水在零攝氏度以下還能保持液態嗎？

在正常情況下，水在零攝氏就會結成冰。不過，水在零度以下其實可以保持液態。下面有幾種方法可以做到這一點。

首先，物質狀態（無論是氣體、液體還是固體）極大地取決於它的溫度和壓強。對於大多數液體來說，施加壓力會提高液體凝結成固體的溫度。當松散的、曲折運動的液體分子變得足夠慢，並且足夠接近形成穩定的化學鍵將它們釘在合適位置時，固體就形成了。當我們對液體施加壓力時，就是強迫分子一起更加靠近。因此，即使它們的溫度高於標準壓力下的冰點，它們也能穩定成鍵並變成固體。

然而，水是獨一無二的。水分子在結合成固體晶體結構時會擴展。這種擴展行為使冰的密度比液態水要小，導致冰漂浮。水分子在冰凍期間的擴展行為也意味著對水施加壓力降低了冰點。如果施加足夠的壓力（使水分子很難擴展成固體結構中），就可以在零下攝氏幾度擁有液態水。

即使不施加壓力，仍然可以在零度以下使用添加劑來獲得液態水。像鹽這樣的添加劑會干擾形成固體所需的化學結合，因此可以降低水的冰點。鹽是由鈉離子和氯離子組成的。當鹽溶解在水中時，水分子傾向於粘在鹽離子上而不是互相結合，因此它們不會輕易結冰。當往水裡加入更多的鹽時，其冰點繼續下降，直到水達到飽和，不能再容納鹽。

如果加入足夠的鹽，水的冰點就可以降低到零下21攝氏度。這一事實意味著，如果加入足夠的鹽，零下21攝氏度的水仍然可以保持液態。鹽的這種強大特性也可以用來將冰轉化為水。在結冰的人行道上撒鹽可以降低冰的冰點至環境溫度以下，冰會融化。但是，如果周圍的溫度低於零下21攝氏度，在結冰的人行道上撒鹽就不會有幫助。鹽的這種效果也對地球的海洋具有深遠的影響。

即使不施加壓力，也不給水添加任何東西，仍然可以在零攝氏度以下擁有液態水。為了讓水結成冰，它需要在一些東西上凍結來開始這個過程。我們稱這些起始點為“成核中心”。 在大多數情況下，少量的灰塵，雜質，甚至是水裡的微小振動都提供了成核中心，使水在上面凍結。

然而，是非常純淨的，那麽就沒有什麽東西可以讓水分子在上面形成結晶。因此，把非常純淨的水冷卻到零攝氏度以下，它也不會結冰。這種情況下的水被稱為“過冷的”。在標準壓力下，純水可以被過冷到零下40攝氏度。過冷水只有在缺乏成核中心的情況下才不會凍結。

因此，一旦提供了成核中心（只需一個小振動），過冷水就會迅速凍結。凍雨就是過冷液態水的自然例子。一旦凍雨擊中地球表面的一個物體，這個物體會提供成核中心，雨水就凍結成冰。