為什麼熱水比冷水凝固得快

　　結冰得滿足兩個條件，一是達到臨界形核尺寸的形核核心，二是要有足夠的過冷度。只要滿足上述兩個條件，即使是熱水也能比冷水先結冰。對兩杯完全一樣的水（液體），我們可以認為未加熱前完全一樣，而經過加熱後的水由於溫度高，會使得其中生成大量的矽鎂酸鹽等溶質粒子，而這些溶質粒子會充當結晶過程中的形核點，並且相比於冷水，這些溶質粒子尺寸會更接近臨界形核尺寸，這樣，形核更易進行。而在冷水中這些形核點尺寸會小，更難達到臨界形核尺寸，這也就是說形核過程會更難進行，更難結晶。因為純淨水中幾乎沒有能提供形核點的溶質粒子。

　　只有當冰箱內有顯著溫差、或牛奶含糖量不同、或糖沒有溶解、或做冰淇淋的液體中含有較多澱粉等非液體成分時，“姆潘巴現象”才會出現。這也說明溶質粒子對結冰過程是很重要的，而要使結冰得以進行還得保證足夠過冷度。

　　我們常說兩杯水溫度不同，指的是平均溫度不同，並不是說水中各處溫度都一樣。由平均溫度計算得到的過冷度並不能代表形核區域性的實際過冷度。在凝固未開始前，水中各處溫度相同，過冷度一樣；但凝固一旦開始，那麼這種狀態就會被打破，溶液中各處溫度就會不一樣，過冷度也會呈現差異，過冷度大的地方就會開始優先形核並結晶；同時，由於水中各處溫度不一樣，水中就會形成一個各處溫度梯度不同的溫度場，並進而產生對流。

　　熱量的傳輸方式有三種，傳導傳熱、對流傳熱與輻射換熱。對熱水而言，熱水的溫度高，分子動能較冷水高，其能量交換會比冷水快，在傳熱速率上的表現即為熱水的傳導傳熱和輻射換熱會比冷水強，散熱更快；同時，在凝固過程中形成的對流、氣泡冒出和不均勻的溫度分佈會使得水的對流換熱速率比冷水快，使得水的表面比水底部熱，形成一個熱頂，而熱頂的水散熱會比溫度均勻的快。當熱水冷卻到冷水的初溫時，便會形成一熱頂。因此與平均溫度相同，但溫度均勻的冷水相比，它的冷卻速率會更快，會更易過冷，從而使得結晶更易進行。

　　因為溫水較冷水膨脹，內部空間較大，密度較小且水分子較活躍，相互碰撞較頻繁。所以，在冬天寒冷的情況下，活躍的水分子把冷氣溫迅速相互傳遞並較為暢通地在密度較小的溫水裡傳播，整體水溫下降的速度也就相對較快。冷水的密度較大，水分子活動也較慢，冷氣溫在冷水裡的整體傳播速度也就較緩慢。所以這時溫水比冷水凍得相對更快。

　　水以三種不同的狀態共同存在：液體、固體和氣體。在液態的水中，分子的移動十分自由，水能佔據所給予的各種形狀的容器裡，而在熱水中，分子移動得更為自由，所需的空間也就越大，這就是熱脹冷縮的道理。水中的分子，周圍溫度越冷，分子運動得就越慢，捱得就越緊，所佔空間就越小。但是４攝氏度以下後，分子會形成一定的網格樣排列的形狀，它所佔用的空間比在液態水中的多，所以冰是浮在水上的。

　　簡單地說表面張力受溫度的影響，是完全正確的。矯論溫度，純的液體是不會氣泡的，一定是有表面活性物質在裡面，檜出現起泡現象，而氣泡在熱力學上是不穩定的狀態，有變薄，破裂，回覆液體狀態的趨勢，而有表面活性的物質吸附在氣泡的氣液介面上，形成單分子層，這樣就可以防止薄膜在區域性變得過分薄而破裂，是整體上均的變薄，所以氣泡最終是會破裂的。