科學遊戲－物性－瞬間結冰做得到

原文發表於Yahoo奇摩部落格2009年07月14日。

看了上一篇水瞬間變成冰的文章（參考文章：（轉貼）水變冰只要５秒？ 網路謠言啦！），有的人或許會提出疑問，過飽和溶液如果加入晶種（凝結核）或擾動，根據勒沙特列原理（LeChatelier's Principle），在一達平衡的反應系統中，若加入可影響平衡的因素（濃度、溫度或壓力），則平衡向抵消此因素的方向移動，到重新達成新的平衡為止。

由此我們可預測出平衡的移動情形，並使正、逆反應速率發生改變。不過熱冰並不是冰，雖然同為晶體，但是跟水分子所形成的冰並不相同。究竟怎麼做才能讓真正的水瞬間變成真正的冰呢？

對科學涉獵不深的人可能都會認為，液體都是在冷凍庫中慢慢結凍的，或是想到液態氮之類的冷卻劑。所以當第一次看見液體在室溫下，當著自己的面瞬間結凍的話，一定都會覺得非常神奇。

我第一次看到的是上面這部教人在酒吧把妹的影片，該網站上提供了一些技巧，利用簡單的道具就能玩神奇的魔術。其實在這類型水瞬間變成冰的影片裡有一個共通點，就是要用溶有二氧化碳的飲料，不論是碳酸汽水或是啤酒都可以，而且一律都是由上向下結凍。因為：（二氧化碳氣體會向上移動～但倒置後的從下方擾動則會相反）

正常氣壓下，水在0℃附近就會開始結冰，但是如果有其他溶質（固體、液體、氣體均可）的話，凝固點（熔點）就會下降。這是一種依數性質，也就是溶解在水裡面的溶質（分子、離子）莫耳數越高，凝固點（熔點）下降的幅度越大，和何種物質無關。因此，溶有二氧化碳的水溶液在0℃時，結凍便是件困難的事。

但是打開瓶蓋，會讓液體上方的CO₂氣壓降低，使得水溶液中的CO₂得以順利脫離，或對瓶子加以晃動時，也能讓CO₂離開液體。這兩種方式都是要CO₂離開水溶液，不過喝過汽水的人都知道，汽水的冰涼感覺來自於CO2散逸時會將熱量一併帶走，因此碳酸水溶液的溫度會稍微降低，但是另一方面凝固點會隨著溶質減少而升高（不過是接近0℃而已）。這樣一來一往，在合適的凝固溫度下，瞬間結冰的現象就會出現在眼前。