仿真化学实验室讲解为什么水温度低于零度不一定结冰？温度低于零度还不结冰的水有个名词叫“过冷水”。过冷水之所以不结冰，是因为水中缺少凝结核或其他情况，所以在0℃以下还保持着液态。

一般的物质都会有固、液、气三相。以水来说，三相彼此之间的区别大体上是分子的活跃性和之间的距离。比如，液态水加热以后，分子特别活跃，就成了水蒸气。而水蒸气变成液态水，可以通过冷却，也可以通过另外一种方法，就是施加外界压力。变成液体的水，理论上通过不断的施加压力也可以变成固态。然而，对于水来说，水凝结的时候分子间反而会变得更加松散，所以冰的密度比水小，冰山能浮在水上。利用这一点，在液态水变成冰的时候，施加足够的压力，就可以在零下的时候使水仍然是液体。

即使，不通过加压的方法也可以让水保持液体。一个简单的方法就是，往水里面加盐，比如食盐——氯化钠。阴阳离子能干扰水分子之间的相互作用。理论上加的盐越多，冰点就会越低，但是盐是有溶解度的，不能无限加。所以，盐的饱和水溶液的冰点约大约有零下二十度。

即使没有上述这些，水还是可以在零下保持液态的。你需要的，只是一瓶纯净水！水凝结成冰，水蒸气凝结成天上的云，夏天的雨和冬天的雪，都需要一个称为“凝结核”的东西。这个凝结核，可以是天空中漂浮一粒微小的灰尘，可以使一粒PM2.5，可以是一次微小的扰动。然后，冰就从这微小的颗粒开始凝结。如果，水特别干净，也没有任何扰动，在零下40度它还是液体的。这种水称为“Supercooled water”、“Iceice”、“超冷水"。

说了那么多，还没有本质上解决即使在零下，水还是液态的问题，因为涉及到具体的分子结构会比较复杂。简单来说，从水到冰，从液相到固相，都是水分子活跃性降低和分子间距改变的原因。下面一张图，可以直观反映。

水是很特殊的一种物质，分子间有很强的氢键，结成冰以后，分子会形成规则的六边形的结构，比如

理论上，只要保持分子间的无需状态，可以在更低的温度下保持水的液态，但是需要的条件也更为苛刻。因为分子除非到了零度，不然都是一直在运动的。总结下来，冰的形成起始于，构成水的水分子之间的一小部分水分子形成规则结构（这个也可以称为分子级的"凝结核"），然后拉拢更多的水分子加入到规则形状当中。如果有灰尘作为”凝结核“，这个随机过程就直接加速了。而加入盐，盐离子干扰了分子间形成的规则结构，所以冰点降低了。

黑色的线代表氢键。分子间的间距由于氢键的作用不会被缩小，反而变大，因此，水变成冰体积会变大的。如果水分子没有重排成规则结构，冰也是不能形成的，也就是，温度零下40度的“supercooled water",水分子之间并没有形成规则结构，但是，水分子现在处于较低的活跃态，有更多的机会形成微小的规则结构，所以，微小的扰动就可以使液态水快速凝结。