甚麼？水不再於0°C結冰？

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2021年12月16日   編輯：趙鎧莛

大家都知道，水的冰點和冰的熔點都是0°C，水會凝結成冰，而冰則會熔化成水；當水有雜質時，冰點會降低，也就是說溫度要更低才能令水結冰，不過無論水分子如何頑強，在-38°C都會通通凝結成冰。近日，科學家打破了冰點記錄，重新定義「結冰」這回事﹗

科學家透過實驗，證實水的冰點能夠低至-44°C，在到達這個溫度之前，水仍可保持液態。實驗利用了非常小的小水滴&mdash&mdash由150納米至2納米般小，每滴小水滴都被油包裹著，以防止水在低溫之下形成冰核，從而結冰。之後，研究人員不斷調低溫度，並透過電阻和紅外線來測量小水滴的凝結情況，發現越小的水滴就要越低溫才能結冰；2納米的水滴甚至在-44°C才結冰﹗

當環境壓力越大，水的冰點便會越低，因此科研人員猜測，油這種軟物質改變了水滴的表面壓力，令冰核更難形成；沒有冰核，水滴就無法凝結成冰。了解水為何及如何轉化成冰讓我們更深入認識大自然，例如我們會更了解雲霧的形成、降雪、水循環等氣象及氣候轉變，與生活息息相關。

另外，一些動物生活在極寒環境之中，例如北極的木蛙、南極的頭帶冰魚，牠們的血液和細胞不會因低溫而結冰破裂，認識水和冰之間的關係能讓我們更深入研究這些物種，甚至從而研究人體冷凍技術，突破科學極限。這種水冰轉換關係也可以應用在航空和能源基建上，令建築不會受冰雪或低溫影響而無法運作。

水是生物不可或缺的重要元素，在日常生活中也隨處可見，不過到底這種常見的液體從哪裡來？有學說指，地球形成初期的原始大氣產生化學反應，合成水蒸氣，水蒸氣凝結形成海洋；也有觀點認為，彗星和隕石撞擊地球時一併將水帶到地球。無論哪種學說，水仍有許多謎團等著我們解開﹗

資料來源：Live Science, Tomorrow Science, Nature, Science Alert

圖片來源：Canva, Hakimian, A., Mohebinia, M., Nazari, M. et al.

小詞典

• 冰點(Freezing point)：特指水由液體轉變成固體的溫度，一般物質由液態變成固態的溫度則稱為「凝固點」。大部分物質(包括水)的凝固點(冰點)與熔點相同，例如二氧化碳的凝固點是-78°C、氧氣的則是-218.8°C。
• 熔點(Melting point)：指物質由固體轉變成液體的溫度，一般於凝固點相同，例如冰的熔點是0°C、黃金的熔點是1,064°C。
• 納米(Nanometre)：是一個長度單位，符號是nm，相當於指1米的十億分之一。人們透過納米技術研究於物質在如此微小的規模下的特性、設計方法和組合，以及應用在日常生活之中。
• 軟物質(Soft matter)：指處於固體和理想流體之間的物質，例如液晶、聚合物、膜、泡沫等等。這些物質只需要很少的外力便能夠產生反應，和「硬物質」(固體金屬、陶瓷等)相反。
• 人體冷凍技術(Cryonics)：是一種試驗中的醫學技術，目的是以超低溫(-196°C)保存人體，在未來利用先進的醫療科技解凍復活及獲得治療。除了復活及醫療用途，人體冷凍技術也被視為實現星際旅行的關鍵技術。

動動腦

1.在-38°C時，水分子會發生甚麼事？

2.科學家所創下的新冰點是多少度？

3.科學家用甚麼方法來測量小水滴的結冰情況？

4.科學家認為是甚麼原因令小水滴創下新冰點？

5.這次研究如何影響我們生活？

答案：

1.所有水分子都會凝固成冰。

2.-44°C。

3.利用電阻及紅外線。

4.油(一種軟物質)包裹著小水滴，增加表面壓力，令冰核更難形成；沒有冰核，水滴就不能凝結成冰。

5.讓我們更了解氣象及氣候變化；更深入研究活在極地的物種，甚至研發人體冷凍技術；應用在航空及能源建築，避免受低溫或冰雪影響而停止運作。

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