热水比冷水结冰快原理(热水为什么比冷水先结冰)
引言
冬天来了，终于可以看到泼水成冰的壮观景象了，不过要千万小心别烫伤。说到这里大家是不是认为小编手误了？没错，就是千万别被烫到。估计玩过泼水成冰的小伙伴都知道，想要泼水成冰至少要满足两个条件：气温要非常低，最好在零下30-40度左右；水温要非常高，最好用开水。如果用凉水，保证失败！这就带来了一个问题，难道热水比冷水结冰更快？
热水比冷水先结冰，不符合正常逻辑
热水确实比冷水先结冰，科学家称这个现象为：姆潘巴现象。所以我们完全不必怀疑这种现象的真实性。但是这个事情确实不符合常理，让我们来推理一下（时间是假定的）：
90℃的热水冷却至20℃，需要时间10秒；20℃的水变成冰，需要时间20秒；如果以上两点成立，可以得出结论，90℃的水变成冰需要的时间为10+20=30秒，20℃的水变成冰需要20秒，所以冷水必然比热水先结冰。
看完上面完美的推理是不是更加想不通了？不光咱们想不通，科学家们同样也想不通。早在公元前亚里士多德就提出了这个问题，随后弗兰西斯·培根、笛卡尔等各位大咖都研究过这个问题，但至今科学界也没有给出明确的解释，所以这个问题的正确答案是：“不知道”。
寻找问题的关键点
无论我们的逻辑推理多么无懈可击，但事实胜于雄辩，所以一定是推理中某个环节出错了。那么问题的关键在哪里呢？看上面这张图，咱们一起来分析一下。首先热水变成常温的水确实是需要时间的，这个没问题。但是由热水冷却到常温的水和一直常温的水继续冷却时，速率就不一样了，也就是说同样是20℃的水，但并不是一种水。好像降温有惯性似的，非常像物理学中的惯性力（可惜惯性力也是谜一样的存在）。当降温形成趋势后，就会有保持降温的倾向。冷水先达到7℃左右，而后热水和冷水几乎同时达到3℃左右，经过一段时间的相变放热，热水先突破了0度结冰。所以上述逻辑推导中，最关键的问题是：由热水冷却到常温的水，与一直保持常温的水是不相同的。
最科学的解释
前面咱们说过了，至今这个问题还在争论中，科学家们并没有达成统一的意见。但问题的关键点我们已经找到了，冷却到常温的水和一直常温的水是不同的。于是科学家从这个关键点出发，给出了很多种解释，但归纳一下主要有两种：
1、实验中水的物理量发生了变化，比如热水蒸发速度快，所以最后冷却时质量减少。这类解释很快就被推翻了，因为早在姆潘巴研究这个问题的时候，就使用了密闭的容器。而且以现在的实验水平，物理量变化的影响是不存在的。
2、认为热水比冷水有更多的凝结核。其实过冷水就是这个原理，纯水在0℃时由于缺少凝结核是无法结冰的，此时如果遇到凝结核会迅速结冰。这个实验大家在家就可以做，把纯净水放入冰箱冷冻一段时间，然后拿出来往里面随便扔点东西，马上结冰。但是这个解释也被推翻了，因为科学家们用纯水做试验同样得到了热水比冷水先结冰的现象。
那么最科学的解释是什么呢？小编认为最靠谱的解释是2013年一位新加坡科学家给出的解释：“造成姆潘巴现象的主要原因是氢键”。
化学键、氢键、分子间作用力
为了把问题说清楚，我们先来看看这三种力。我们知道一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成。那么原子与原子之间的作用力就是化学键，而分子与分子之间的作用力又分为氢键和范德华力。也正是有这两种力的存在，水才不会散开。氢键是分子间的作用力，但它又是原子与原子的相互作用。是不是有点蒙，没关系看下图：
正是由于分子中的氧原子和其他分子中的氢原子相互作用，所以才产生了这样一种分子间的作用力，且比范德华力要大得多。从上面的图中你会发现，由于氢键的存在，水的分子模型是比较混乱的，且由于氢键强于范德华力，所以水分子间的距离更近。这里说更近是与冰相对比的。大家都知道，冰的体积是大于水的体积的。原因就是冰的分子模型是非常整齐的，所以氢键就会大幅减少，而分子间的作用力自然也会降低，导致分子间的距离变大。
现在可以说回热水先结冰的问题了。要从水变成冰就需要先打断氢键，将混乱的水分子模型变成整齐有序的冰分子模型。而热水的氢键比常温水的氢键更长，氢键的力更小，所以在分子重新排列的时候会更容易，速度会更快。所以说造成姆潘巴现象的主要原因是氢键！
结语
其实这个解释也有很多问题，所以在科学界才会争论不休。但小编认为这是最科学的解释了，大家还有更好的解释吗？
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