首先答案是肯定的。純水的結冰由於缺乏凝結核會導致其冰點比常見的0°低很多，但並不是不會結冰。但是水的結冰確實是個相當複雜的問題，幾千年來都沒人徹底弄明白過。自從1891年，J．Stefan在關於極地冰層融化的研究中首次討論了結冰、融冰這一課題以來，人們開始對水的固流轉變問題開展了研究。一個世紀以來做了很多宏觀的冰風洞實驗，但是並沒有取得對於結冰機理的突破性成果。近幾十年開始有人從微觀視角切入，利用計算機技術模擬微觀狀態下的冰水相變問題，其模擬理論主要依賴於量子力學（Quantum Mechanics）、分子動力學（Molecular Dynamics）、蒙特卡羅方法（Monte Carlo），其中MD方法應用地最為廣泛。真正有所突破是2002年日本學者Masakazu Matsumoto等在Nature上發表了純水結冰的微觀模擬文章[1]，第一次在計算機上成功模擬了純水的結冰過程。他們組經歷了長達幾個月的連續運算，最後得到了一個包含512個水分子的完整結冰過程。他們使用的TIP4P水分子模型，冰點在230K左右（約零下43°）。這裡的冰是指Ice Ih 即最常見的六方體冰。（以下敘述不做特殊說明亦即Ice Ih)上圖為六方體冰結構示意圖上圖為文獻一中的結冰模擬圖後來陸續有學者做這方面的研究，並且許多水分子模型（TIP3P TIP4P/-ice/-2005 TIP5P mW，etc [2,3]）被研發用以MD模擬，冰點從160K到270K不等。（C.Vega等指出這亦和水分子模型的四極矩密切相關[4]）但事實上許多課題組的結冰模擬可能是幾組實驗中成功了一組，不具有廣泛的普適性，譬如某組230K水結冰，另外一組實驗中220K反而只有部分結冰；同時冰的結晶機理仍有很多不明之處，比如結冰過程中晶核具體何時出現，如何生長等等問題。這些都有待後人做進一步研究。以上僅供參考，歡迎指正。Reference:[1] M. Matsumoto, S. Saito, and I. Ohmine, Nature 416, 409 (2002).[2] B. Guillot, J. Mol. Liq. 101,219 (2002).[3] C. Vega, E. Sanz, and J. L. F. Abascal, J. Chem. Phys. 122, 114507 (2005).[4] J. L. F. Abascal and C. Vega, Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 2775 (2007).
首先答案是肯定的。純水的結冰由於缺乏凝結核會導致其冰點比常見的0°低很多，但並不是不會結冰。但是水的結冰確實是個相當複雜的問題，幾千年來都沒人徹底弄明白過。自從1891年，J．Stefan在關於極地冰層融化的研究中首次討論了結冰、融冰這一課題以來，人們開始對水的固流轉變問題開展了研究。一個世紀以來做了很多宏觀的冰風洞實驗，但是並沒有取得對於結冰機理的突破性成果。近幾十年開始有人從微觀視角切入，利用計算機技術模擬微觀狀態下的冰水相變問題，其模擬理論主要依賴於量子力學（Quantum Mechanics）、分子動力學（Molecular Dynamics）、蒙特卡羅方法（Monte Carlo），其中MD方法應用地最為廣泛。真正有所突破是2002年日本學者Masakazu Matsumoto等在Nature上發表了純水結冰的微觀模擬文章[1]，第一次在計算機上成功模擬了純水的結冰過程。他們組經歷了長達幾個月的連續運算，最後得到了一個包含512個水分子的完整結冰過程。他們使用的TIP4P水分子模型，冰點在230K左右（約零下43°）。這裡的冰是指Ice Ih 即最常見的六方體冰。（以下敘述不做特殊說明亦即Ice Ih)上圖為六方體冰結構示意圖上圖為文獻一中的結冰模擬圖後來陸續有學者做這方面的研究，並且許多水分子模型（TIP3P TIP4P/-ice/-2005 TIP5P mW，etc [2,3]）被研發用以MD模擬，冰點從160K到270K不等。（C.Vega等指出這亦和水分子模型的四極矩密切相關[4]）但事實上許多課題組的結冰模擬可能是幾組實驗中成功了一組，不具有廣泛的普適性，譬如某組230K水結冰，另外一組實驗中220K反而只有部分結冰；同時冰的結晶機理仍有很多不明之處，比如結冰過程中晶核具體何時出現，如何生長等等問題。這些都有待後人做進一步研究。以上僅供參考，歡迎指正。Reference:[1] M. Matsumoto, S. Saito, and I. Ohmine, Nature 416, 409 (2002).[2] B. Guillot, J. Mol. Liq. 101,219 (2002).[3] C. Vega, E. Sanz, and J. L. F. Abascal, J. Chem. Phys. 122, 114507 (2005).[4] J. L. F. Abascal and C. Vega, Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 2775 (2007).