每日科技名词|过冷

过冷

undercooling，supercooling

定义：实际温度低于平衡相变温度的现象。

学科：材料科学技术_材料科学技术基础_材料科学基础_材料组织结构

相关名词：凝固点 冰点 冰核

【延伸阅读】

我们把逐渐冷却的液体变为固体的温度称为凝固点。水的凝固点也称冰点。我们以水为例来看看什么是过冷。通常，在常压（地表的标准大气压）下，水的凝固点显然应该是0℃，这也是0℃最初的定义。然而，我们却不能就此认为“不可能把液态水冷却到0℃以下的温度”，因为这实际上是可行的。

例如，把自来水灌进塑料瓶放进冰箱的冷冻室，尽量让它慢慢地均匀冷却。当然，只要冷却时间足够长，水总会结冰。但如果时间控制得好，就能够得到温度低于0℃但还没有结冰的水。液体的这种状态称为过冷。

我们把盛有过冷状态的水（以下简称“过冷水”）的塑料瓶慢慢取出，打开瓶盖让水从高处流出倒入容器。这时可见流下的水一接触到容器就变成冰霜状的固体了。这现象是不是有点不可思议呢？这是因为过冷状态的液体具有在受到撞击的瞬间立刻凝固的性质。

那么，为什么在0℃以下都没有结冰的水会瞬间冻住呢？为了回答这个问题，让我们从微观视角来思考一下“从液体到固体的变化”吧。

在水（液体）中，水分子具有能够运动的自由度。相反，在冰（固体）中，水分子互相紧紧吸引，整齐地排列起来。也就是说，水变成冰时，水分子必须排列起来。但是，慢慢冷却水，只是让水分子的运动速度缓慢减小，并没有机会让它们排列起来。正是因为这样，我们才得到了过冷状态的液体。

从高处把过冷水倒入容器，落下时受到的撞击就是使水分子排列起来的触发因素。水分子受到挤压，被迫排列起来，水中就产生了小冰块。

这些小冰块大到一定程度，周围的水分子就会相继不断地排列到一起，冰块也就快速地不断变大。当然，在冰块的体积还不是很大时，也可能重新变成水。但是，冰块越大，就越容易变得更大。只要在一瞬间产生这种临界大小的冰块（冰核），那么水就会很快地结冰。

实际上，冰核可以是悬浮在水中的脏东西、杂质或者容器壁的凸起等。如果你无论怎样小心翼翼地冷冻也不能获得过冷水的话，那么也许就是这些东西在作怪。