你想过为什么往冰上倒水时它们会破裂吗？

在炎热的夏天，没有什么比一大杯柠檬水更令人满足的了，这种提神饮料的关键成分是杯子里的冰块。如果你尝试过为自己调杯鸡尾酒，那么你应该已经发现冰可能是一个奇怪的东西，即使它只是一种常见的简单物质，还经常被我们忽略。

这种现象有很多。北方的冬天，当鹿角网把一盆水倒在水池底部的冰块上时，它会发出清脆的破裂声，瞬间融化一大片。你很难徒手捏碎一块冰，但是如果把它们放在一个杯子里，然后灌满水，你会发现它们居然可以突然之间变得那么脆弱。

那么，是什么导致了这种令人惊讶的现象呢？有没有什么方法可以防止冰以这种方式分裂？

在我们开始讨论冰块分裂的问题之前，不妨先了解一下冰块是如何凝结在一起的问题。更具体地说，我们先看看冰和水的结构分别是什么样的。

水可以说是地球上最重要的物质，因为它为我们提供了通往生命的途径，是每一种生物赖以生存的基本组成部分。它不仅重要，而且与其他物质相比也很独特。它是一种没有味道也没有气味的物质，可以同时充当酸和碱，并且是一种通用溶剂，能够溶解许多其他天然物质。它以固态、液态和气态的形式存在于地球上，它是万能的、动态的，甚至还隐藏着一些惊喜。

在水的液态形式中，每个水分子中的原子组成产生一个偶极矩，其中氢原子带部分正电荷，氧原子带部分负电荷。随着水分子本身的不断地变化和它们相互之间的移动，这种电荷差异会导致液态水中氢键的不断形成和断裂。这些氢键增加了水的沸点。

水在低于0摄氏度的温度下会凝结成成冰，这正是水的一些独特属性开始显现的地方。由于“热胀冷缩”的原理，大多数其他物质变成固态时体积会更小，密度会更大。而由于冰的晶格结构，固态水分子间的空间实际上比液态水分子间的空间要大，这就是冰会漂浮在水里的原因了。

冰在不同温度下的结构也是会发生变化的，这一细节有助于回答文章开头提到的的问题。

为什么冰块会在液体中破裂呢？正如我们刚才所解释的，当冰的温度保持在0摄氏度以下时，它会保持着坚硬的晶体结构，但当你在冰上倒入温度更高的液体时，就会发生异常现象。在同一系统中，这两种物质的温度会趋于平衡，冰会开始升温并融化，而液体的温度则会下降。

冰块的外侧边缘和表面将是第一个经历剧烈温度变化并开始进行热量交换的区域。当你把液体倒在冰上时，你听到的“噼啪”声是由一种叫做“微分膨胀”的现象引起的。更具体地说，随着温度的升高，冰的外部边缘将开始收缩，本质上是融化并打破使冰保持固态的牢固的纽带。

然而，在冰块内部，温度仍然低于0摄氏度，这些化学键的结构和完整性没有立即被改变。就像一座分裂的房子必然会倒塌那样，此时的冰块内部，已经产生了裂痕。收缩的外核壳从静止的内芯上剥落，一块完整的冰就此分裂成碎片，在你的杯子里发出悦耳的噼啪声。

由于冰块的两个不同部分在微分膨胀的过程中试图实现不同的目标，破裂就成为是不可避免的事情。一块冰块在第一次破裂之后，你就不会再听到碎裂声了，但是分裂之后的小冰块也会经历类似的情况继续破裂。

如果你不太喜欢冰裂的声音，可能会想是否有什么方法可以避免这种自然现象。很遗憾地告诉你，我们很难违背科学规律。

不过，并不是所有的水都是完全一样的。没有杂质的纯水会形成完全透明的冰块，而自来水和其他的水有一些杂质，会在形成的冰块中心出现一个浑浊的区域。这些杂质包括各种盐类和其他矿物质，它们并不完全适合冰块的晶格结构。如果水中有小块的杂质，它会使冰的结构不那么脆弱，这样的水冻成的更有可能逐渐融化，而不是断裂。

你可以由此来判断，你那杯饮料中的冰块到底是用什么样的水制成的。因为，只有纯净的水才会在凝结成冰块时形成完美的晶格，才会在接触到温度较高的液体中时，发出破裂的声音。

我们应该永远保持一颗旺盛的好奇心，对未知事物永远渴望了解。这个问题可能没什么大不了，知不知道为什么把水倒在冰上并会裂开也可能无法帮你改变世界，但如果你读到这里，那么恭喜你，这是已经是一个好的开始了。