開水和涼水哪個先凍成冰塊？

個人認(rèn)為，開水先凍成冰塊。

在同樣的外部條件下，較冷的水總會溶解更多的氣體，而溶解在水中的氣體分子會使周圍的水分子排列得更緊密，從而抑制水的對流，使冷水的凍結(jié)速度比熱水慢。

蒸發(fā)作用

熱水會因蒸發(fā)而失去質(zhì)量，在蒸發(fā)過程中，熱水的熱量會更快地釋放出來。質(zhì)量越小，冷卻速度越快，熱水凍結(jié)速度越快。

熱梯度問題

我們把一杯水放入冰箱后，杯子里的水的冷卻范圍不均勻。具體表現(xiàn)為靠近杯壁的水會迅速降溫，但內(nèi)部水溫下降很小，所以兩者之間的溫度會有差異，從而形成熱梯度，有利于水的對流。

在連續(xù)冷卻過程中，這種熱梯度始終存在，溫度越高，熱梯度越大，內(nèi)部對流也就越強(qiáng)。因此，熱水比冷水冷卻得快。當(dāng)熱水的溫度同時下降到與冷水相同的溫度時，熱水內(nèi)部的對流仍然比冷水強(qiáng)（類似于慣性效應(yīng)），因此比冷水更快地凍結(jié)地面。

過冷水

水凍結(jié)有兩個條件：一是溫度低于零攝氏度；二是必須有晶核。晶核是指水結(jié)晶所必需的固體顆粒。它可以是水中的一種雜質(zhì)，也可以在水中通過外力自發(fā)生成。因此，可以說，在水中不含雜質(zhì)，不受外界能量影響的情況下，水在零攝氏度以下可以保持液態(tài)。這種水叫做過冷水。

需要注意的是，當(dāng)水中雜質(zhì)較少時，過冷水仍然可以形成。過冷水需要低溫冷凍。實(shí)驗(yàn)表明，在這種情況下，冷水的過冷溫度總是低于熱水的過冷溫度。

例如，如果冷水需要零下8攝氏度才能結(jié)冰，而熱水只需要零下2攝氏度，那么當(dāng)冷水和熱水的溫度都降到零下2攝氏度時，熱水就會結(jié)冰，而冷水則會繼續(xù)保持液態(tài)。即使在同一時間，寒冷的溫度已經(jīng)下降到零下7攝氏度，而熱水剛剛下降到零下2攝氏度。在這種情況下，雖然冷水溫度較低，但熱水的凍結(jié)速度仍然較快。

分子解釋

一個水分子是由一個氧原子和兩個氫原子通過一個“共價鍵”組成的。簡單地說，“共價鍵”是兩個或多個原子共享外層電子而形成的化學(xué)結(jié)構(gòu)。由于共享電子停留在氧原子這一端的時間比停留在氫原子末端的時間長得多，所以水分子的氧原子基本上是負(fù)電荷的，而氫原子是帶正電荷的。

在這種情況下，多個水分子會互相吸引。這種相互作用被稱為“氫鍵”。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，溫度會影響液態(tài)水中“共價鍵”和“氫鍵”的長度，即熱水的“氫鍵”比冷水長，“共價鍵”比冷水短。

也就是說，隨著溫度的降低，水分子中的“共價鍵”會變長，而水分子之間的“氫鍵”會變短。需要注意的是，這實(shí)際上是一個能量釋放的過程，隨著持續(xù)的冷卻過程，能量釋放的速度將成倍增加。

我們把一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱后，由于熱水的“氫鍵”較長，“共價鍵”較短，因此這杯熱水的初始能量釋放值高于冷水。因此，在同一時間段內(nèi)，熱水的能量釋放速率將超過冷水，凍結(jié)速度將更快。

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