冷水和熱水，哪個(gè)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(duì)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(duì)特定的混合溶液才能產(chǎn)生的，而不是對(duì)所有的液體都適合，所以，對(duì)單一的水來說，還是冷水會(huì)先結(jié)冰

冷水和熱水哪個(gè)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(gè)先凍成冰塊？

個(gè)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(huì)溶解更多的氣體，而溶解在水中的氣體分子會(huì)使周圍的水分子排列得更緊密，從而抑制水的對(duì)流，使冷水的凍結(jié)速度比熱水慢。

蒸發(fā)作用

熱水會(huì)因蒸發(fā)而失去質(zhì)量，在蒸發(fā)過程中，熱水的熱量會(huì)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(huì)迅速降溫，但內(nèi)部水溫下降很小，所以兩者之間的溫度會(huì)有差異，從而形成熱梯度，有利于水的對(duì)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(duì)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(shí)下降到與冷水相同的溫度時(shí)，熱水內(nèi)部的對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)，熱水就會(huì)結(jié)冰，而冷水則會(huì)繼續(xù)保持液態(tài)。即使在同一時(shí)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(gè)水分子是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子通過一個(gè)“共價(jià)鍵”組成的。簡(jiǎn)單地說，“共價(jià)鍵”是兩個(gè)或多個(gè)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(shí)間比停留在氫原子末端的時(shí)間長(zhǎng)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(gè)水分子會(huì)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(huì)影響液態(tài)水中“共價(jià)鍵”和“氫鍵”的長(zhǎng)度，即熱水的“氫鍵”比冷水長(zhǎng)，“共價(jià)鍵”比冷水短。

也就是說，隨著溫度的降低，水分子中的“共價(jià)鍵”會(huì)變長(zhǎng)，而水分子之間的“氫鍵”會(huì)變短。需要注意的是，這實(shí)際上是一個(gè)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(shí)放入冰箱后，由于熱水的“氫鍵”較長(zhǎng)，“共價(jià)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(shí)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(gè)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(shí)放進(jìn)冷凍室，哪杯水會(huì)先結(jié)冰？對(duì)于這個(gè)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(shí)際情況卻并非這么簡(jiǎn)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(shí)候，熱水會(huì)比冷水更快地結(jié)冰，但這在當(dāng)時(shí)并沒有得到重視。

讓科學(xué)界真正注意到這個(gè)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(shí)候，無意中發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，但當(dāng)他將這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴了他的老師和同學(xué)時(shí)，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(lì)姆潘巴的求知精神，他還是為此精心設(shè)計(jì)了一系列的實(shí)驗(yàn)，令他感到驚訝的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了姆潘巴觀測(cè)到的現(xiàn)象真的存在，確實(shí)是在有些時(shí)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(shí)驗(yàn)中證實(shí)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(shí)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(shí)上，這是一個(gè)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(gè)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(huì)溶解更多的氣體，而溶解在水中的氣體分子會(huì)使它周圍的水分子排列得更加緊密，這就抑制了水的對(duì)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(huì)因?yàn)檎舭l(fā)而損失質(zhì)量，并且在蒸發(fā)過程中熱水的熱量將會(huì)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(duì)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(gè)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(jī)制：輻射、傳導(dǎo)、汽化、對(duì)流.通過實(shí)驗(yàn)觀察并對(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)間,因?yàn)樗筒ＡФ际菬醾鲗?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(gè)密閉的“冰殼”.這時(shí),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(shí)體積要膨脹,已經(jīng)形成的“冰殼”也對(duì)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(shí)間相對(duì)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(zhǎng)出針狀的冰晶（在初溫低于12℃時(shí),看不到這種現(xiàn)象）.隨著時(shí)間的流逝,冰晶由細(xì)變粗,這是因?yàn)槌鯗馗叩臒崴?上層水冷卻后密度變大向下流動(dòng),形成了液體內(nèi)部的對(duì)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(duì)流越劇烈,能量的損耗也越大,正是這種對(duì)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(shí)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(shí),

水面就開始出現(xiàn)冰晶.初溫較高的水,生長(zhǎng)冰晶的速度較大,這是由于冰蓋未形成和對(duì)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(zhǎng)而且粗大,

具有較大的表面能,冰晶的生長(zhǎng)速率與單位表面能成正比,所以生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)）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(zhǎng)出子晶,子晶是外延結(jié)晶的晶核.對(duì)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(zhǎng)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(duì)流放出,而各相鄰的冰粒又連結(jié)成冰,直到水全部?jī)鼋Y(jié)為止.

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