水可以同时沸腾和冻结吗

    水是我们日常中最常见的一种东西了，我们的生活饮食都离不开水的帮助，水是一个神奇的东西，它有三种状态，可以有气态液态，也可以有固态的水。其他的水就是我们通常所说的水蒸气，那么液态的水就是平时我们所饮用和使用的水，固态的水，就是水凝结成冰之后的状态。

    水在沸腾的时候会把液态的水转化为气态的水，然后其他的水遇到上空的冷空气之后又会液化成液体的水。如果想要水凝固的话，需要达到水的凝固点，大家都知道只有在寒冷状态下水才会凝固，所以水的凝固点通常是零度以下，也就是说零度的时候液体水和固体水是可以共存的，但是如果想要它凝固，应该在零度以下，他才会凝固，所以水在沸腾的时候温度已经达到了100摄氏度，是不可能凝固的。

    水有水蒸气状态，变为液态，叫做液化，那么由液态的状态变成水蒸气的状态叫做蒸发，水在沸腾的时候是一百摄氏度，所以能够达到它的蒸发点，液态水就会蒸发成气态。而由水蒸气转换为液体的水需要达到水的液化点，水蒸气从水中冒出来之后，打到上空遇到冷空气，他就会液化液化成水，所以水在沸腾的过程中，使液态水和气态水相互转化的过程。

    而凝固的话，温度只有达到零度以下才会凝固的，所以在沸腾那种状态下是不可能达到水的凝固。凝固，顾名思义就是凝结成固态，所以沸腾的水突然变成冰，这种现象是不可能存在的。

一般而言很多人都是认为水在沸腾的时候是不能凝固的，但是我认为水在沸腾的时候可以凝固，只是需要加上几个条件。

大气压影响水的沸腾和凝固。

在标准的大气压下，水的沸腾温度是100度，因此大气压越低水的沸腾温度越低，这就是为什么高海拔地区水“烧不开”的原因。

因此，降低大气压，使得水的沸点降到足够的低，那么在低温沸腾下的水就有可能同时凝固。

水的凝固主要是受到温度和介质的影响，纯净的水在标准大气压下是0度凝结成冰。但是要是降低大气压的话水的凝结温度就不在是0度，而是零度以上。

当然最主要的是温度要足够的低。

我们知道热传递的速度是和介质有关的，因此，单单是将沸点不高的水放到一个就算是零下几百度的环境下，也不可能瞬间就凝固。

从化学上来讲，物体温度升高的原因是原子分子由稳定态变成不稳定态剧烈运动所致。因此，减少分子之间的运动态势，就非常有必要。

意思是说，用加快热传导的化学药剂使得温度不高的沸水可以在瞬间冷却凝固。

还有一种更加神奇的东西——绝对零度。

因为绝对零度下分子或者原子之间的运动就完全消失了对于生命来讲就是生命消失。

物体内的分子或者原子不再运动了，对于水而言就会瞬间凝固。所以在水沸腾的时候将这个水所处的环境用物理的方法将其变成绝对零度。

当然，现在的物理体系绝对零度是不能实现的。不过，暗物质和暗能量所构成的物理体系应该来说是可以的。因为暗物质被称之为反物质，与正物质有相互干涉作用。

自然界的一切事物中，唯有水最珍贵。——平达

水是生命之源，是生活中最最常见的物质，在地球上绝大多数的水都以液态的形式存在。就你现在所处的位置而言，我们被大气层包裹着，就像盖了一层厚厚的棉被，再加上太阳的无私奉献，无论是白天还是晚上，液态水几乎可以在地球表面上的任何地方稳定的存在。但我们知道太空的环境与我们在地球上所处的环境截然不同，那如果我们把液态水带到外太空，肯定不是结冰就是沸腾！但是这两种现象哪个先发生呢？

外太空虽然和地球表面只有两处截然不同的地方，但是这两方面非常重要！首先外太空非常寒冷，如果在没有阳光直射下的情况下或者在离恒星非常遥远的地方，其温度只比绝对零度高了不到3K，其次外太空是我们所知最好的无压真空环境。地球上的标准大气压代表着在地球表面每平方米上6×10^22个氢原子的压力，而我们人类创造的最好的真空室压力能下降到标准大气压的1万亿分之一，但星际空间的压力却要比这个数小几百万倍甚至几十亿倍！

　　换句话说，外层空间时与地球上的情况相比，温度和压力都有小的惊人。这里就会出现一个矛盾的地方！你看，如果你把液态水放到一个温度降到冰点以下的环境中，水会很快形成冰晶。更别说太空的零下270.3℃！

如果我们远离任何恒星或光源，太空中唯一的温度就是来自大爆炸留下的辉光：宇宙微波背景。这个辐射海洋的温度只有2.7开尔文，在这个温度下足以把氢冻成固体，更不用说水了。所以，如果我们把水带到太空，它应该会结冰，这没错吧？很符合常理，而且结冰的的速度也异常迅速。

　　但是我们还知道液态水周围环境的压强降低，水的沸点就会降低。这个现象我们非常熟悉，在高海拔地区，水在较低的温度下就会沸腾；这是因为高处的大气稀薄，水表面的压强降低，水分子在获得更小动能的情况下，就会跑出来。如果我们增加水表面的压力，水分子想从水里跳出来就需要更大的动能，也就是温度。

　　在高原地区，气压再小还时有压力的，如果我们把液态水放在真空室中，然后迅速地将空气抽出，在这种极端环境下水会发生什么？

　　水沸腾了，而且沸腾的很厉害！原因在于处于液态的水，既需要有一定的压力范围，也需要一定的温度范围。如果液态水在一个固定的温度下，不断降低周围环境的压力，水就会立即沸腾。

　　同样，如果液态水在一个固定的压强下，不断地降低周围环境温度，就会导致水立即冻结！

　　所以说把液态水放到太空中，其实是对水同时做两件事：把液态水从合适的温度和压力的组合环境中拿出来，移到一个更低的压强和更低的温度环境中，这两个条件一是可以让水沸腾，在一个就是让水结冰。我们可以先把液态水带到国际空间站，在那里有稳定的温度和压力，水可以以液态的形式存在。

　当我们把液态水放入太空，水肯定不会在以液体的形式存在，但是沸腾、结冰两种情况会发生哪一种？

答案是两者都会发生：水会先沸腾，然后在冻结！其实国际空间站的宇航员已经做过这个实验，但这个实验并不是刻意去做的，而是过去宇航员会把在太空中收集到的尿液定期排到太空中，据亲眼目睹的宇航员说：

　将尿液排入太空，会产生剧烈的沸腾。然后水蒸气会立即进入固态，最后会得到一团冰封的尿液结晶。

其中的物理原因是：水的比热容很高。我们经常用水来冷却物体，水在吸收同样的热量下，温度上升的更慢，而降低同样的温度，水损失的热量也更低。

　　所以要想迅速改变水的温度就要大量的损失热量，这个过程稍微有点缓慢，所以让水短时间结冰非常困难的，因为即使是水和星际空间之间的温度梯度很大，但水也能很好地保存热量。此外，由于表面张力的作用，水在空间中往往会保持球形，同样的体积球形表面积最小，这实际上就最小化了水与太空环境交换热量的表面积。所以冻结过程会非常缓慢，除非想办法让每个水分子单独的暴露在真空中。水可能就来不及沸腾！

　　但是对于压强来说没有这么多的限制；压力下降会直接作用到水的表面，可以立即让水沸腾，使水进入气态（水蒸气）阶段！

　　当水沸腾时，气体的体积比液体要大多少，分子间的距离更远。这就是上面说的，让单个水分子暴露在太空，这意味着在水沸腾后，水蒸气可以迅速冻结！我们再看一下水的相图。

　如果温度低于210k，无论压强是多少，水都将进入固态相。所以这就是在太空中水所发生的事情：首先水会沸腾，然后非常细小的雾就会变成了冰，形成脆弱，精细的冰晶。

　其实我们在地球上有一个很好的类比！在一个非常非常寒冷的日子里，温度必须在零下30度或更低，拿一壶刚烧开的水，泼到空中，这就是我们在东北常见的泼水成冰。

　泼出去的水压力会迅速降低！本来水的温度就很高，压力的下降就会引起水快速的沸腾，然后极冷的空气对水蒸气的快速作用会形成冰晶：雪！

　　如果你想把水带到太空，请保护好它！而且我们也能知道水这种东西在宇宙中并不罕见，更不是地球独有的，只是宇宙以另外一种方式将水储存了起来，在宇宙的某个角落只要存在合适的温度和压力肯定也有一个液态水的世界。这不足为奇。

因为水在太空中其实是一种真空的状态，水如果直接从水结为了冰，是非常困难的一件事情。而当时的水如果可以结成冰，必须要来回的变化。水进行一定的物质交换，才可以成为冰，如果企图水可以直接成为冰是完全没有可能的。

物质的转换都需要经过很多的变化，不可以单凭借外界的条件，就迅速的让物质间进行转换。虽然太空离我们比较遥远，将水留在太空上，看它结成冰也是很难看到的。但是太空中其实是一种真空的条件，可以在人为的情况下进行一些模拟，哪怕没有办法达到绝对真空的条件，也可以进行一些实验。

水在空中先沸腾的原因，是因为当时的气温和气压低于水的饱和气温气压，水必须要进行释放自己的热能，释放自己的内能，才可以成为冰。而且在当时真空的条件之下，办法迅速的进行能量转换的，那就是说水只能在太空中放热，没有办法在太空中吸热，所以水的温度只能越来越低，不能越来越高。

不过水在太空的具体变化，而不是以冰的形式存在，变为冰之后还会进行一定的转换，比如他会经过一系列的升华，最后消失在太空当中，如果水只能在太空中结成冰，那么将会对太空中的生物或者是物质造成影响。

不过如果是离太阳比较近的一些地方，这些水也可能没有办法结成冰，他们会直接以水的方式变成水蒸气存在，最后经过太阳的炙热的照射下，消失不见。这就是为什么水在太空中需要经过沸腾才可以冻结，而不是直接的迅速成冰。