水結成冰的原理是什麼

　　水結成冰的原理是凝固，下面是原理簡介：

　　凝固是指在溫度降低時，物質由液態變為固態的過程，物質凝固時的溫度稱為凝固點。目前已知的液體幾乎都可以在低溫時凝固成為固體，氦是唯一的例外，常壓下在絕對零度時仍為液體，需加壓才能凝固為固體。大多數的物質其凝固點和熔點溫度相同。但有些物質的凝固點和熔點會不一様。許多液體在凝固時會結晶，形成晶體的固體。結晶的過程是一階的熱力學相變化，在液態固態共存的期間，系統的平衡溫度不變，等於凝固點。結晶主要包括二個現象：成核和晶體生長。成核是指分子開始聚集形成晶核，在奈米尺度以已定義的週期形式排列，其排列方式決定了晶體結構。晶體生長就是晶體持續的變大，最後到達晶核的臨界大小。

　　水變成冰體積變大，因為液態水中水分子之間存在著較強的氫鍵作用力。它比分子間的作用力（範得瓦耳斯力）大得多。當水處於液態時，在氫鍵力的作用下，水分子靠近，在宏觀上就表現為體積小。而變為固體時，水變為晶體，分子排列有了規律，氫鍵的作用力削弱，宏觀的表現為體積變大。

　　水結冰其實是一種結晶的現象，結晶首先需要有凝結核，然後凝結核不斷長大，最終長成大塊晶體。在標準大氣壓下，水結冰的溫度是0℃，水沸騰的溫度是100℃。沸騰是指液體受熱超過其飽和溫度時，在液體內部和表面同時發生劇烈汽化的現象。液體沸騰的溫度叫沸點。不同液體的沸點不同。即使同一液體，它的沸點也要隨外界的大氣壓強的改變而改變。水在零攝氏度以下由液態凝聚為固體狀態，稱其為結冰。

　　水未結冰時，分子間有氫鍵，分子無序排列，分子間距離小故密度相對較大體積小。分子結冰後，晶體中分子排列整齊，破壞氫鍵，分子間主要是範德華力，引力減小，分子間空隙大，故密度小體積大。