@ 2015.03.24 , 17:00

Quora精选:不破容器内的水在无法膨胀的前提下会不会结冰?

如果我将水置于一个牢不可破的容器里,并且没有任何多余空间能够膨胀,把温度降到凝结点,水是否能够结冰?

或者这样说,我们能否单靠通过抑制水的膨胀阻止水结成冰?有人这样试过么?

嗯,这个实验有人做过的。试验结果要看容器壁的强度,在最终撑爆容器之前依然会保持液态。如果真的是牢不可破(这在物理学上是不可能办到的,不过我们做出一个接近牢不可破的容器),那么水会成为一种奇异状态的冰。

下面这张图表标出了可能的结果。

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横轴代表温度,纵轴代表压力。图片中心的红点是0摄氏度,也就是凝结点。在100kPa或者叫一个标准大气压下,只要温度在0摄氏度以下,水便结成冰,也就会膨胀。

不过如果容器壁足够结实能够阻止水的膨胀,那么压力就会上升,水不会继续膨胀。

压强继续增加,就变成了容器壁和结冰过程之间的千古之战。随着压力继续飙升,我们假设已经远远超过10000个大气压,如果你的容器无法撑住这么大的压强(实际上没有什么材料能撑到这里),那么容器将解体,水会膨胀。

好,现在我们假设你的容器很强大,几万个大气压还是不足以撑爆,水就会被迫结晶。这时候水不会以冰结晶的正六边形结晶,取而代之以金字塔形状的“冰六”(Ice VI)结晶。六边形结构占用的空间很多,所以冰要比水疏松。不过冰六可比水更密实,所以水不会膨胀反而收缩。容器内的压力自然不会继续增长。

根据你设计实验的方法不同,你可能得到许多其它形态的冰。

不过这些冰也只能在实验室内看到,用超强容器确实可以保持超冷水(super chilled water,0摄氏度下依然保持液态)一段时间,不过迟早容器都要爆。

本文译自 Quora,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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