冷水和熱水，哪個先結(jié)冰？

應(yīng)該是冷水先結(jié)冰

理由：正如上面提到的Mpemba

Effect，它只是對溶液或者懸濁液來說的，都不是純凈的水，而是混合物，而且這種效應(yīng)也只是對特定的混合溶液才能產(chǎn)生的，而不是對所有的液體都適合，所以，對單一的水來說，還是冷水會先結(jié)冰

冷水和熱水哪個先結(jié)冰

熱水先結(jié)冰。

原因：熱水與外界溫差大，熱交換速度快。這一過程中它釋放熱能，使得容器表面的水層的溫度急劇降低，從而凝結(jié)成冰。而且，熱能釋放的載體—水蒸氣的蒸發(fā)，是熱水的總量少于冷水，也是熱水先結(jié)冰的原因之一。

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。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（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。實驗表明，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。

開水和涼水哪個先凍成冰塊呢？

冷水和熱水，誰的結(jié)冰速度更快？把一杯冷水和一杯熱水同時放進(jìn)冷凍室，哪杯水會先結(jié)冰？對于這個問題，我們的直覺告訴我們，冷水的結(jié)冰速度更快，因此必定是冷的那杯水先結(jié)冰。然而實際情況卻并非這么簡單，早在1461年，物理學(xué)家喬瓦尼.馬利亞尼（GiovanniMarliani）就已經(jīng)明確地指出，在有些時候，熱水會比冷水更快地結(jié)冰，但這在當(dāng)時并沒有得到重視。

讓科學(xué)界真正注意到這個現(xiàn)象的，是一位名為伊拉斯特.姆潘巴（ErastoMpemba）的學(xué)生，1963年，姆潘巴在自制冰淇淋的時候，無意中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，但當(dāng)他將這個發(fā)現(xiàn)告訴了他的老師和同學(xué)時，卻沒有人相信他。

不甘心的姆潘巴又想辦法找到了物理學(xué)家丹尼斯.奧斯本（DenisO***orne），后者雖然也不大相信，但為了鼓勵姆潘巴的求知精神，他還是為此精心設(shè)計了一系列的實驗，令他感到驚訝的是，實驗結(jié)果顯示了姆潘巴觀測到的現(xiàn)象真的存在，確實是在有些時候，熱水的結(jié)冰速度更快。

（兩人在2013年的合影，右邊是姆潘巴）

1969年，丹尼斯.奧斯本和伊拉斯特.姆潘巴共同發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)地描述了這種有違常理的現(xiàn)象，不久以后，人們從實驗中證實了這種現(xiàn)象的存在，于是正式將這種現(xiàn)象命名為“姆潘巴現(xiàn)象”（MpembaEffect）。這就意味著，在我們把一杯冷水和一杯熱水同時放進(jìn)冷凍室之后，有可能是熱的那杯水先結(jié)冰。

那么這到底是怎么回事呢？事實上，這是一個還未完全解開的科學(xué)謎題，不過人們還是提出了多種解釋，下面我們就來介紹幾個比較主流的解釋。

水里溶解的氣體

在相同的外部條件下，較冷的水總是會溶解更多的氣體，而溶解在水中的氣體分子會使它周圍的水分子排列得更加緊密，這就抑制了水的對流，進(jìn)而使冷水的結(jié)冰速度比比熱水更慢。

蒸發(fā)的影響

熱水會因為蒸發(fā)而損失質(zhì)量，并且在蒸發(fā)過程中熱水的熱量將會更快地散發(fā)出去，更小的質(zhì)量加上更快的散熱速度，就可能導(dǎo)致熱水的結(jié)冰速度更快一些。

涼水和熱水誰先結(jié)冰？？

熱水先結(jié)冰。

冷卻主要取決于液體表面，冷卻速率決定于液體表面的溫度而不是它整體的平均溫度，液體內(nèi)部的對流使液面溫度維持得比體內(nèi)溫度高，即使兩杯液體冷卻到相同的平均溫度,原來熱的系統(tǒng)其熱量仍要比原來冷的系統(tǒng)損失得多。

從兩個方面詳細(xì)解釋，過程比較復(fù)雜.

1、物理原因

從物理方面來說,致冷有四種并存的機制：輻射、傳導(dǎo)、汽化、對流.通過實驗觀察并對結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)引起熱水比冷水先結(jié)冰的原因主要是傳導(dǎo)、汽化、對流三者相互作用的綜合效果.如果把熱水和冷水結(jié)冰的過程敘述出來并分析其原因就更能說明問題了：

盛有初溫4℃冷水的杯,結(jié)冰要很長時間,因為水和玻璃都是熱傳導(dǎo)不良的材料,液體內(nèi)部的熱量很難依靠傳導(dǎo)而有效地傳遞到表面.杯子里的水由于溫度下降,體積膨脹,密度變小,集結(jié)在表面.所

以水在表面處最先結(jié)冰,其次是向底部和四周延伸,進(jìn)而形成了一個密閉的“冰殼”.這時,內(nèi)層的水與外界的空氣隔絕,只能依靠傳導(dǎo)和輻射來散熱,所以冷卻的速率很小,阻止或延緩了內(nèi)層水溫

繼續(xù)下降的正常進(jìn)行.另外由于水結(jié)冰時體積要膨脹,已經(jīng)形成的“冰殼”也對進(jìn)一步結(jié)冰起著某種約束或抑***用.

盛有初溫100℃熱水的杯,冷凍的時間相對來說要少得多,看到的現(xiàn)象是表面的冰層總不能連成冰蓋,看不到“冰殼”形成的現(xiàn)象,只是沿冰水的界面向液體內(nèi)生長出針狀的冰晶（在初溫低于12℃時,看不到這種現(xiàn)象）.隨著時間的流逝,冰晶由細(xì)變粗,這是因為初溫高的熱水,上層水冷卻后密度變大向下流動,形成了液體內(nèi)部的對流,使水分子圍繞著各自的“結(jié)晶中心”結(jié)成冰.初溫越高,這種對流越劇烈,能量的損耗也越大,正是這種對流,使上層的水不易結(jié)成冰蓋.由于熱傳遞和相變潛熱,在單位時間內(nèi)的內(nèi)能損耗較大,冷卻速率較大.當(dāng)水面溫度降到0℃以下并有足夠的低溫時,

水面就開始出現(xiàn)冰晶.初溫較高的水,生長冰晶的速度較大,這是由于冰蓋未形成和對流劇烈的緣故,最后可以觀察到冰蓋還是形成了,冷卻速率變小了一些,但由于水內(nèi)部冰晶已經(jīng)生長而且粗大,

具有較大的表面能,冰晶的生長速率與單位表面能成正比,所以生長速度仍然要比初溫低的水快得多。

2、生物原因

同雨滴的形成需要“凝結(jié)核”一樣,水要結(jié)成冰,需要水中有許許多多的“結(jié)晶中心”.生物實驗發(fā)現(xiàn),水中的微生物往往是結(jié)晶中心.某些微生物在熱水（水溫在100℃以下一點）中繁殖比冷水中快,這樣一來,熱水中的“結(jié)晶中心”就要比冷水中的“結(jié)晶中心”多得多,加速了熱水結(jié)冰的協(xié)同作用。

圍繞“結(jié)晶中心”生長出子晶,子晶是外延結(jié)晶的晶核.對流又使各種取向的分子流過子晶,依靠晶體表面的分子力,抓住合適取向的水分子,外延生長出分子作有序排列的許多晶粒,懸浮在水中.結(jié)晶釋放的能量則通過對流放出,而各相鄰的冰粒又連結(jié)成冰,直到水全部凍結(jié)為止.

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