢键束缚而又不使分子作剧烈运动导致分子间频繁碰撞,各分子间可发生相对滑动而相互交错,这样就会互相填补空隙,因而体积变大。
热水比冷水结冰快。这种现象是姆潘巴现象(Mupainmubar effect),又名姆佩姆巴效应,指在同等体积、同等质量和同等冷却环境下,温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。
对于姆佩巴效应一般会分别考虑这四个因素:
1、蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中,热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少,令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰。
2、溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体,随着沸腾,大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流(因而较易冷却),或减少单位质量的水结冰所需的热量,或者改变沸点。
3、对流——由于冷却,水会形成对流,和不均匀的温度分布。温度上升,水的密度就会下降,所以水的表面比水底部热—叫“热顶”。如果水主要透过表面失热,那么,“热顶”的水失热会比温度均匀的快。
4、周围的事物——两杯水的最后的一个分别,与它们自己无关,而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式,改变它周围的环境,从而影响到冷却过程。
1、海水结冰可以变成淡水,冷冻海水使之结冰,在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去,海水淡化的方法是冷冻法,但冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端。
2、淡水即含盐量小于0.5g/L的水。地球上水的总量为14亿立方千米,地球上的水很多,淡水储量仅占全球总水量的2.53%
在标准大气压下,水结冰的温度是0℃,水沸腾的温度是100℃。沸腾是指液体受热超过其饱和温度时,在液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象。液体沸腾的温度叫沸点。不同液体的沸点不同。即使同一液体,它的沸点也要随外界的大气压强的改变而改变。水在零摄氏度以下由液态凝聚为固体状态,称其为结冰。
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。