冰箱水结冰要多久(零下10度水结冰要多久)

水是生命之源，万物之母。它的存在形式可以是固态、气态或液态。冰，人们生活中常见的固体水，是水达到冰点时形成的。

冰柱

令人难以置信的是，水可以在2000℃的高温下结冰。实际上还有第20种形式的水:冰18。

冰十八与普通水

顾名思义，冰18是冰的第18种形态。在人类发现的形态中，水的存在形态大致可以分为五种。

前三种广泛分布于自然界，固态是能保持水的形态特征的存在，其表现形式主要是冰、雪、冰雹。

地球上淡水资源的绝大部分是以固态形式存在的。它们分别位于北极和南极，形成了巨大的冰川。

现在冰川的比例越来越小。

太阳系的其他行星也是如此。比如火星上的水也是固态的，有的在地下深处，有的在维度高于60的极地。

是液态水的存在，可以流动，可以变形，可以压缩，包括人们生活中的水源，雨水等等。

自然界的水在循环中不会减少。

值得一提的是，雾是液态水的一种形式。虽然看起来像气体，但真正的气体是气体，雾是水凝结后的小水滴。

这种小水滴太小，重量轻，容易悬浮在空中。小水滴的形状是人眼无法观察到的，当它们汇聚形成雾时，很容易被人类误认为是气体。

雾的形成有多种原因。

气态的定义和商业形态类似，都属于一种流体，只是气态流体的活动范围更广，属于液态水达到气化温度的新形态。很多气态的水是看不见的，人类最常见的气态是水蒸气。

在人类的生存环境中，不存在完全纯净的气态水。所有气态水与空气体中的杂志混合形成混合气态水。

后两种分别是玻璃态和等离子态。

不同形式的水

玻璃水是指温度在零摄氏度以下，但水没有结冰的存在形式。这种形式的水既不是固体也不是液体，更像是固体状态下的粘性液体。

等离子态正好相反。水的存在形式既有液态也有固态。在强磁力和压力的作用下，水中的电子脱离原子核的吸引，分裂成两派。

一组是带负电的自由电子，另一组是带正电的离子。当两组等量共存时，形成等离子体状态。

等离子体活化水生产

五种形态中有固体细分形态的种类，水的22种形态可以通过细分其他形态得到。

冰18是一种细分的粒子状态，叫做超纯水。

直到21世纪，超纯水的存在还只是在理论上，没有技术手段证明超纯水的真实存在。

科学家推测，超离子水只能在极端环境下产生，比如像天王星和木星这样的高压巨型冰星和大型气体行星。

天王星

超纯水有多神奇？在人们的生活中，固态水在温度超过零摄氏度时开始慢慢融化，温度越高融化越快。

一个拳头大小的冰块，在100摄氏度的高温下，10分钟就会变成液体。

与超纯水不同的是，它在2000摄氏度的高温下仍能保持固态形状，这就是所谓的冰状。

能够在2000摄氏度的高温下保持固态，似乎已经完全颠覆了人类目前的认知。但是，如果我们仔细探究其中的原理，就能发现其中的合理性。

超离子水与冰晶

21世纪，随着人类科技的进步，科学家模拟出了一个类似行星内核的地方。

在内核，温度超过2000℃，压力是正常大气压的10万倍。经过初步的研究和分析。

普通行星结构

这种极端环境下的东西会很奇怪，比如水，是固液相交的状态。

此时，水中的氧原子保持稳定状态，而氢原子则比平时更活跃。稳定的氧原子形成紧密排列的晶格，形成固态冰。

固定氧原子扩散中的质子使得离子的电导率不断上升，超纯水变得极其容易导电，甚至超过了金属材料。

这种形态的超纯水形成的固态，如果要融化它，至少要超过它形成时产生的温度。

为了进一步研究超纯水的特性，科学家们又做了一次精密的实验。

此前，由于技术条件的限制，人们对超纯水的研究是通过激光加热，使水的温度迅速升高，简单判断超纯水的特性。

这一次，拥有更先进设备的科学家决定自己制造超纯水。

考虑到制作的难度，科学家们使用了一个只有1.5毫米宽的水滴进行实验。

水滴被两颗钻石夹在中间，在特殊的仪器下可以产生极高的压力，模拟星球内部的压力环境。

在温度方面，科学家仍然使用传统的激光加热，但不同的是，这种加热的控制精度控制在纳秒以内。

一切准备就绪后，科学家们将水滴放在一个特殊的实验平台上，6束高功率激光同时瞄准水滴。

一旦实验开始，六束激光辐射的能量可以瞬间达到2000摄氏度。科学家可以通过观察水分子的振动频率来了解水的状态变化。

在激光辐射的1纳秒内，数据已经被记录在其中。果不其然，水滴中的原子在高温下仅用3到5纳秒就已经重新排列了。5纳秒后，水的振动频率改变。

水分子的排列

所谓科学的道路是没有尽头的。虽然已经证明超纯水确实存在，但实验者弗里德说，“通过观察，我们可以确定物质状态的边界。”

超纯水的观测只是第一步，未来还会有更多的问题需要科学家去探索。

宇宙中的冰巨星

在20世纪90年代，天文学家重新定义了气体行星，因为他们发现天王星中只有20%的气体是氢气。

与木星等纯气态行星不同，木星的氢含量超过90%，而天王星主要由冰组成。

于是天文学家将这些主要由冰构成的巨行星踢出气态行星的行列，变成了冰巨星。

冰巨人的内部结构

冰巨人的表层主要是氢，表层以下是永冻土层。冰的主要成分是水、甲烷和其他物质。

后来天文学家研究冰巨星中的氢，发现冰巨星的氢缺少金属氢，这成为另一个重要的区分条件。

科学家表示，天王星等中冰巨行星内部很有可能充满了超离子水。

天王星充满了固态水。虽然表面温度低至零下200摄氏度，但核心产生的高温足以将水变成超纯水。

随着时间的推移，星球内部的超纯水会发生对流，最终整个地核都会被超纯水充满。

人类无法到达这些行星的内部，但可以通过研究同样的物质来揭开银河系气态行星的秘密。

浩瀚而神秘的宇宙

甚至可以揭示天王星为什么会有这么强的磁场。

天王星的磁场强度是地球的50倍。此前科学家推测，一方面很可能与其巨大的体型有关。

另一方面可能是由于电离对流融化冰幔，厚厚的冰层影响了天王星磁场的周转。

随着对超纯水探索的深入，可能会改变人类对天王星等冰巨星的现有看法。