水结冰真是怪

水是地球上最丰富的液体，也是生命体的最主要成分，而水也是最不简单的液体，藏着一个又一个谜团等待我们去破解，至今我们还不能说对水已经完全了解了。

例如，水结冰时，如果没有杂质、气泡、微小晶粒，又是完全静置，即使水的温度远远低于0℃，水也会保持液体状态而不结冰。例如：一瓶纯净水在零下20℃的冰箱内待了一宿，都还没有结冰，但是一旦把水拿出来，它马上就结冰了。这是因为突然的动荡会导致过冷的水结冰。

当然这是常见的现象，也是已经解决了的问题，不足为奇。但是近来研究者发现，在一些情况下，即使把水的温度降低到零下100多摄氏度，气压升高到几千大气压，水竟然照样还是液体状态！

情况是这样的：研究者把水吹入微小的硅管中，硅管的直径在纳米尺度范围内（1～100纳米），然后把硅管放入低温室内冷冻，即使硅管并没有清洗，充满了微尘，即使温度降到了零下150℃以下，硅管内的水却没有结冰！硅管内的水并不缺少结冰所需的晶核，低温条件也足够，它为什么不结冰呢？

也许是硅管太细小，毛细现象导致气压降低的原因吧！研究者意识到这一点后，把硅管放入压强可以变化的气压室中，结果气压由1大气压升高到3000大气压，硅管内的水还是顽固地保持着液体状态！

不仅如此，研究者发现，在温度处于大约零下60℃时，水虽然没有结冰，但是好像变了一种状态，最明显的就是密度，水的密度突然变小了，体积也突然变大了。这个现象，在上世纪90年代就已经有人发现了：过冷水在一定温度下会发生一种液体状态向另一种液体状态的转变，这两种状态下，水分子的排列完全不同，水的密度也会有突然的变化，与水结冰时密度的突然变化类似，但水却没有结冰。

关于水的结冰，还有一种一般人观察不到的有趣现象。

研究雷雨的科学家在光学显微镜下观察过一滴水的结冰过程。一滴水一般在过冷的情况下（温度略低于0℃）才会结冰，而且是从水滴的最表面开始形成一层冰壳，之后过冷的水滴温度马上跳升到0℃，内部陆续结冰，直到完全变成冰珠，整个过程，水滴的温度基本都是保持在0℃，而这不足为奇。

有趣的是，在整个结冰过程中，从冰壳表面竟然会连续地喷射出大量细微水滴（直径1～20微米），一个结冰过程中的水滴简直就像一个微小的喷雾器！更值得关注的是，喷出的这些细微水滴都是带正电的，结冰中的水滴则是带负电的！

究其原因，还是水在结冰时体积会增大的性质导致的。由于水滴表面的晶核多，温度比水滴内部低，水最先从水滴表面结冰，从而形成一层冰壳。但是内部的水要想结冰，就需要撑开这层冰壳，但每次冰壳被撑开时都会突然而又剧烈，内部未结冰的水分子正在“努力向外用力”呢，冰壳的突然裂开会让它们来不及“刹车”，从而从裂开的缝隙中跑了出来。这就像集体推一面墙，如果墙突然倒下，推墙的人会来不及撤力，而由于惯性，随墙的倒下向前摔个趔趄。

(从容摘自《大科技 · 科学之谜》)