水是怎麼結冰的？科學家用了一百年才弄明白，你好意思說你懂？

2023-04-01 05:20:59 1

最近，每個人都體驗到了真正的家的感覺。你還好嗎？現在我已經重返工作崗位，我相信許多人的生活又回到了正軌。想想不久前的一段時間，因為我不能出門，採購成了一個問題。我剛剛趕上家裡燒酒的疲憊，所以我在網上買了一瓶燒酒。

我當時忘記了，我來自東北...

啊啊啊不要在戲裡跳，這不是我的照片...好好談談科學~

當料酒到來的時候，它被稱為真誠啊如果它被扔在地上，玻璃瓶破了，恐怕用料酒做成的冰也不會破。

東北人在冬天收到快遞，總是充滿驚喜。

冰凍成仙水

核桃很難打碎，是不是上帝

特別是對烏龜來說，心理陰影區是什麼起初，我買了一隻烏龜，想把它養起來，但我不認為我只能在家燉...

，不管是什麼，都會凍結...有時候，我真的忍不住要問:為什麼水會結冰？

你可能會說:天氣冷，結冰時就會結冰！

不要看你說的，當然，事實上，這個問題，連科學家都涵蓋了畢竟，水的凍結過程不能用一句冷的話來解釋。科學家想要的是理論基礎和實際觀察結果。僅僅說冷會結冰是不能令人信服的——水分子會感到冷嗎，然後和附近的水分子討論並說，「太冷了，讓我們結冰吧？」然後它凍結了？

(附言:疫情還沒有結束，大家應該理智一點，在最後幾天出去玩)

是一樣的，當水溫降到0℃以下時，它不一定凍結，但一定有晶核一旦有了晶核，水就會很快結冰。當然，晶核不能太小，否則就像宋小寶的拔河一樣。這對其他人來說太難了。

，因此，這個世界將會有一種特殊的水——過冷水也就是說，當水低於理論冰點-0℃時，它仍然呈現液態(當然，壓力應該是正常的，不能是流動的水)根本原因在於沒有晶核。

你可能會問:這很荒謬嗎？根據你所說的，在冰箱裡放一點自來水不是沒有冰嗎？

錯了因為你的水不是水。

可能有點誇張準確地說，你家的水不是純淨水。當我們在學校第一次接觸化學時，我們需要學習的第一件事是物質的分類。由相同的簡單物質或化合物組成的物質稱為純物質，否則稱為混合物。事實上，我們幾乎可以說世界上沒有純粹的物質。我們看到的任何物質，即使是高純度的，也會含有雜質。

包括你家的水，否則，至少裡面有水垢？也許你的淨水器很好，能去除大部分雜質。即便如此，這水裡還有氧氣嗎？否則，水是如何養魚的？

因此，雖然你家裡的水放入冰箱後可能不會自己結晶，但其他物質都在冰點以下，而不是結晶核的作用，結晶核使水凍結。

因此，如果你想得到過冷水，你必須設法提高水的純度。

，然而，過冷水本身是不穩定的只要有一點幹擾，比如給它一個晶核或一種具有類似效果的物質，它就會很快凍結。

記得小時候看動畫片《海爾兄弟》的時候，也有這樣的一集，用這個原理

還有另一個現象，也很有趣。如果你用一根很細的金屬絲切割冰塊，只要冰塊還在，切割的冰塊就會很快重新凝結成一整塊冰。

如果你想看看過冷水是什麼樣子，你不必使用實驗室設備。你不妨買一瓶純淨水(雜質少)-我想你不會不知道純淨水和礦泉水的分類是盲目的-把它放在冰凍層，一段時間後，它會冷卻到冰點以下但是，你要注意兩點:第一，溫度不能太低，淨化水太難；第二是取出時要小心，否則會搖晃得太厲害，很快就會結冰。

這只是礦泉水。如果條件允許，在這個實驗中使用高純度的水更容易得到過冷水。

那麼，如果它是純水，它不可能凍結嗎？

不是更不用說世界上沒有純水的說法了，事實上，如果是純水，當它突破冰點時就會出現晶核。然而，我不知道這種晶核出現背後的原理。感覺更像是運氣...簡而言之，偶爾會出現晶核，為冰凍提供了機會。儘管如此，對於純水來說，凍結速度仍然很慢

理論已被廣泛解釋了100多年，並在教材中教授了很長時間。

，然而，科學家從未見過所謂的晶核每個人都猜測晶核是納米級的，太小了。同時，它將很快導致附近的水迅速結冰，所以它的存在只有幾納秒。這兩個因素很難觀察到有些人簡單地說，「不要談論晶核。只要我不親眼看見，我就不相信他們！」

的問題終於在去年結束了。解決這個問題的，是一群中國科學家，來自中國科學院化學研究所、中國科學院大學和河北理工大學的研究人員——說實話，他們的研究也有點令人尷尬。這家人問「你最近在學什麼」並回答「為什麼水會結冰？」據估計，父母后悔交了學費...

，當然，這是一個笑話畢竟，這是一個困擾人類100多年的命題。能夠解決這個問題也是一大成就。現在我甚至認為只有中國科學家才能真正解決這個難題。因為這個實驗的方法看起來很像曹衝的圖像尋找替代品的原理(只是我的感覺，我不知道他們是否真的受到了這個故事的啟發)正如我們所說，

對於科學家來說很難探測到，因為晶核非常小，而且它的存在時間非常短。因此，中國研究人員改變了他們的想法。他們不是研究晶核本身，而是尋找晶核的替代品。當我們發現替代物達到了晶核的效果——允許水凍結的臨界尺寸，這不是等於找到了晶核的尺寸嗎？

他們選擇了一種叫做氧化石墨烯納米片的材料這種材料的特點是能起到晶核的作用，而且尺寸調整相對簡單。經過一系列實驗，科學家發現只有當氧化石墨烯納米片的橫向尺寸(L)大於200/δT nm的臨界值時，才能有效促進冰核形成

，這與科學家先前推測的數據非常接近。

的科學嚴謹，用這種材料獲得的實驗結果明顯不足。因此，研究人員還用矽酸鎂鋰納米片等材料進行了實驗，結果是相同的。

他們將實驗結果彙編成一篇論文「用氧化石墨烯納米片探索冰形成的臨界核尺寸」，並發表在《自然》雜誌上。在這一點上，已經爭論了100多年的晶核終於被承認了。

水結冰，這是人類已經習慣了幾百萬年的現象，終於有了明確的解釋。

那麼，這個發現的意義是什麼？只是為了驅散人類的困擾嗎？

肯定不是

那可能是為了照顧我們東北人，讓我們不要在冬天收到冷凍冰棍？

雞蛋由東北人接生的可能性更小...

已經掌握了水的凍結機制，可以幫助人類更好地控制水(固體、液體和氣體)的相變這為人類提供了一個機會來控制冷凍食品的新鮮度，並創造一個更有效的防凍層。

在醫療中更為重要。如果我們能通過控制晶核來確保水不被凍結，我們就能更好地凍結和保存人類細胞組織。這不僅有治療效果，還能幫助那些幻想在身患絕症並等待未來治療時通過冷凍技術來維持生命的人。否則，當一個人興高採烈地準備冷凍起來以備將來治療時，其結果是體液凍結並凍死，這似乎太不經濟了...