在零下40℃的環境下不停攪拌一盆水，水會結冰嗎？

水有三相，當溫度達到0攝氏度以下時會凝結成固態，這種水的相態變化，已經深深地印刻在我們的腦海里，所以溫度已經成為我們判斷水相態變化的主要依據。但是，我們在日常生活中，還會看到一些特殊的情況，在標準氣壓之下，流動的水即使在零下的溫度也不容易結冰，比如筆者所在的吉林省，松花江穿越吉林市區而過，市區段的河水在零下十幾度時依然奔騰不息，從河水表面蒸發的水汽，有時會在沿河的樹木上聚集凝結，形成美麗的“樹掛”。

那么，假如在零下40攝氏度的環境下，我們不停地攪拌一盆水，那么盆里的水，會不會像流動的河水一樣，在這么低的溫度下也不會結冰呢？

水結冰的機理

水在常溫常壓下呈現液態，構成液態水的水分子中，既有很多單個的水分子，同時也包含由多個水分子結合而成的締合水分子，締合水分子之間的距離要比單個水分子之間的距離要大，所以在不同的溫度條件下，水分子的熱運動水平出現差異，那么對締合水分子之間的氫鍵作用就會產生明顯影響。

溫度越高，水分子的熱動動就越快，水分子之間的氫鍵斷裂的程度就越大，水的“流動性”就會加快，當達到100攝氏度時，就會形成氣態。當溫度低至0攝氏度時，水中締合水分子所占的比例明顯增多，而每個締合水分子中的單個分子排列非常有序，最后水分子所凝結成的固體形態，即為締合水分子的形態。

影響水結冰的主要因素

除了最重要的溫度這一因素外，其實影響水結冰還有其它幾個至關重要的方面。第一個是氣壓，當然在自然環境狀態下，氣壓的變化相對很小，基本可以忽略不計，但是在實驗條件下，氣壓對水相態的變化也有著非常明顯的影響，大家可以從下面水的相態變化圖一窺究竟（之前筆者寫過幾篇這方面的文章，有興趣的可以搜索看一下）。其中，在水從液態到固態的轉變過程中，總體來看，基本上呈現的是壓強越大，從液態到固態轉化，所需要的最低溫度會隨之提升，也就是說，壓力大有助于水的結冰。

第二是水的含鹽量。水的含鹽量，也就是我們通常所說的水中礦物質的含量，一般情況下，水的含鹽量越高，它的冰點就會越低，越不容易結冰。主要原因就是，當礦物質溶解在水中之后，會在電離作用下形成多種離子，并與水結合形成水合物離子，從而在一定程度上阻礙了締合水分子之間的氫鍵結合，所以影響了水中締合水分子的發展壯大，所以水就不容易結冰，比如海水就比淡水的冰點要低。

第三是水中一般要有凝結核。當環境溫度低于0攝氏度時，水體通過熱量傳輸也使得自身溫度逐漸達到與環境溫度相同的狀態，此時含量較多的締合水分子，就會傾向于在一個或者多個凝結核周圍聚集，然后將形成規則排列的晶體結構不斷向外延伸，這就是結冰的“發展過程”。而承擔凝結核功能的主要是水中的雜質、細菌、微生物等，而純凈水由于缺乏必要的凝結核，所以當環境溫度低于0攝氏度時，也不易結成冰，形成了“過冷”水，此時如果向水中加入一點其它物質，或者晃動一下，“過冷”水立馬就會結成冰。

不停攪拌盆里的水，能在低溫狀態下阻止其結冰嗎？

其實，液態水處在低溫狀態下，能否結成冰，剛才前面說的3個因素至關重要，如果不對液態水施加額外的影響，那么經過一段時間，液態水中的熱量就會與環境進行熱交換，最終使二者的溫度趨于一致。而溫度是衡量微觀粒子運動水平的一個宏觀標量，當盆里的水在熱交換過程中，溫度下降至0攝氏度以下，那么一方面水分子熱運動變慢，另一方面締合水分子數量變多，分子規則排列趨勢加劇，自然就會結成冰晶。

那么，在有外界擾動的情況下，盆里面的水能否完全結冰，從宏觀上看就是盆里的水溫度能否低于0攝氏度，而從微觀層面上看，就是締合水分子之間氫鍵的作用力與外力擾動下分子熱運動提升所帶來的破壞力，哪個更占優勢。所以，用力攪拌的結果，從宏觀上看，就是外力克服水的阻力做功，將機械力轉化為水分子的內能，從而在一定程度上提高了水的溫度。從微觀上看，外力擾動下，水分子的熱運動速率有一定程度的提升，從而可以破壞部分締合水分子間的氫鍵作用，從而起到一定的阻礙結冰作用。

但是，問題的關鍵是，在外力的攪拌下，這種阻礙作用到底能達到什么效果？如果通過外力輸入的內能，不能從根本上彌補溫度差帶來的熱量損失，到頭來液態水的整體溫度仍然會持續下降，從而不能完全阻止締合水分子在凝結核上的結晶，攪拌的困難越來越大，最終整盆水也都將全部變為冰塊。那么，假如攪拌的頻率非常快、強度非常大、波動的范圍非常廣，則是有可能完全彌補上液態水的熱量散失消耗，達到一種能量輸入和輸出的平衡，這時候整盆水想完全結成冰是比較困難的，但不排除有許多微小的冰晶存在。

結論

水結成冰，是水分子熱運動下降、締合水分子大量聚集在凝結核上所引發的非晶體向晶體轉變的過程，這個過程的實現以及需要的時間長短，既與溫度高低有關，也與壓力、水的含鹽度、水中的凝結核多少有關，當然也與系統之外的其它因素干擾有關，比如外力和其它能量的輸入。無論是攪拌也好，還是直接加熱也好，只要是輸入能量的速率，大于水體向外界環境散失能量的速率，那么水就不會結冰。

首先你得知道水結不結冰跟攪動流動都沒關系。只要溫度到了該結冰的凝固點，必然要固化成冰。有人說北方的江河水表面才有結冰，其實那是因為河底湖底的水溫比較高，還沒達到冰點以下。水的物理特性比較特殊，零度到零下四度區間體積變化是冷脹熱縮，其他溫度區間是熱脹冷縮。這就可以解釋為什么湖底溫度4°，湖面冰下水溫溫度零度，挨著水的冰也是零度。還覺得流水不能凍冰的想一想冰瀑。

這里有個“如果”問題。如果這個接攪拌力的動能量能夠始終使水處于運動狀態，那么水就不會結為冰。不要說水，就是鐵，在能量足夠大的前提下不斷的攪拌，也會化作鐵水而不會結為鐵塊。

這是因為，一個攪拌的動能使水分子之間產生滑動帶來水的運動，水在運動的過程中克服分子之間的阻力消耗攪拌的動能。這些被消耗的動能戰轉化為水運動的勢能，勢能轉化克服水分子之間的阻力動能，動能的消耗產生熱能抵抗環境溫度。當攪拌動能足夠大使得水分子之間的運動產生的熱能足以抵消環境溫度阻止水溫降至冰點時，水就不會結冰。只有攪拌的動能足夠大，足夠豐富，這盆水就不會結冰。如果有一種超級攪拌能量能夠使鐵分子之間產生滑動，鐵也會變成鐵水。如果這種超級攪拌能量能夠持續不間斷，你鐵也就不會結成鐵塊。道理是一樣的。

不要在零下40度，在零下1度，在常壓下，不停的攪拌一盆水，它也會結冰。原因很簡單，冰在1個標準大氣壓下，0攝氏度就是其冰點，低于0攝氏度，水會變相為固體的冰。

我們知道，常壓下水放置在低于零攝氏度的環境中會結冰；如果我們一直攪拌一盆水，會影響水的結冰速度，此時水是否還能完全結冰將取決于攪動的力度和環境溫度。

在標準大氣壓下，水的冰點為零攝氏度，如果一盆水放在低于零攝氏度的環境中，水的熱能會逐漸散失，然后水的內部開始形成凝結核，凝結核周圍的水分子聚集到凝結核上，使得凝結核逐漸長大并擴散，最終導致整盆水都是“冰冰”的。

從水的結冰原理上我們會發現，水中形成凝結核并擴散是水結冰的關鍵，如果把純水緩慢降至0℃以下，雖然整盆水的溫度都低于了0℃，但是由于水中不含雜質，導致凝結核難以形成，從而得到了不穩定的過冷水，一旦有輕微震動就會形成凝結核，導致過冷水瞬間凝結。

如果我們把水放在零下40℃的環境中并攪拌，水的熱能會快速散失，凝結核在水中形成，但是攪拌會影響凝結核的擴散速度，從而影響水的結冰速度，此時有兩個影響因素；

1、凝結核在水中不斷生長和擴散，環境溫度越低，凝結核的生長速度越快；

2、攪動會破壞凝結核的生長和擴散，攪動力度（或者速度）越大，對凝結核的破壞越嚴重；

情況一：如果凝結核的生長速度大于攪拌對凝結核的破壞速度，那么水中的冰會越來越多，攪拌阻力會越來越大，最終完全攪拌不動，整盆水成了“冰冰”。

情況二：攪拌對凝結核的破壞速度大于生長速度，那么凝結核無法繼續長大，整盆水以冰水混合物的形式存在，如果攪拌力度足夠大，我們甚至看不到宏觀狀態下的冰。

有人可能有疑問了，水在不斷地向環境散失熱能，那么溫度低于零度后怎么辦？

溫度的本質是微觀粒子（這里是水分子）的熱運動，我們攪拌液態水是需要消耗能量的，因為水本身存在粘滯力，攪拌過程克服粘滯力做功，這部分能量最終都會轉化為水的內能，所以上面兩種情況還可以理解為：

情況一：水的熱量散失功率大于攪拌做功的功率，水溫持續降低，最終導致整盆水結冰。

情況二：水的熱量散失功率小于或等于攪拌做功的功率，水溫不變或者升高，此時水溫不會低于冰點太多，整盆水不會完全結冰。

比如在寒冷的冬天，室外溫度低于零攝氏度，沒有流動的水塘很容易在表面結冰，而流動性很強的溪水雖然是“冰冰”的，但是不會完全凍結。

其實關于水結冰的微觀機制，在科學上還是一個懸而未決的問題，物理學家奧斯特瓦爾德在1897年提出相變機制。

水和硅有著類似的配位機制，硅結晶時會由四面體配位的液態，逐漸轉化為四面體配位的結晶態，但是水擁有至少18種晶體結構，結晶過程非常復雜，關于水結晶的微觀細節還有待研究。

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這種問題很容易引起某些歧義，然后進入類似“杠精”的范疇。

首先我們需要明白溫度到底是什么意思，簡單將，溫度就是微觀粒子運動速度快慢的度量。粒子運動速度越快，溫度就越高。運動速度越慢，溫度就越低。

問題中所說的“零下40度的環境”，只是環境溫度是零下40度，并不意味著那盆水的溫度是零下40度。

按照物理學定義，在理想條件下（標準大氣壓），只要那盆水的溫度低于0度，肯定會結冰。這沒什么疑問。

所以，嚴格來講，那盆水到底是水是冰，與外界環境是沒有關系的，取決于水本身的溫度。

有人可能會說：你這不是廢話嗎？

淡定！

重新回歸問題本身，在零下40度環境下攪拌一盆水，如果你攪拌的力量足夠大，的確不會結冰的。

因為攪拌本身就意味著會帶動水分子的運動，只不過平時我們的攪拌對水的影響比較小。比如說一直流動的瀑布，在溫度足夠低的環境下也是會結冰的。流動的瀑布不相當于一直在攪動嗎？

只不過瀑布這種“被攪動”的力量還是比較小的。當攪動的力量足夠大，不要說水了，任何物體都可以成為液態，甚至等離子態。

溫度，就是微觀粒子的運動快慢。你攪動的力量足夠大，讓微觀粒子運動越來越快，當然溫度會越來越高了。

俺不知道呢！不知道是海水都是淡水，是開水還是涼水，是鑄鐵水還是水銀水，是口水還是羊水。所以不知道。

分為幾個方面：

1、看攪動的速度，如果足夠快，它無法結冰，

2、如果中等速度，它會形成冰沙，但仍能攪動，

3、如果很慢，冰沙越來越多，越積越稠，直到攪不動，結冰為一體

以上是零下40度，如果只零下幾度，一般是不會結冰的，"流水不腐戶樞不蠹"意即流動的水不會發臭，不會凍，門軸不會生蟲一個道理

在零下40℃的環境下不停的攪拌一盆水，水會結冰嗎？

回答這個問題，首先我們先看看一個非常直觀的案例，世界三大瀑布之一的尼亞加拉瀑布，在天氣寒冷的情況下凍結成冰，整個瀑布已經完全凍住了。

瀑布這樣水流不息的情況下，照常凍結成冰了，你想：在零下四十度的情況下，水盆攪動的水會是什么樣呢？當然也會凍結成冰，除非你的攪動的能量比瀑布還要大？

水結冰的條件是什么

水凍結成冰是非常常見的一種自然現象，尤其是在冬天，放在屋外的一盆水，只要晚上足夠冷，第二天就有一層厚厚的冰層。夏天也只能在冰箱里可以見到了。

關于水結冰在我們所見到的純凈水中，結冰必須滿足兩個重要的條件：

第一：純凈水結冰必須達到凝點以下，純凈水的凝點是0攝氏度（鹽水、礦泉水的凝點都不一樣）。

第二：水結冰需要一個凝結核，也就是需要一個條件，0攝氏度只是其中的一個條件，另一個非常重要的那就是需要一個介質，比如在真空環境下的水，在零攝氏度以下，任然是液態，而放在空氣中，水會快速結冰。

這一現象的產品主要是大氣環境給誰結冰，提供一個非常重要的環境，常規大氣壓，空氣中的分子運動等等，都為這個環境創造了條件，人們熟知的蒸餾水，在絕對靜止時，即使零下100度也不會結冰，這被稱為過冷水，但稍有震動就會結冰。

冰和氣壓有關系嗎？

我們日常所見到的水結冰在0攝氏度，自然環境下，條件相對來說都非常的簡單，容易實現。但是冰在特殊環境下會是什么樣？比如在高壓環境下的熔點，冰是否有變換。

科學家為此做了大量的特殊環境實驗，得出的一個結論：冰的熔點隨著壓強的增大而減小。科學家發現，冰的熔點和大氣壓發生關系，在低于2200帶氣壓，大約每升高130大氣壓，溫度降低1攝氏度；而在高于2200大氣壓，每升高130，增加以攝氏度。

因此冰的熔點最低是在2200大氣壓下，冰熔點達到零下16.32攝氏度。6380大氣壓和1個大氣壓下的熔點為 0℃，20670大氣壓下水在76℃時才結冰，稱為“熱冰”。

如何讓水不結冰

關于這個問題，只要缺少結冰的兩大條件即可實現。溫度我們可以認為控制，可是空氣大氣壓，我們在日常生活是非常難以避免的，不可能制造出來一個真空環境，讓水不結冰。

這是也是困擾許多科學家的一直研究的一個重要難點和方向，在2019年瑞士科學家發現一種防止水結冰的一種方式，并且這種方式在低級環境下任然可以有效實現。

科學家發明了一種合成的新型脂質，能夠使水保持液態而不結冰。這種新型脂質物質是一種合成脂肪分子，被稱為脂質中間相。這種脂質自主組裝成膜，這些膜聚集在一起。形成小于1納米的微觀通道，通過研究發現在低于零攝氏度，這些薄膜內的水不會結冰。

科學家表示，這樣的脂質的合成和純化是最難的。在這個過程中一個吸水，一個斥水，這樣的研究的環境都是非常難實現的。

因此，在零下40攝氏度的情況下，要想讓水不成冰，需要假如大量的物質改變水的凝點，再通過高能量的轉動，讓水分子活躍起來，這種能力是人力難以實現的。

這個問題不用站在科學角度來解釋，用生活經驗積累就可以讓人心服口服。

本人是東北人，經歷過零下30多度的嚴寒，懂得什么叫滴水成冰。在數九寒天吐口吐沫都是釘，夸張的說，撒泡尿都能凍成冰溜子。

一盆開水放在室外，用不到20分鐘，就會降至冰點，別說是一盆冷水了。

順便再插一個話題，零下40度，在大興安嶺的北極村，如果車輛野外作業，因油路堵塞（高寒的緣故）發動機媳火，用不多長時間水箱就會凍得報廢。

如果是一盆冷水，任你怎樣攪動，恐怕用不到20分鐘就會變成固態冰。而且你攪動的工具也會凍成大冰溜子。

這不同于冬天鑿冰眼打漁，用攪蘿子攪動水體，水面不會結冰。

道理是蓄水的河、湖、泡子都大于盆子。